SATA of Serial ATA is een enorm succes als het gaat om computeropslag. De standaardisatie op de interface zorgt voor eenvoudige installatie en compatibiliteit tussen computers en opslagapparaten. Het probleem is dat het ontwerp van de geserialiseerde communicatie zijn limiet heeft bereikt, omdat veel solid-state schijven worden afgedekt door de prestaties van de interface in plaats van de schijf. Daarom moesten nieuwe communicatiestandaarden tussen een computer en opslagdrives worden ontwikkeld. Dit is waar SATA Express in trapt om de prestatiekloof te vullen.
SATA- of PCI-Express-communicatie
De bestaande SATA 3.0-specificaties waren beperkt tot slechts 6,0 Gbps-bandbreedte, wat zich vertaalt naar ongeveer 750 MB / s. Nu met overhead voor de interface en alles, betekent dit dat de effectieve prestaties beperkt waren tot slechts 600 MB / s. Veel van de huidige generaties solid-state schijven hebben deze limiet bereikt en hebben een of andere snellere interface nodig. De SATA 3.2-specificatie waarmee SATA Express deel uitmaakt, introduceerde een nieuw communicatiemiddel tussen de computer en apparaten doordat apparaten kunnen kiezen of ze de bestaande SATA-methode willen gebruiken, compatibele oudere systemen willen gebruiken of de snellere PCI willen gebruiken -Snelbus.
De PCI-Express-bus wordt van oudsher gebruikt voor communicatie tussen de CPU en randapparatuur, zoals grafische kaarten, netwerkinterfaces, USB-poorten, enz. Volgens de huidige PCI-Express 3.0-normen kan één PCI-Express-rij tot 1 GB verwerken / s waardoor het sneller is dan de huidige SATA-interface. Dat is wat een enkele PCI-Express-lane kan bereiken, maar apparaten kunnen meerdere rijstroken gebruiken. Volgens de SATA Express-specificaties kan een schijf met de nieuwe interface twee PCI-Express-banen gebruiken (vaak x2 genoemd) met een potentiële bandbreedte van 2 GB / s, waardoor deze bijna driemaal sneller is dan de vorige SATA 3.0-snelheden.
De nieuwe SATA Express-connector
Nu had de nieuwe interface ook een nieuwe connector nodig. Het lijkt misschien enigszins op elkaar, omdat de connector eigenlijk twee SATA-gegevensconnectors combineert met een derde iets kleinere connector die zich bezighoudt met de op PCI Express gebaseerde communicatie. De twee SATA-connectoren zijn eigenlijk volledig functionele SATA 3.0-poorten. Dit betekent dat een enkele SATA Express-connector op een computer twee oudere SATA-poorten kan ondersteunen. Het probleem komt wanneer u een nieuwere SATA Express-drive op de connector wilt aansluiten. Alle SATA Express-connectors gebruiken de volle breedte ongeacht of de drive is gebaseerd op de oudere SATA-communicatie of de nieuwere PCI-Express. Een SATA Express kan dus twee SATA-schijven of één SATA Express-schijf verwerken.
Waarom gebruikt een PCI-Express-gebaseerde SATA Express-drive dus niet de enkele derde connector in plaats van de twee SATA-poorten? Dit heeft te maken met het feit dat een op SATA Express gebaseerde schijf beide technologie kan gebruiken, dus het moet de interface met beide hebben. Daarnaast zijn veel SATA-poorten gekoppeld aan een PCI-Express-laan voor communicatie met de processor. Door de PCI-Express-interface rechtstreeks met een SATA Express-drive te gebruiken, verbreekt u in feite de communicatie naar de twee SATA-poorten die aan die interface zijn gekoppeld.
Command Interface-beperkingen
SATA is feitelijk een manier om gegevens uit te wisselen tussen het apparaat en de CPU in de computer. Naast deze laag is er een commandolaag die hierop wordt uitgevoerd om de opdrachten te verzenden over wat moet worden weggeschreven naar en gelezen van het opslagstation. Al jaren wordt dit afgehandeld door AHCI (Advanced Host Controller Interface). Dit is zo gestandaardiseerd dat het in essentie is geschreven in elk besturingssysteem dat momenteel op de markt is. Hierdoor worden de SATA-schijven effectief aangesloten en afgespeeld. Er zijn geen extra stuurprogramma's nodig. Hoewel de technologie goed werkte met oudere langzamere technologie zoals harde schijven en USB-flashstations, houdt dit echt snellere SSD's tegen. Het probleem is dat de opdrachtwachtrij van AHCI 32 opdrachten in de wachtrij kan bevatten, maar dat het nog steeds maar één opdracht per keer kan verwerken, omdat er maar één wachtrij is.
