SATA ou Serial ATA tem sido um enorme sucesso quando se trata de armazenamento de computadores. A padronização na interface permite fácil instalação e compatibilidade entre computadores e dispositivos de armazenamento. O problema é que o design da comunicação serializada atingiu seus limites, com muitos drives de estado sólido sendo limitados pelo desempenho da interface em vez da unidade. Por causa disso, novos padrões de comunicação entre um computador e unidades de armazenamento precisavam ser desenvolvidos. É aqui que o SATA Express entra em cena para preencher a lacuna de desempenho.
Comunicação SATA ou PCI-Express
As especificações existentes do SATA 3.0 estavam limitadas a apenas 6,0 Gbps de largura de banda, o que significa aproximadamente 750 MB / s. Agora, com sobrecarga para a interface e tudo, isso significa que o desempenho efetivo foi restrito a apenas 600MB / s. Muitas das gerações atuais de unidades de estado sólido atingiram este limite e precisam de alguma forma de interface mais rápida. A especificação SATA 3.2 da qual o SATA Express é parte introduziu um novo meio de comunicação entre o computador e os dispositivos, permitindo que os dispositivos escolham se desejam usar o método SATA existente, garantindo compatibilidade retroativa com dispositivos mais antigos ou usando o PCI mais rápido. -Ônibus expresso.
O barramento PCI-Express tem sido tradicionalmente usado para comunicação entre a CPU e dispositivos periféricos como placas gráficas, interfaces de rede, portas USB, etc. Nos atuais padrões PCI-Express 3.0, uma única pista PCI-Express pode suportar até 1GB / s tornando-o mais rápido que a interface SATA atual. Isso é o que uma única pista PCI-Express pode alcançar, mas os dispositivos podem usar várias faixas. De acordo com as especificações SATA Express, um drive com a nova interface pode usar duas pistas PCI-Express (muitas vezes referidas como x2) para ter uma largura de banda potencial de 2GB / s, o que significa quase três vezes a velocidade das velocidades anteriores do SATA 3.0.
O novo conector SATA Express
Agora, a nova interface também exigia um novo conector. Pode parecer um pouco semelhante, porque o conector realmente combina dois conectores de dados SATA junto com um terceiro conector ligeiramente menor, que lida com as comunicações baseadas em PCI-Express. Os dois conectores SATA são na verdade portas SATA 3.0 totalmente funcionais. Isso significa que um único conector SATA Express em um computador pode suportar duas portas SATA mais antigas. O problema surge quando você deseja conectar uma nova unidade baseada em SATA Express ao conector. Todos os conectores SATA Express usarão toda a largura se a unidade for baseada nas comunicações SATA mais antigas ou no novo PCI-Express. Assim, um SATA Express pode manipular duas unidades SATA ou uma unidade SATA Express.
Então, por que uma unidade SATA Express baseada em PCI-Express não usa apenas o terceiro conector em vez das duas portas SATA? Isso tem a ver com o fato de que uma unidade baseada em SATA Express pode usar qualquer tecnologia, por isso precisa ter a interface com ambas. Além disso, muitas portas SATA estão vinculadas a uma pista PCI-Express para comunicação com o processador. Usando a interface PCI-Express diretamente com uma unidade SATA Express, você está efetivamente cortando a comunicação para as duas portas SATA ligadas a essa interface de qualquer maneira.
Limitações da interface de comando
O SATA é efetivamente uma maneira de comunicar dados entre o dispositivo e a CPU no computador. Além dessa camada, existe uma camada de comando que é executada em cima disso para enviar os comandos sobre o que deve ser gravado e lido na unidade de armazenamento. Durante anos, isso foi tratado pelo AHCI (Advanced Host Controller Interface). Isso tem sido tão padronizado que é essencialmente escrito em todos os sistemas operacionais atualmente no mercado. Isso efetivamente torna as unidades SATA plug and play. Nenhum driver extra é necessário. Embora a tecnologia tenha funcionado bem com tecnologias mais antigas e lentas, como discos rígidos e unidades flash USB, ela realmente retém os SSDs mais rápidos. O problema é que, embora a fila de comandos AHCI possa conter 32 comandos na fila, ela ainda pode processar apenas um único comando por vez, porque existe apenas uma única fila.
