SATA Express

SATA Express (mõnes kohas mitteametlikult SATAe) on andmesiini liides, mis toetab Serial ATA (SATA) ja PCI Express (PCIe) andmekandjatega ühendamist. Sata Express liides standardiseeriti SATA 3.2 standardis 2013 aastal. SATA Express liidesega ühendatud andmekandjad saavad kasutada kahte PCI Express liini. SATA Express host seadme pistikusse saab ühendada SATA Express kaablit või kuni kaks tagasiühilduvat SATA andmekaablit.
SATA liidese järgmine loogiline samm oleks olnud selle kiiruse kahekordistamine 6 Gb/s pealt 12 Gb/s peale, aga selle asemel võeti SATA 3.2 standardis kasutusele PCI Express siin, mille abil saavutati suuremad kiirused kui SATA 3.0 6/Gb/s. T10 (SAS) komitee oli juba 12 Gb/s jaoks palju tööd teinud ja SATA loojad jõudsid selle põhjal järeldusele, et kiiruse kahekordistamist ei oleks võimalik teostada enne kui pooljuhtandmekandjate ehk SSD-de tootjatel seda juba vaja läheks. Nad jõudsid ka järeldusele, et see vajaks liiga palju muudatusi SATA standardile ja kaks PCI Express 3.0 liini oleks 1,6 korda kõrgema jõudlusega ja vajaks vähem energiat kui hüpoteetiline 12 Gb/s SATA. Leiti ka, et 2 PCI express 3.0 liini võimaldaks 3,3 korda paremat jõudlust kui 6Gb/s SATA ainult 4 protsendilise energiatarbimis tõusuga.
Ajalugu.
Serial ATA (SATA) liides on mõeldud peamiselt kõvaketastega ühendamiseks. Selle kiirused on iga suurema versiooniga kahekordistunud. 2003. aastal standardiseeritud SATA 1.0 kiiruseks oli 1,5 Gbit/s ja 2004. aastal standarditud SATA 2.0 kiiruseks kuni 3 Gbit/s. 2009. aastal standardiseeriti SATA 3.0, mille kiirus jällegi kahekordistus 3 Gbit/s pealt 6 Gb/s peale. SATA liidest hakati kasutama järjest rohkem pooljuhtandmekandjate ehk SSD-de jaoks, aga SATA 3.0 kiirusest hakkas nende jaoks väheks jääma ja oli vaja leida uus lahendus.
SATA Express loodi SATA-IO poolt, sellepärast et nende liikmeteks on mitmed HDD ja SSD andmekandjate tootjad ja nad teadsid, et varsti on SSD-del vaja suuremat kiirust kui 6 Gb/s, mida lubab SATA. Peamised põhjused miks otsustati kasutada PCI Expressi kiiruse suurendamiseks olid järgmised: mõnel SSD tootjal oli vaja suuremaid kiirused, neid tootjaid, kellel seda vaja oli polnud palju, SATA 6 Gb/s oli edaspidiseks HDD andmekandjate jaoks piisav ja uus liides pidi olema võimalikult odav. PCI Expressi poolt otsustati ka sellepärast, et PCI Express 3.0 üks liin kiirusega 8 Gb/s ehk 1 GB/s annaks piisava kiiruse suurenduse. See oli hea valik ka sellepärast, et sellel on võime kiirust suurendada lihtsalt uusi PCI Expressi liine juurde lisades. Kahte PCI Express 3.0 liini kasutades suudab SATA Express saada kiiruseks kuni 2 GB/s ehk 16 Gb/s võrreldes SATA 3.0 kiirusega kuni 0,6 GB/s ehk 6 Gb/s. See kiiruse suurenemine tegi ruumi suuremate kiirustega SSD-de tulekuks. PCI Express 4.0 tulekuga lisaks iga liin kiirust kuni 2 GB/s, mis jätaks ruumi SATA Expressi edasiseks arenguks.
SATA-IO tegi SATA Expressi jaoks uue host ja seadme pistiku ning pesa. Need on mõlemad natuke muudetud SATA omadest ning need on tagasi ühilduvad SATA pistikutega. Uus liides toetab kuni kaks SATA pistikut või kuni kaks PCI Express liini. Andmekandjad peavad hostile üle signaali teada andma kas nad on SATA või PCI Express seadmed, et host teaks kuidas nendega suhelda. Tänu sellele saab arvuti emaplaadil olla pesa, mis toetab nii SATA kui ka PCI Express andmekandjaid.
SATA Expressi kasutamine hakkas järjest vähenema ja populaarsemaks on saanud näiteks M.2 ühendus, mis tuli välja samal ajal kui SATA Express. See suudab kasutada kuni nelja PCI Express liini ning saavutada sellepärast kaks korda suuremaid kiiruseid võrreldes SATA Expressi kahe liiniga. M.2 pistik on ka väiksem kui SATA Express pistik. M.2 on hakanud järjest rohkem asendama SATA Expressi.
Seadmed.
