Serial ATA viene utilizzato per l'archiviazione del computer. L'interfaccia standard consente una facile installazione e compatibilità tra computer e dispositivi di archiviazione. Il design della comunicazione serializzata ha raggiunto i suoi limiti, con molte unità a stato solido limitate dalle prestazioni dell'interfaccia piuttosto che dall'unità. Nuovi standard di comunicazione tra un computer e unità di archiviazione chiamate SATA Express colmano il divario.
Comunicazione SATA o PCI Express
Le specifiche SATA 3.0 esistenti sono limitate a 6,0 Gbps di larghezza di banda, che si traduce in circa 750 MB/s. Con l'overhead per l'interfaccia, le prestazioni effettive sono limitate a 600 MB/s. Molte delle attuali generazioni di unità a stato solido hanno raggiunto questo limite e necessitano di una qualche forma di interfaccia più veloce.
La specifica SATA 3.2, di cui SATA Express fa parte, è un nuovo standard di comunicazione tra il computer e i dispositivi. Consente ai dispositivi di scegliere il metodo SATA esistente, garantendo la retrocompatibilità con i dispositivi meno recenti, o di utilizzare il bus PCI Express più veloce.
Il bus PCI Express viene comunemente utilizzato per comunicare tra la CPU e le periferiche, come schede grafiche, interfacce di rete e porte USB. Secondo gli attuali standard PCI Express 3.0, una singola corsia PCI Express gestisce fino a 1 GB/s, rendendola più veloce dell'attuale interfaccia SATA.
I dispositivi utilizzano più di una corsia, tuttavia. Secondo le specifiche SATA Express, un'unità con la nuova interfaccia può utilizzare due corsie PCI Express (spesso indicate come x2) per ottenere una larghezza di banda potenziale di 2 GB/s. Questa interfaccia rende la larghezza di banda quasi tre volte la velocità del precedente hardware SATA 3.0.
Il nuovo connettore SATA Express
La nuova interfaccia richiede un nuovo connettore. Combina due connettori dati SATA con un terzo connettore più piccolo, che si occupa delle comunicazioni basate su PCI Express. I due connettori SATA sono porte SATA 3.0 completamente funzionanti. Un singolo connettore SATA Express su un computer può supportare due porte SATA precedenti. Tutti i connettori SATA Express utilizzano l'intera larghezza, indipendentemente dal fatto che l'unità sia basata sulle precedenti comunicazioni SATA o sul più recente PCI-Express. Quindi, un SATA Express gestisce due unità SATA o un'unità SATA Express.
Poiché un'unità basata su SATA Express può utilizzare entrambe le tecnologie, deve interfacciarsi con entrambe, quindi utilizza le due porte invece di una terza, alternativa, una. Inoltre, molte porte SATA si collegano a una corsia PCI Express per comunicare con il processore. L'utilizzo dell'interfaccia PCI Express con un'unità SATA Express disattiva la comunicazione con le due porte SATA collegate a tale interfaccia.
Limitazioni dell'interfaccia di comando
SATA comunica i dati tra il dispositivo e la CPU. Oltre a questo livello, sopra viene eseguito un livello di comando. Il livello di comando invia i comandi su cosa scrivere e leggere dall'unità di archiviazione. Per anni, questo processo è stato gestito dall'interfaccia Advanced Host Controller. È scritto in ogni sistema operativo attualmente sul mercato, rendendo di fatto plug and play le unità SATA. Non sono necessari driver aggiuntivi.
Sebbene la tecnologia abbia funzionato bene con tecnologie più vecchie e più lente come dischi rigidi e unità flash USB, trattiene SSD più veloci. Sebbene la coda dei comandi AHCI possa contenere 32 comandi, può elaborare un solo comando alla volta perché c'è solo una coda singola.
È qui che entra in gioco il set di comandi Non-Volatile Memory Express. Dispone di 65.536 code di comandi, ciascuna con la capacità di contenere 65.536 comandi per coda. Ciò consente l'elaborazione parallela dei comandi di archiviazione sull'unità. Questo non è vantaggioso per un disco rigido, poiché è limitato a un singolo comando a causa delle testine dell'unità. Tuttavia, per le unità a stato solido con più chip di memoria, può aumentare la larghezza di banda scrivendo diversi comandi su diversi chip e celle contemporaneamente.
Questa è una nuova tecnologia e non è integrata nella maggior parte dei sistemi operativi sul mercato. Molti sistemi operativi necessitano di driver aggiuntivi installati nelle unità in modo che le unità possano utilizzare la nuova tecnologia NVMe. L'implementazione delle prestazioni più veloci per le unità SATA Express potrebbe richiedere del tempo.
SATA Express supporta uno dei due metodi. È possibile utilizzare la nuova tecnologia con i driver AHCI e potenzialmente passare ai nuovi standard NVMe in un secondo momento per migliorare le prestazioni, il che potrebbe richiedere la riformattazione dell'unità.
Altre caratteristiche nelle specifiche SATA 3.2
Le nuove specifiche SATA aggiungono più dei nuovi metodi di comunicazione e connettori. La maggior parte è destinata ai computer mobili, ma può avvantaggiare altri computer non mobili.
La funzione di risparmio energetico più notevole è la modalità DevSleep. È una nuova modalità di alimentazione che consente ai sistemi nell'archiviazione di andare quasi in letargo. Questa modalità riduce il consumo di energia in modalità di sospensione per migliorare i tempi di esecuzione di laptop speciali, inclusi gli Ultrabook progettati attorno agli SSD e a basso consumo energetico.
Anche le unità ibride a stato solido traggono vantaggio dai nuovi standard, poiché gli standard hanno aggiunto una nuova serie di ottimizzazioni. Nelle attuali implementazioni SATA, il controller dell'unità determina quali elementi dovrebbero e non dovrebbero essere memorizzati nella cache in base a ciò che vede essere richiesto. Con la nuova struttura, il sistema operativo dice al controller dell'unità quali elementi deve contenere nella cache, il che riduce l'overhead sul controller dell'unità e migliora le prestazioni.
Infine, c'è una funzione per l'uso con le configurazioni di unità RAID. Uno degli scopi del RAID è la ridondanza dei dati. In caso di guasto dell'unità, l'unità viene sostituita e i dati vengono ricostruiti dal checksum. Un nuovo processo negli standard SATA 3.2 migliora il processo di ricostruzione riconoscendo quali dati sono danneggiati rispetto a quelli che non lo sono.
Attuazione e perché non ha preso piede subito
SATA Express è uno standard ufficiale dalla fine del 2013. Non si è fatto strada nei sistemi informatici fino al rilascio dei chipset Intel H97/Z97 nella primavera del 2014. Anche se le schede madri presentavano il nuovo interfaccia, nessuna unità al momento del lancio lo utilizzava.
Il motivo per cui l'interfaccia non ha preso piede rapidamente è l'interfaccia M.2. Viene utilizzato esclusivamente per unità a stato solido che utilizzano un fattore di forma più piccolo. Le unità a piatto magnetico hanno difficoltà a superare gli standard SATA. M.2 ha una maggiore flessibilità perché non si basa su unità più grandi. Può anche utilizzare quattro corsie PCI Express, il che significa unità più veloci rispetto alle due corsie di SATA Express.
AMD ha rilasciato i suoi microprocessori Ryzen all'inizio di marzo 2017, portando il supporto integrato per SATA Express alla piattaforma AMD Socket AM4.
