Serial ATA:ta käytetään tietokoneen tallennukseen. Vakioliitäntä mahdollistaa helpon asennuksen ja yhteensopivuuden tietokoneiden ja tallennuslaitteiden välillä. Sarjallinen viestintäsuunnittelu on saavuttanut rajansa, ja monet solid-state-asemat ovat rajoittaneet käyttöliittymän suorituskykyä aseman sijaan. Uudet tiedonsiirtostandardit tietokoneen ja tallennusasemien välillä, nimeltään SATA Express, täyttävät aukon.
SATA tai PCI Express Communication
Nykyiset SATA 3.0 -määritykset on rajoitettu 6,0 Gbps:n kaistanleveyteen, mikä tarkoittaa noin 750 MB/s. Käyttöliittymän ylikuormituksen ansiosta tehokas suorituskyky on rajoitettu 600 Mt/s. Monet nykyisten puolijohdeasemien sukupolvet ovat saavuttaneet tämän rajan ja tarvitsevat jonkinlaisen nopeamman käyttöliittymän.
SATA 3.2 -spesifikaatio, johon SATA Express kuuluu, on uusi viestintästandardi tietokoneen ja laitteiden välillä. Sen avulla laitteet voivat valita olemassa olevan SATA-menetelmän, mikä varmistaa taaksepäin yhteensopivuuden vanhempien laitteiden kanssa, tai käyttää nopeampaa PCI Express -väylää.
PCI Express -väylää käytetään yleisesti kommunikointiin suorittimen ja oheislaitteiden, kuten näytönohjainkorttien, verkkoliitäntöjen ja USB-porttien välillä. Nykyisten PCI Express 3.0 -standardien mukaan yksi PCI Express -kaista käsittelee jopa 1 Gt/s, mikä tekee siitä nopeamman kuin nykyinen SATA-liitäntä.
Laitteet käyttävät kuitenkin useampaa kuin yhtä kaistaa. SATA Express -määritysten mukaan uudella liitännällä varustettu asema voi käyttää kahta PCI Express -kaistaa (kutsutaan usein nimellä x2) potentiaalisen 2 Gt/s kaistanleveyden saavuttamiseksi. Tämä liitäntä tekee kaistanleveydestä lähes kolme kertaa aiemman SATA 3.0 -laitteiston nopeuden.
Uusi SATA Express -liitin
Uusi käyttöliittymä vaatii uuden liittimen. Siinä yhdistyvät kaksi SATA-dataliitintä ja kolmas pienempi liitin, joka käsittelee PCI Express -pohjaista viestintää. Kaksi SATA-liitintä ovat täysin toimivia SATA 3.0 -portteja. Tietokoneen yksi SATA Express -liitin voi tukea kahta vanhempaa SATA-porttia. Kaikki SATA Express -liittimet käyttävät koko leveyttä riippumatta siitä, perustuuko asema aiempaan SATA-tietoliikenteeseen vai uudempaan PCI-Expressiin. Joten yksi SATA Express käsittelee joko kahta SATA-asemaa tai yhtä SATA Express -asemaa.
Koska SATA Express -pohjainen asema voi käyttää jompaakumpaa tekniikkaa, sen on oltava yhteydessä molempiin, joten se käyttää kahta porttia kolmannen, vaihtoehtoisen, yhden sijaan. Lisäksi monet SATA-portit muodostavat yhteyden PCI Express -kaistaan kommunikoidakseen prosessorin kanssa. PCI Express -liitännän käyttäminen SATA Express -aseman kanssa katkaisee tiedonsiirron kahteen kyseiseen liitäntään yhdistettyyn SATA-porttiin.
Komentoliittymän rajoitukset
SATA välittää tietoja laitteen ja suorittimen välillä. Tämän kerroksen lisäksi päällä on komentokerros. Komentokerros lähettää komennot siitä, mihin tallennusasemaan kirjoitetaan ja mitä siitä tulee lukea. Vuosien ajan tätä prosessia hoiti Advanced Host Controller Interface. Se on kirjoitettu kaikkiin tällä hetkellä markkinoilla oleviin käyttöjärjestelmiin, mikä tekee SATA-asemista Plug and Play -käyttöjärjestelmän. Ylimääräisiä ohjaimia ei tarvita.
Vaikka tekniikka toimi hyvin vanhemman, hitaamman tekniikan, kuten kiintolevyjen ja USB-muistitikkujen, kanssa, se estää nopeampia SSD-levyjä. Vaikka AHCI-komentojonoon mahtuu 32 komentoa, se voi käsitellä vain yhden komennon kerrallaan, koska jonoa on vain yksi.