2014. aasta märtsis oli ASUS-el olemas prototüüp emaplaat, millel oli PCI Express pistik. See kasutas kahte PCI Express 2.0 liini.
2014. aasta mais tulid välja Z97 ja H97 kiibistikud, mis on Inteli 9. seeria kiibistikud ja need toetavad SATA Expressi ja M.2 ühendust kahe PCI Express 2.0 liiniga. Need suutsid saavutada kiiruseks kuni 1000 MB/s. PCI Expressi host pistik oli olemas mõnel Intel 9 seeria protsessorit toetavatel emaplaatidel.
Western Digital (WD) demonstreeris Computex Taipei üritusel 2014. aasta juunis esimesi PCI Express kõvakettaid, mis kasutasid SATA Express liidest.
2014. aasta augustis tuli välja Intel X99 kiibistik, mis toetab SATA Expressi ja M.2 ühendust. Iga SATA Expressi ühenduseks on vaja kaks PCI Express 2.0 liini ja iga M.2 ühenduse jaoks kaks või neli PCI Express 2.0 liini.
2015. aasta aprillis tuli välja Asuse X99 emaplaadid, millel on üks SATA Express pistik. See emaplaat on Inteli X99 kiibistiku jaoks.
2017. märtsis tuli välja AMD Ryzen ning sellega tulid välja AMD AM4 kiibistikud. AM4 kiibistikud X370, X300, B350, A320 ja A300 toetavad PCI Expressi ja M.2 ühendust.
Ühendused.
SATA Express liides toetab nii PCI Express kui ka SATA andmekandjaid kahe PCI Express 2.0 või PCI Express 3.0 liini abil ja kahe SATA 3.0 (6 Gbit/s) pistiku abil läbi sama hosti poolse SATA Express konnektori. Need PCI Express liinid tagavad hosti ja seadme vahelise ühenduse ilma mingi kihita, mis seda aeglustaks. SATA Express tuli välja SATA 3.2 versiooniga 2013. aastal ja samal ajal jätkatakse SATA arendamisega ning see on edasiseks liides paljudele arvuti andmekandjatele.
PCI Express liini kasutamine oli hea valik ka seetõttu, et see andis võimaluse SATA Expressil areneda uuemate PCI Express versioonidega. Näiteks PCI Express 3.0 ühe liini kiiruseks on kuni 8 Gb/s ja PCI Express 4.0 ühe liini kiiruseks on kuni 16 Gb/s. See valik jättis ruumi saavutada tulevikus paremaid kiiruseid.
SATA Express kontrolleriga ühendamiseks on kolm võimalust:
Legacy SATA.
Tagasiühilduvalt legacy SATA seadmetega ühendamiseks kasutatakse Advanced Host Controller Interface (AHCI) draiverit ja SATA 3.0 pistikut SATA Express kontrolleris. Advanced Host Controller Interface (AHCI) on draiver, mis on sisse ehitatud Windowsisse ja Linuxisse ning see leidub ka teistele SATA-t toetavatele operatsioonisüsteemidele. PCI Express seade AHCI draiveriga toetab SATA tarkvara keskkonda. See on tehtud kõvaketaste jaoks ja see ei pruugi SSD madalamast latentsust ära kasutada.
SATA Express AHCI.
Selles ühendusviisis kasutatakse SSD andmekandjate ühendamiseks AHCI draiverit. Selle eeliseks on laialdasem tarkvaraline tugi, aga see lahendus ei taga parimat jõudlust PCI Express SSD seadmega suhtlemisel. See on sellepärast, et AHCI loodi ajal, millal Host Bus Adapteri (HBA) eesmärk süsteemis oli ühendada CPU ja mälu palju aeglasema pöörleva andmekandjaga. Sellisel liidesel on mõned ebaefektiivsused SSD seadmetega suhtlemisel, mis on palju kiiremad ja käituvad rohkem nagu dünaamiline muutmälu kui pöörleva kettaga andmekandja.
SATA Express NVMe.
Selle ühendusviisiga kasutatakse NVM Express (NVMe) draiverit, mis on juba algusest peale tehtud madala latentsiga tänapäeva kiireid SSD-sid silmas pidades ning see oskab ära kasutada tänaste CPU-de ja rakenduste paralleelsust. Windows toetab NVM Expressi alates 8.1 versioonist ja draiverid teistele operatsioonisüsteemidele on ka saadaval.
Pistikud, pesad ja kaablid.
SATA Expressi pistikud ja pesad:
Pistikute ja pesade ühendamise maatriks.
a. SATA Express Seadme Pistik ühendub SFF-8639 ja SAS MultiLink konnektoritega, aga see on töötab ainult siis kui host seade toetab PCI Express seadmeid.
b. SATA seadme pistik ühendub SFF-8639 ja SAS MultiLink konnektoritega, aga see on funktsionaalne ainult siis kui host seade toetab SATA seadmeid.
c. SFF-8639 connector nimetati 2015. aastal ümber U.2 konnektoriks.