Serial ATA ใช้สำหรับจัดเก็บคอมพิวเตอร์ อินเทอร์เฟซมาตรฐานช่วยให้ติดตั้งและใช้งานร่วมกันได้ง่ายระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล การออกแบบการสื่อสารแบบอนุกรมได้มาถึงขีดจำกัดแล้ว โดยไดรฟ์โซลิดสเทตจำนวนมากถูกจำกัดด้วยประสิทธิภาพของอินเทอร์เฟซแทนที่จะเป็นไดรฟ์ มาตรฐานการสื่อสารใหม่ระหว่างคอมพิวเตอร์และไดรฟ์จัดเก็บข้อมูลที่เรียกว่า SATA Express เติมเต็มช่องว่าง
การสื่อสารSATA หรือ PCI Express
ข้อกำหนด SATA 3.0 ที่มีอยู่ถูกจำกัดแบนด์วิดท์ 6.0 Gbps ซึ่งแปลเป็นประมาณ 750 MB/s ด้วยโอเวอร์เฮดสำหรับอินเทอร์เฟซ ประสิทธิภาพการทำงานถูกจำกัดไว้ที่ 600 MB/sไดรฟ์โซลิดสเทตรุ่นปัจจุบันจำนวนมากถึงขีดจำกัดนี้แล้วและต้องการอินเทอร์เฟซที่เร็วขึ้นบางรูปแบบ
ข้อกำหนด SATA 3.2 ซึ่ง SATA Express เป็นส่วนหนึ่ง เป็นมาตรฐานการสื่อสารใหม่ระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ อนุญาตให้อุปกรณ์เลือกวิธี SATA ที่มีอยู่ รับรองความเข้ากันได้แบบย้อนหลังกับอุปกรณ์รุ่นเก่า หรือใช้บัส PCI Express ที่เร็วกว่า
บัส PCI Express มักใช้ในการสื่อสารระหว่าง CPU และอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น การ์ดกราฟิก อินเทอร์เฟซเครือข่าย และพอร์ต USB ภายใต้มาตรฐาน PCI Express 3.0 ปัจจุบัน เลน PCI Express เดียวสามารถรองรับได้ถึง 1 GB/s ทำให้เร็วกว่าอินเทอร์เฟซ SATA ปัจจุบัน
อุปกรณ์ใช้มากกว่าหนึ่งเลนอย่างไรก็ตาม ตามข้อกำหนดของ SATA Express ไดรฟ์ที่มีอินเทอร์เฟซใหม่สามารถใช้ PCI Express สองเลน (มักเรียกว่า x2) เพื่อให้ได้แบนด์วิดท์ที่เป็นไปได้ 2 GB/sอินเทอร์เฟซนี้ทำให้แบนด์วิดท์มีความเร็วเกือบสามเท่าของความเร็วของฮาร์ดแวร์ SATA 3.0 รุ่นก่อน
ตัวเชื่อมต่อ SATA Express ใหม่
อินเทอร์เฟซใหม่ต้องใช้ตัวเชื่อมต่อใหม่ มันรวมตัวเชื่อมต่อข้อมูล SATA สองตัวเข้ากับตัวเชื่อมต่อที่เล็กกว่าตัวที่สาม ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสื่อสารบน PCI Express ขั้วต่อ SATA สองตัวเป็นพอร์ต SATA 3.0 ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ ขั้วต่อ SATA Express ตัวเดียวบนคอมพิวเตอร์สามารถรองรับพอร์ต SATA รุ่นเก่าได้สองพอร์ต ตัวเชื่อมต่อ SATA Express ทั้งหมดใช้ความกว้างเต็ม ไม่ว่าไดรฟ์จะใช้การสื่อสารแบบ SATA ก่อนหน้าหรือ PCI-Express ที่ใหม่กว่า ดังนั้น SATA Express หนึ่งตัวรองรับไดรฟ์ SATA สองตัวหรือไดรฟ์ SATA Express หนึ่งตัว