Tässä tulee käyttöön Non-Volatile Memory Express -komentosarja. Siinä on 65 536 komentojonoa, joista jokaisessa on 65 536 komentoa per jono. Tämä mahdollistaa tallennuskomentojen rinnakkaisen käsittelyn asemaan. Tämä ei ole hyödyllistä kiintolevylle, koska se on rajoitettu yhteen komentoon asemapäiden takia. Kuitenkin SSD-asemissa, joissa on useita muistisiruja, se voi lisätä kaistanleveyttä kirjoittamalla useita komentoja eri siruille ja soluille samanaikaisesti.
Tämä on uutta tekniikkaa, eikä sitä ole sisäänrakennettu useimpiin markkinoiden käyttöjärjestelmiin. Monet käyttöjärjestelmät tarvitsevat lisäajureita asemiin, jotta asemat voivat käyttää uutta NVMe-tekniikkaa. SATA Express -asemien nopeimman suorituskyvyn käyttöönotto voi kestää jonkin aikaa.
SATA Express tukee jompaakumpaa kahdesta menetelmästä. Voit käyttää uutta tekniikkaa AHCI-ajureiden kanssa ja mahdollisesti siirtyä myöhemmin uudempiin NVMe-standardeihin suorituskyvyn parantamiseksi, mikä saattaa edellyttää aseman alustamista.
Muut ominaisuudet SATA 3.2:n teknisissä tiedoissa
Uudet SATA-määritykset tuovat enemmän kuin uudet viestintätavat ja liittimet. Suurin osa niistä on suunnattu kannettaville tietokoneille, mutta niistä voi olla hyötyä muille kuin mobiilitietokoneille.
Huomattavin virransäästöominaisuus on DevSleep-tila. Se on uusi virrankäyttötila, joka sallii tallennusjärjestelmien lepotilan. Tämä tila vähentää virrankulutusta lepotilassa parantaakseen erityisten kannettavien tietokoneiden, mukaan lukien SSD-levyjen ja alhaisen virrankulutuksen ympärille suunniteltujen Ultrabookien, käyttöaikaa.
Solid-state-hybridikäytöt hyötyvät myös uusista standardeista, sillä standardit lisäsivät uusia optimointeja. Nykyisissä SATA-toteutuksissa asemaohjain määrittää, mitkä kohteet pitäisi ja mitkä eivät saa olla välimuistissa sen perusteella, mitä se näkee tuovan pyydetyn. Uuden rakenteen ansiosta käyttöjärjestelmä kertoo asemaohjaimelle, mitkä kohteet sen tulee säilyttää välimuistissa, mikä vähentää asemaohjaimen ylimääräistä rasitusta ja parantaa suorituskykyä.
Lopuksi on olemassa toiminto, jota voidaan käyttää RAID-aseman asetuksissa. Yksi RAIDin tarkoitus on tietojen redundanssi. Aseman vian sattuessa asema vaihdetaan ja tiedot muodostetaan uudelleen tarkistussummasta. SATA 3.2 -standardien uusi prosessi parantaa uudelleenrakennusprosessia tunnistamalla, mitkä tiedot ovat vaurioituneet ja mitkä eivät.
Toteutus ja miksi se ei osunut heti kiinni
SATA Express on ollut virallinen standardi vuoden 2013 lopusta lähtien. Se päätyi tietokonejärjestelmiin vasta Intel H97/Z97 -piirisarjojen julkaisussa keväällä 2014. Vaikka emolevyillä oli uusi käyttöliittymä, yksikään asema ei käyttänyt sitä käynnistyshetkellä.
Syy, miksi käyttöliittymä ei toiminut nopeasti, on M.2-liitäntä. Sitä käytetään yksinomaan puolijohde-asemissa, jotka käyttävät pienempää muotokerrointa. Magneettilevyasemien on vaikea ylittää SATA-standardit. M.2:ssa on enemmän joustavuutta, koska se ei ole riippuvainen suuremmista asemista. Se voi myös käyttää neljää PCI Express -kaistaa, mikä tarkoittaa nopeampaa asemaa kuin SATA Expressin kaksi kaistaa.
AMD julkaisi Ryzen-mikroprosessorit maaliskuun alussa 2017, mikä toi sisäänrakennetun tuen SATA Expressille AMD Socket AM4 -alustaan.