É aí que entra o conjunto de comandos NVMe (Non-Volatile Memory Express). Ele possui um total de 65.536 filas de comandos, cada uma com a capacidade de manter 65.536 comandos por fila. Efetivamente, isso permite o processamento paralelo de comandos de armazenamento para o inversor. Isso não é benéfico para um disco rígido, pois ainda é efetivamente limitado a um único comando por causa das cabeças de unidade, mas para unidades de estado sólido com seus vários chips de memória, pode efetivamente aumentar sua largura de banda, escrevendo vários comandos para diferentes chips e células simultaneamente.
Isso pode parecer ótimo, mas há um pequeno problema. Esta é uma nova tecnologia e, como resultado, não é incorporada à maioria dos sistemas operacionais existentes no mercado. Na verdade, a maioria precisará ter drivers adicionais instalados neles para que as unidades possam usar a nova tecnologia NVMe. Isso significa que a implantação do desempenho mais rápido para unidades SATA Express pode levar algum tempo, já que o software precisa amadurecer de maneira semelhante à primeira introdução da AHCI. Felizmente, o SATA Express permite que as unidades usem um dos dois métodos para que você possa usar a nova tecnologia agora com os drivers AHCI e migrar para os padrões NVMe mais recentes para melhorar o desempenho, embora seja necessário que a unidade seja reformatada.
Outros recursos adicionados com o SATA Express via especificações SATA 3.2
Agora, as novas especificações SATA adicionam mais do que apenas os novos métodos de comunicação e conector. A maioria deles é direcionada a computadores móveis, mas também pode beneficiar outros computadores não móveis.O recurso de economia de energia mais notável é o novo modo DevSleep. Este é essencialmente um novo modo de energia que permite que os sistemas no armazenamento sejam quase completamente desligados, reduzindo assim o consumo de energia quando no modo de suspensão. Isso deve ajudar a melhorar os tempos de execução de laptops especiais, incluindo os Ultrabooks projetados em torno de SSDs e baixo consumo de energia.
Os usuários do SSHD (unidades híbridas de estado sólido) também se beneficiarão dos novos padrões, pois implementaram um novo conjunto de otimizações. Nas implementações SATA atuais, o controlador de unidade determinaria quais itens deveriam e não deveriam ser baseados em cache sobre o que ele considera solicitado. Com a nova estrutura, o sistema operacional poderia essencialmente informar ao controlador de unidade quais itens ele deve conter no cache, o que reduz a quantidade de sobrecarga no controlador de unidade e melhora o desempenho.
Finalmente, há uma função para usos com configurações de drives RAID. Um dos propósitos do RAID é a redundância de dados. No caso de uma falha na unidade, a unidade poderia ser substituída e, em seguida, os dados seriam recriados a partir dos dados da soma de verificação. Em essência, eles construíram um novo processo nos padrões SATA 3.2 que pode ajudar a melhorar o processo de reconstrução, reconhecendo quais dados estão danificados versus aqueles que não estão.
Implementação e por que não foi pego
O SATA Express tem sido um padrão oficial desde o final de 2013, mas não começou a entrar nos sistemas de computador até o lançamento dos chipsets Intel H97 / Z97 na primavera de 2014. Mesmo com as placas-mãe agora com a nova interface, Não há unidades no momento do lançamento que seja capaz de usar a nova interface. Isso é provável devido aos problemas que envolvem o suporte do sistema operacional para o novo enfileiramento de comandos a fim de aproveitar ao máximo o SATA Express. Pelo menos as implementações atuais permitem que os conectores SATA Express sejam usados com unidades SATA existentes. Isso deve ajudar a facilitar a implementação para aqueles que comprarem a tecnologia agora, uma vez que as unidades estejam disponíveis.
A razão pela qual a interface realmente não pegou realmente é a interface M.2. Isso é usado exclusivamente para unidades de estado sólido que usam um fator de forma menor que é usado em computadores laptop, mas também com sistemas de desktop. Os discos rígidos ainda têm dificuldade em exceder os padrões SATA. O M.2 tem um pouco mais de flexibilidade porque não depende das unidades maiores, mas também pode usar quatro pistas PCI-Express, o que significa unidades mais rápidas do que as duas faixas do SATA Express. Neste ponto, os consumidores podem nunca ver o SATA Express sendo adotado.