เนื่องจากไดรฟ์ที่ใช้ SATA Express สามารถใช้เทคโนโลยีใดก็ได้ มันจึงต้องเชื่อมต่อกับทั้งสองอย่าง ดังนั้นจึงใช้สองพอร์ตแทนพอร์ตที่สาม ทางเลือกหนึ่ง นอกจากนี้ พอร์ต SATA จำนวนมากยังเชื่อมโยงกับเลน PCI Express เพื่อสื่อสารกับโปรเซสเซอร์ การใช้อินเทอร์เฟซ PCI Express กับไดรฟ์ SATA Express จะปิดการสื่อสารไปยังพอร์ต SATA สองพอร์ตที่เชื่อมโยงกับอินเทอร์เฟซนั้น
ข้อจำกัดอินเทอร์เฟซคำสั่ง
SATA สื่อสารข้อมูลระหว่างอุปกรณ์และ CPU นอกจากเลเยอร์นี้แล้ว เลเยอร์คำสั่งยังทำงานอยู่ด้านบนอีกด้วย เลเยอร์คำสั่งจะส่งคำสั่งเกี่ยวกับสิ่งที่จะเขียนและอ่านจากไดรฟ์จัดเก็บ หลายปีที่ผ่านมา กระบวนการนี้ได้รับการจัดการโดย Advanced Host Controller Interface มันถูกเขียนลงในทุกระบบปฏิบัติการในปัจจุบันในตลาด ทำให้ไดรฟ์ SATA เป็นแบบพลักแอนด์เพลย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ไม่จำเป็นต้องมีไดรเวอร์เพิ่มเติม
แม้ว่าเทคโนโลยีจะทำงานได้ดีกับเทคโนโลยีที่เก่ากว่าและช้ากว่า เช่น ฮาร์ดไดรฟ์และแฟลชไดรฟ์ USB แต่ก็รองรับ SSD ที่เร็วกว่า แม้ว่าคิวคำสั่ง AHCI สามารถเก็บคำสั่งได้ 32 คำสั่ง แต่ก็สามารถประมวลผลคำสั่งได้ครั้งละหนึ่งคำสั่งเท่านั้นเนื่องจากมีเพียงคิวเดียว
นี่คือที่มาของชุดคำสั่ง Non-Volatile Memory Express ซึ่งมีคิวคำสั่ง 65, 536 คิว โดยแต่ละคิวสามารถเก็บคำสั่งได้ 65, 536 คำสั่งต่อคิว ซึ่งช่วยให้สามารถประมวลผลคำสั่งหน่วยเก็บข้อมูลไปยังไดรฟ์แบบขนานได้สิ่งนี้ไม่เป็นประโยชน์ต่อฮาร์ดไดรฟ์ เนื่องจากถูกจำกัดคำสั่งเพียงคำสั่งเดียวเนื่องจากส่วนหัวของไดรฟ์ อย่างไรก็ตาม สำหรับไดรฟ์โซลิดสเทตที่มีชิปหน่วยความจำหลายตัว สามารถเพิ่มแบนด์วิดท์ได้โดยการเขียนคำสั่งหลายคำสั่งไปยังชิปและเซลล์ต่างๆ พร้อมกัน
นี่คือเทคโนโลยีใหม่และไม่ได้มีอยู่ในระบบปฏิบัติการส่วนใหญ่ในตลาด ระบบปฏิบัติการจำนวนมากจำเป็นต้องติดตั้งไดรเวอร์เพิ่มเติมในไดรฟ์เพื่อให้ไดรฟ์สามารถใช้เทคโนโลยี NVMe ใหม่ได้ การปรับใช้ประสิทธิภาพที่เร็วที่สุดสำหรับไดรฟ์ SATA Express อาจใช้เวลาสักครู่
SATA Express รองรับทั้งสองวิธี คุณสามารถใช้เทคโนโลยีใหม่กับไดรเวอร์ AHCI และอาจเปลี่ยนไปใช้มาตรฐาน NVMe ที่ใหม่กว่าในภายหลังเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ซึ่งอาจต้องฟอร์แมตไดรฟ์ใหม่