Dit is waar de NVMe-opdrachtset (Non-Volatile Memory Express) wordt geleverd. Deze bevat in totaal 65.536 opdrachtwachtrijen, elk met de mogelijkheid om 65.536 opdrachten per wachtrij te houden. Effectief maakt dit parallelle verwerking van opslagopdrachten naar de aandrijving mogelijk. Dit is niet voordelig voor een harde schijf, omdat het nog steeds effectief beperkt is tot één opdracht vanwege de aandrijfkoppen, maar voor solid-state schijven met hun meerdere geheugenchips kan het hun bandbreedte effectief vergroten door meerdere opdrachten naar verschillende fiches te schrijven en cellen tegelijkertijd.
Dit klinkt misschien geweldig, maar er is een klein probleempje. Dit is nieuwe technologie en als gevolg daarvan is het niet ingebouwd in de meeste bestaande besturingssystemen op de markt. In feite zullen de meeste extra stuurprogramma's moeten hebben geïnstalleerd, zodat de schijven de nieuwe NVMe-technologie kunnen gebruiken. Dit betekent dat de implementatie van de snelste prestaties voor SATA Express-schijven enige tijd kan duren, omdat de software verder moet rijpen, vergelijkbaar met de eerste introductie van AHCI. Gelukkig maakt SATA Express het voor stations mogelijk om een van de twee methoden te gebruiken, zodat je de nieuwe technologie nu nog kunt gebruiken met de AHCI-stuurprogramma's en mogelijk later naar de nieuwere NVMe-normen kunt gaan voor betere prestaties, hoewel je waarschijnlijk de drive opnieuw moet formatteren.
Andere functies toegevoegd met SATA Express via SATA 3.2 Specs
Nu voegen de nieuwe SATA-specificaties meer toe dan alleen de nieuwe communicatiemethoden en connector. De meeste zijn gericht op mobiele computers, maar ze kunnen ook andere niet-mobiele computers ten goede komen.De meest opvallende energiebesparende functie is een nieuwe DevSleep-modus. Dit is in wezen een nieuwe energiemodus waarmee systemen in de opslag bijna volledig kunnen worden uitgeschakeld, waardoor het stroomverbruik wordt verminderd in de slaapstand. Dit zou de looptijden van speciale laptops moeten helpen verbeteren, inclusief de Ultrabooks ontworpen rond SSD's en een laag stroomverbruik.
Gebruikers van SSHD (solid-state hybride schijven) zullen ook profiteren van de nieuwe normen omdat ze een nieuwe set van optimalisaties hebben ingebracht. In de huidige SATA-implementaties zou de besturingseenheid bepalen welke items wel of niet moeten worden opgeslagen op basis van de aangevraagde gegevens. Met de nieuwe structuur kon het besturingssysteem in wezen aan de aandrijvingscontroller vertellen welke items in de cache zouden moeten worden bewaard, waardoor de hoeveelheid overhead op de omvormer wordt verminderd en de prestaties worden verbeterd.
Ten slotte is er een functie voor gebruik met RAID-schijfsetups. Een van de doelen van RAID is gegevensredundantie. In het geval van een schijffout, kan de schijf worden vervangen en vervolgens worden de gegevens opnieuw opgebouwd uit de controlesomgegevens. In essentie hebben ze een nieuw proces in de SATA 3.2-standaarden gebouwd dat kan helpen het herbouwproces te verbeteren door te herkennen welke gegevens beschadigd zijn en welke niet.
Implementatie en waarom het niet is opgepakt
SATA Express is een officiële standaard sinds eind 2013, maar het is nog niet begonnen met het maken van zijn wegen in computersystemen tot de release van de Intel H97 / Z97-chipsets in het voorjaar van 2014. Zelfs met moederborden nu met de nieuwe interface, daar zijn geen schijven op het moment van de lancering die in staat is om de nieuwe interface te gebruiken. Dit komt waarschijnlijk door de problemen rond de ondersteuning van het besturingssysteem voor de nieuwe opdrachtwachtrij om volledig te kunnen profiteren van SATA Express. In ieder geval laten de huidige implementaties toe dat de SATA Express-connectoren worden gebruikt met bestaande SATA-schijven. Dit zou de implementatie voor degenen die toevallig de technologie nu kopen, helpen verlichten zodra de schijven beschikbaar worden.
De reden dat de interface niet echt is doorgedrongen ligt echt in de M.2-interface. Dit wordt uitsluitend gebruikt voor solid-state schijven die een kleinere vormfactor gebruiken die wordt gebruikt op laptopcomputers, maar ook met desktopsystemen. Harde schijven hebben het nog steeds moeilijk om de SATA-normen te overschrijden. M.2 heeft een beetje meer flexibiliteit omdat het niet afhankelijk is van de grotere schijven, maar ook vier PCI-Express-banen kan gebruiken, wat betekent dat snellere schijven zijn dan de twee rijstroken van SATA Express. Op dit moment zien consumenten misschien nooit dat de SATA Express ooit wordt geadopteerd.
