Serial ATA được sử dụng để lưu trữ máy tính. Giao diện tiêu chuẩn cho phép dễ dàng cài đặt và tương thích giữa máy tính và thiết bị lưu trữ. Thiết kế giao tiếp tuần tự đã đạt đến giới hạn của nó, với nhiều ổ đĩa thể rắn bị giới hạn bởi hiệu suất của giao diện hơn là ổ đĩa. Tiêu chuẩn giao tiếp mới giữa máy tính và ổ lưu trữ có tên SATA Express lấp đầy khoảng trống.
Giao tiếp SATA hoặc PCI Express
Các thông số kỹ thuật SATA 3.0 hiện tại được giới hạn ở băng thông 6,0 Gbps, tương đương với khoảng 750 MB / s. Với chi phí cho giao diện, hiệu suất hiệu quả bị giới hạn ở 600 MB / s. Nhiều thế hệ ổ đĩa thể rắn hiện tại đã đạt đến giới hạn này và cần một số dạng giao diện nhanh hơn.
Thông số kỹ thuật SATA 3.2, trong đó SATA Express là một phần, là một tiêu chuẩn giao tiếp mới giữa máy tính và thiết bị. Nó cho phép các thiết bị chọn phương thức SATA hiện có, đảm bảo khả năng tương thích ngược với các thiết bị cũ hơn hoặc sử dụng bus PCI Express nhanh hơn.
Bus PCI Express thường được sử dụng để giao tiếp giữa CPU và các thiết bị ngoại vi, chẳng hạn như card đồ họa, giao diện mạng và cổng USB. Theo tiêu chuẩn PCI Express 3.0 hiện tại, một làn PCI Express xử lý tối đa 1 GB / giây, làm cho nó nhanh hơn giao diện SATA hiện tại.
Tuy nhiên, các thiết bị sử dụng nhiều hơn một làn đường. Theo thông số kỹ thuật của SATA Express, ổ đĩa có giao diện mới có thể sử dụng hai làn PCI Express (thường được gọi là x2) để đạt được băng thông tiềm năng là 2 GB / s. Giao diện này làm cho băng thông có tốc độ gần gấp ba lần tốc độ của phần cứng SATA 3.0 trước đây.
Trình kết nối SATA Express mới
Giao diện mới yêu cầu một trình kết nối mới. Nó kết hợp hai đầu nối dữ liệu SATA với một đầu nối thứ ba nhỏ hơn, xử lý các giao tiếp dựa trên PCI Express. Hai đầu nối SATA là cổng SATA 3.0 đầy đủ chức năng. Một đầu nối SATA Express duy nhất trên máy tính có thể hỗ trợ hai cổng SATA cũ hơn. Tất cả các đầu nối SATA Express đều sử dụng toàn bộ chiều rộng, cho dù ổ đĩa dựa trên giao tiếp SATA cũ hơn hay PCI-Express mới hơn. Vì vậy, một SATA Express xử lý hai ổ SATA hoặc một ổ SATA Express.
Bởi vì ổ đĩa dựa trên SATA Express có thể sử dụng một trong hai công nghệ, nó phải giao tiếp với cả hai, vì vậy nó sử dụng hai cổng thay vì cổng thứ ba, thay thế, một. Ngoài ra, nhiều cổng SATA liên kết với một làn PCI Express để giao tiếp với bộ xử lý. Việc sử dụng giao diện PCI Express với ổ SATA Express sẽ tắt giao tiếp với hai cổng SATA được liên kết với giao diện đó.
Hạn chế về giao diện lệnh
SATA giao tiếp dữ liệu giữa thiết bị và CPU. Ngoài lớp này, một lớp lệnh chạy trên cùng. Lớp lệnh gửi các lệnh về những gì cần ghi và đọc từ ổ đĩa lưu trữ. Trong nhiều năm, quá trình này được xử lý bởi Giao diện Bộ điều khiển Máy chủ Nâng cao. Nó được viết vào mọi hệ điều hành hiện có trên thị trường, giúp các ổ đĩa SATA có thể cắm và chạy một cách hiệu quả. Không cần thêm trình điều khiển.
Mặc dù công nghệ này hoạt động tốt với công nghệ cũ hơn, chậm hơn như ổ cứng và ổ đĩa flash USB, nhưng nó lại hạn chế các ổ SSD nhanh hơn. Mặc dù hàng đợi lệnh AHCI có thể chứa 32 lệnh, nhưng nó chỉ có thể xử lý một lệnh duy nhất tại một thời điểm vì chỉ có một hàng đợi duy nhất.
