SATA Express là gì?

Serial ATA được sử dụng cho bộ nhớ máy tính. Interface chuẩn này cho phép dễ dàng cài đặt, tạo sự tương thích giữa máy tính và thiết bị lưu trữ. Thiết kế giao tiếp kiểu serial (tuần tự) đã đạt đến giới hạn của nó, với nhiều ổ SSD bị giới hạn bởi hiệu suất của interface. Chuẩn giao tiếp mới giữa máy tính và ổ lưu trữ có tên SATA Express đã lấp đầy khoảng trống đó.

Giao tiếp PCI Express hoặc SATA

Các thông số kỹ thuật SATA 3.0 hiện tại được giới hạn ở băng thông 6,0Gbps, tương đương với khoảng 750MBps. Do interface, hiệu suất hoạt động hiệu quả bị giới hạn ở 600MBps. Nhiều thế hệ ổ SSD hiện tại đã đạt đến giới hạn này và cần một số dạng interface nhanh hơn.

Đặc điểm kỹ thuật SATA 3.2, mà SATA Express là một phần trong đó, 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 những thiết bị cũ hơn hoặc sử dụng bus PCI Express nhanh hơn.

• Tại sao cổng PCI Express trên bo mạch chủ có kích thước khác nhau? x16, x8, x4 và x1 có ý nghĩa gì?

Bus PCI Express thường được sử dụng cho việc giao tiếp giữa CPU và các thiết bị ngoại vi, chẳng hạn như card đồ họa, interface mạng và cổng USB. Theo tiêu chuẩn PCI Express 3.0 hiện tại, một làn PCI Express xử lý tối đa 1GBps, làm cho tốc độ này nhanh hơn so với interface SATA hiện tại.

Tuy nhiên, các thiết bị sử dụng nhiều hơn một làn. Theo thông số kỹ thuật của SATA Express, ổ có interface mới có thể sử dụng hai làn PCI Express (thường được gọi là x2) để đạt được băng thông tiềm năng là 2GBps. Interface này giúp băng thông có tốc độ gần gấp 3 lần so với phần cứng SATA 3.0 trước đây.

Đầu nối SATA Express mới

Interface mới yêu cầu một đầu nối mới. Nó kết hợp hai đầu nối dữ liệu SATA với một đầu nối thứ ba nhỏ hơn, xử lý các interface 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. Tất cả các đầu nối SATA Express đều sử dụng toàn bộ chiều rộng, cho dù ổ dựa trên interface SATA cũ hay PCI-Express mới hơn. Vì vậy, một SATA Express xử lý hai ổ SATA hoặc một ổ SATA Express.

Bởi vì ổ dựa trên SATA Express có thể sử dụng một trong hai công nghệ, nên nó phải giao tiếp với cả hai, vì vậy nó sử dụng hai cổng, thay vì một cổng thứ ba. Ngoài ra, nhiều cổng SATA liên kết với một làn PCI Express để giao tiếp với bộ xử lý. Sử dụng interface PCI Express với ổ SATA Express sẽ tắt khả năng giao tiếp với hai cổng SATA được liên kết với interface đó.

Giới hạn interface lệnh

SATA trao đổi dữ liệu giữa thiết bị và CPU. Ngoài lớp này, còn một lớp lệnh chạy trên cùng. Lớp lệnh sẽ 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 Advanced Host Controller Interface. Nó được ghi vào mọi hệ điều hành hiện có trên thị trường, giúp ổ SATA chỉ cần cắm và chạy một cách hiệu quả. Không cần thêm driver.

Mặc dù công nghệ này hoạt động tốt với công nghệ cũ, chậm hơn như ổ cứng và ổ flash USB, nhưng nó lại hạn chế các ổ SSD nhanh hơn. Trong khi hàng đợi lệnh AHCI có thể chứa 32 lệnh, 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. Điều này không có lợi cho ổ cứng, vì nó bị giới hạn trong một lệnh duy nhất do các drive head. Tuy nhiên, đối với ổ SSD có nhiều chip nhớ, nó có thể tăng băng thông bằng cách ghi đồng thời một số lệnh tới các chip và cell 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 driver để ổ có thể sử dụng công nghệ NVMe mới. Việc triển khai hiệu suất nhanh nhất cho ổ SATA Express có thể mất một chút thời gian.

SATA Express hỗ trợ một trong hai phương pháp. Bạn có thể sử dụng công nghệ mới với driver 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 format lại ổ.

• Tìm hiểu về Parallel ATA (PATA)

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 cũng có thể mang lại lợi ích cho những 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 laptop đặc biệt, bao gồm cả Ultrabook được thiết kế với ổ SSD và tiêu thụ điện năng thấp.

Các ổ SSHD (Solid State Hybrid Drive) cũng được hưởng lợi từ những tiêu chuẩn mới, vì các tiêu chuẩn này đã bổ sung một bộ tính năng tối ưu hóa mới. Trong các triển khai SATA hiện tại, drive controller (bộ điều khiển ổ) xác định những mục nào nên và không nên được 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 drive controller những mục nào nó sẽ giữ trong bộ nhớ cache, điều này làm giảm áp lực trên drive controller và cải thiện hiệu suất.

Cuối cùng, có một chức năng để sử dụng với thiết lập ổ RAID. Mục đích của RAID là đảm bảo data redundancy (dư thừa dữ liệu). Trong trường hợp ổ bị lỗi, ổ sẽ được thay thế và dữ liệu được build lại từ checksum. Một quy trình mới trong chuẩn SATA 3.2 cải thiện quá trình build lại bằng cách nhận biết dữ liệu nào bị hỏng, dữ liệu nào không.

Tại sao interface SATA Express không thể bắt kịp nhanh chóng?

SATA Express đã trở thành 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 bo mạch chủ có interface mới, nhưng không có ổ nào ở thời điểm ra mắt sử dụng nó.

Lý do khiến interface này không bắt kịp nhanh chóng là do interface M.2. Nó được sử dụng riêng cho các ổ SSD, sở hữu yếu tố hình thức nhỏ hơn. Ổ đĩa từ đã phải trải qua khoảng thời gian rất vất vả để vượt tiêu chuẩn SATA. M.2 linh hoạt hơn vì nó không phụ thuộc vào các ổ lớn hơn. Nó cũng có thể sử dụng 4 làn PCI Express, có nghĩa là 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 đến hỗ trợ tích hợp cho SATA Express cho nền tảng AMD Socket AM4.