คุณสมบัติอื่นๆ ในข้อมูลจำเพาะของ SATA 3.2
ข้อกำหนดใหม่ของ SATA เพิ่มมากกว่าวิธีการสื่อสารและตัวเชื่อมต่อใหม่ ส่วนใหญ่มุ่งเป้าไปที่คอมพิวเตอร์พกพาแต่สามารถให้ประโยชน์กับคอมพิวเตอร์ที่ไม่ใช่มือถือเครื่องอื่นๆ
คุณสมบัติการประหยัดพลังงานที่โดดเด่นที่สุดคือโหมด DevSleep เป็นโหมดพลังงานใหม่ที่ช่วยให้ระบบในที่จัดเก็บข้อมูลสามารถกึ่งไฮเบอร์เนตได้ โหมดนี้จะลดการดึงพลังงานเมื่ออยู่ในโหมดสลีปเพื่อปรับปรุงเวลาการทำงานของแล็ปท็อปพิเศษ ซึ่งรวมถึง Ultrabook ที่ออกแบบโดยใช้ SSD และใช้พลังงานต่ำ
โซลิดสเตทไฮบริดไดรฟ์ยังได้รับประโยชน์จากมาตรฐานใหม่นี้ เนื่องจากมาตรฐานได้เพิ่มชุดของการเพิ่มประสิทธิภาพชุดใหม่ ในการใช้งาน SATA ปัจจุบัน ตัวควบคุมไดรฟ์จะกำหนดว่ารายการใดควรและไม่ควรเป็นแคชโดยพิจารณาจากสิ่งที่ได้รับการร้องขอ ด้วยโครงสร้างใหม่ ระบบปฏิบัติการจะบอกตัวควบคุมไดรฟ์ว่าควรเก็บรายการใดไว้ในแคช ซึ่งจะช่วยลดค่าใช้จ่ายบนตัวควบคุมไดรฟ์และปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน
สุดท้าย ก็มีฟังก์ชั่นสำหรับใช้กับการตั้งค่าไดรฟ์ RAID จุดประสงค์หนึ่งของ RAID คือความซ้ำซ้อนของข้อมูล ในกรณีที่ไดรฟ์ล้มเหลว ไดรฟ์จะถูกเปลี่ยน และข้อมูลจะถูกสร้างขึ้นใหม่จากการตรวจสอบกระบวนการใหม่ในมาตรฐาน SATA 3.2 ปรับปรุงกระบวนการสร้างใหม่โดยการรับรู้ว่าข้อมูลใดได้รับความเสียหาย เทียบกับข้อมูลที่ไม่เสียหาย
การนำไปใช้งานและเหตุใดจึงใช้ไม่ได้ในทันที
SATA Express เป็นมาตรฐานอย่างเป็นทางการตั้งแต่ปลายปี 2013 มันไม่ได้เข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์จนกว่าจะมีการเปิดตัวชิปเซ็ต Intel H97/Z97 ในฤดูใบไม้ผลิปี 2014 แม้ว่ามาเธอร์บอร์ดจะนำเสนอคุณสมบัติใหม่ อินเทอร์เฟซ ไม่มีไดรฟ์ในขณะที่เปิดตัวใช้งาน
เหตุผลที่อินเทอร์เฟซใช้งานไม่ได้อย่างรวดเร็วคืออินเทอร์เฟซ M.2 ใช้สำหรับไดรฟ์โซลิดสเทตที่ใช้ฟอร์มแฟคเตอร์ที่เล็กกว่าเท่านั้น ไดรฟ์แผ่นแม่เหล็กมีช่วงเวลาที่ยากลำบากเกินมาตรฐาน SATA M.2 มีความยืดหยุ่นมากกว่าเพราะไม่ต้องพึ่งพาไดรฟ์ที่ใหญ่กว่า นอกจากนี้ยังสามารถใช้ PCI Express lanes ได้ 4 เลน ซึ่งหมายถึงไดรฟ์ที่เร็วกว่า SATA Express สองเลน
AMD เปิดตัวไมโครโปรเซสเซอร์ Ryzen เมื่อต้นเดือนมีนาคม 2017 นำการรองรับในตัวสำหรับ SATA Express มาสู่แพลตฟอร์ม AMD Socket AM4