Đây là nơi xuất hiện bộ lệnh Non-Volatile Memory Express. Nó có 65.536 hàng đợi lệnh, mỗi hàng có khả năng chứa 65.536 lệnh cho mỗi hàng đợi. Điều này cho phép xử lý song song các lệnh lưu trữ vào ổ đĩa. Điều này không có lợi cho ổ cứng, vì nó bị giới hạn trong một lệnh duy nhất do các đầu ổ đĩa. Tuy nhiên, đối với ổ đĩa thể rắn có nhiều chip nhớ, nó có thể tăng băng thông bằng cách viết đồng thời một số lệnh tới các chip và ô khác nhau.
Đây là công nghệ mới và không được tích hợp vào hầu hết các hệ điều hành trên thị trường. Nhiều hệ điều hành cần cài đặt thêm trình điều khiển vào ổ đĩa để ổ đĩa có thể sử dụng công nghệ NVMe mới. Có thể mất một chút thời gian để triển khai hiệu suất nhanh nhất cho ổ SATA Express.
SATA Express hỗ trợ một trong hai phương pháp. Bạn có thể sử dụng công nghệ mới với trình điều khiển AHCI và có khả năng chuyển sang tiêu chuẩn NVMe mới hơn sau này để cải thiện hiệu suất, điều này có thể yêu cầu định dạng lại ổ đĩa.
Các tính năng khác trong Thông số kỹ thuật SATA 3.2
Các thông số kỹ thuật SATA mới bổ sung nhiều hơn các phương thức giao tiếp và kết nối mới. Hầu hết được nhắm mục tiêu đến máy tính di động nhưng có thể mang lại lợi ích cho các máy tính không di động khác.
Tính năng tiết kiệm năng lượng đáng chú ý nhất là chế độ DevSleep. Đó là một chế độ nguồn mới cho phép các hệ thống trong bộ nhớ ở trạng thái gần như ngủ đông. Chế độ này giảm tiêu thụ điện năng khi ở chế độ nghỉ để cải thiện thời gian hoạt động của các máy tính xách tay đặc biệt, bao gồm cả Ultrabook được thiết kế xung quanh ổ SSD và mức tiêu thụ điện năng thấp.
Các ổ lai thể rắn cũng được hưởng lợi từ các tiêu chuẩn mới, vì các tiêu chuẩn này đã bổ sung một bộ tối ưu hóa mới. Trong các triển khai SATA hiện tại, bộ điều khiển ổ đĩa xác định những mục nào nên và không nên lưu vào bộ nhớ cache dựa trên những gì nó thấy được yêu cầu. Với cấu trúc mới, hệ điều hành sẽ thông báo cho bộ điều khiển ổ đĩa những mục nào nó sẽ giữ trong bộ đệm, điều này làm giảm chi phí trên bộ điều khiển ổ đĩa và cải thiện hiệu suất.
Cuối cùng, có một chức năng để sử dụng với thiết lập ổ đĩa RAID. Một mục đích của RAID là dự phòng dữ liệu. Trong trường hợp ổ đĩa bị lỗi, ổ đĩa sẽ được thay thế và dữ liệu được xây dựng lại từ tổng kiểm tra. Một quy trình mới trong tiêu chuẩn SATA 3.2 cải thiện quá trình xây dựng lại bằng cách nhận biết dữ liệu nào bị hỏng so với dữ liệu nào không.
Việc triển khai và tại sao nó không thành công
SATA Express đã là một tiêu chuẩn chính thức từ cuối năm 2013. Nó không được đưa vào các hệ thống máy tính cho đến khi phát hành chipset Intel H97 / Z97 vào mùa xuân năm 2014. Mặc dù các bo mạch chủ có giao diện mới nhưng không có ổ đĩa nào ở thời điểm khởi chạy đã sử dụng nó.
Lý do khiến giao diện không bắt kịp nhanh chóng là do giao diện M.2. Nó được sử dụng riêng cho các ổ đĩa thể rắn sử dụng hệ số hình thức nhỏ hơn. Ổ đĩa từ tính có thời gian cứng vượt quá tiêu chuẩn SATA. M.2 có tính linh hoạt hơn vì nó không phụ thuộc vào các ổ đĩa lớn hơn. Nó cũng có thể sử dụng bốn làn PCI Express, có nghĩa là ổ đĩa nhanh hơn hai làn của SATA Express.
AMD đã phát hành bộ vi xử lý Ryzen của mình vào đầu tháng 3 năm 2017, mang hỗ trợ tích hợp cho SATA Express vào nền tảng AMD Socket AM4.