SATA Express (a veces abreviado extraoficialmente como SATAe ) es una interfaz de bus de computadora que admite dispositivos de almacenamiento Serial ATA (SATA) y PCI Express (PCIe), inicialmente estandarizados en la especificación SATA 3.2 . [1] El conector SATA Express utilizado en el lado del host es compatible con versiones anteriores del conector de datos SATA estándar , [2] mientras que también proporciona dos carriles PCI Express como una conexión PCI Express pura al dispositivo de almacenamiento. [3]
En lugar de continuar con el enfoque habitual de la interfaz SATA de duplicar su velocidad nativa con cada versión principal, la especificación SATA 3.2 incluyó el bus PCI Express para lograr velocidades de transferencia de datos mayores que el límite de velocidad SATA 3.0 de 6 Gbit/s . Los diseñadores de la interfaz SATA concluyeron que duplicar la velocidad SATA nativa llevaría demasiado tiempo para ponerse al día con los avances en la tecnología de unidades de estado sólido (SSD), [4] requeriría demasiados cambios en el estándar SATA y daría como resultado un consumo de energía mucho mayor en comparación con el bus PCI Express existente. [5] [6] Como bus de computadora ampliamente adoptado, PCI Express proporciona suficiente ancho de banda al mismo tiempo que permite una fácil ampliación mediante el uso de carriles más rápidos o adicionales . [7]
Además de ser compatible con la interfaz de controlador de host avanzado (AHCI) heredada en el nivel de interfaz lógica, SATA Express también es compatible con NVM Express (NVMe) como interfaz de dispositivo lógico para dispositivos de almacenamiento PCI Express conectados. Si bien la compatibilidad con AHCI garantiza la compatibilidad con versiones anteriores a nivel de software con dispositivos SATA heredados y sistemas operativos heredados , NVM Express está diseñado para utilizar al máximo los dispositivos de almacenamiento PCI Express de alta velocidad aprovechando su capacidad de ejecutar muchas operaciones de E/S en paralelo . [8]
La interfaz Serial ATA ( SATA ) fue diseñada principalmente para interactuar con unidades de disco duro (HDD), duplicando su velocidad nativa con cada revisión importante: las velocidades máximas de transferencia SATA pasaron de 1,5 Gbit/s en SATA 1.0 (estandarizado en 2003), a 3 Gbit/s en SATA 2.0 (estandarizado en 2004), a 6 Gbit/s proporcionados por SATA 3.0 (estandarizado en 2009). [9] SATA también ha sido seleccionada como la interfaz para unidades de estado sólido ( SSD ) cada vez más adoptadas , pero la necesidad de una interfaz más rápida se hizo evidente a medida que la velocidad de las SSD y las unidades híbridas aumentó con el tiempo. [5] Como ejemplo, algunos SSD disponibles a principios de 2009 ya superaban con creces las capacidades de SATA 1.0 y estaban cerca de la velocidad de transferencia máxima de SATA 2.0, [10] mientras que en la segunda mitad de 2013 los SSD de consumo de alta gama ya habían alcanzado el límite de velocidad de SATA 3.0, lo que requería una interfaz aún más rápida. [11] [12]
Al evaluar diferentes enfoques para el aumento de velocidad requerido, los diseñadores de la interfaz SATA concluyeron que extender la interfaz SATA para duplicar su velocidad nativa a 12 Gbit/s requeriría más de dos años, lo que hace que ese enfoque no sea adecuado para ponerse al día con los avances en la tecnología SSD. [4] Al mismo tiempo, aumentar la velocidad SATA nativa a 12 Gbit/s requeriría demasiados cambios en el estándar SATA, terminando en una solución más costosa y menos eficiente energéticamente en comparación con el bus PCI Express ya disponible y ampliamente adoptado. Por lo tanto, PCI Express fue seleccionado por los diseñadores de la interfaz SATA, como parte de la revisión SATA 3.2 que se estandarizó en 2013; extender la especificación SATA para proporcionar también una interfaz PCI Express dentro del mismo conector compatible con versiones anteriores permitió velocidades mucho más rápidas al reutilizar la tecnología ya existente. [6] [13]
Algunos proveedores también utilizan interfaces lógicas propietarias para sus productos de almacenamiento basados en flash , conectados a través del bus PCI Express. Dichos productos de almacenamiento pueden utilizar un enlace PCI Express de múltiples carriles, al mismo tiempo que interactúan con el sistema operativo a través de controladores propietarios e interfaces de host. [14] [15] Además, a partir de junio de 2014, [actualizar]existen productos de almacenamiento similares que utilizan NVM Express como la interfaz lógica no propietaria para una tarjeta complementaria PCI Express. [16]
El soporte para SATA Express fue anunciado inicialmente para los chipsets Intel Serie 9, los concentradores de controladores de plataforma Z97 y H97 (PCHs), ambos compatibles con los procesadores Intel Haswell y Haswell Refresh ; la disponibilidad de estos dos chipsets estaba prevista para 2014. [17] [18] En diciembre de 2013, Asus presentó un prototipo de placa base " Z87 -Deluxe/SATA Express" basada en el chipset Intel Z87, compatible con procesadores Haswell y que utiliza un controlador ASMedia adicional para proporcionar conectividad SATA Express; esta placa base también se exhibió en CES 2014, aunque no se anunció ninguna fecha de lanzamiento. [19] [20]
En abril de 2014, Asus también demostró su compatibilidad con el llamado reloj de referencia independiente con reloj de espectro ensanchado independiente (SRIS) con algunos de sus equipos SATA Express de preproducción. SRIS elimina la necesidad de un blindaje complejo y costoso en los cables SATA Express necesarios para transmitir señales de sincronización PCI Express, al proporcionar un generador de reloj independiente en el dispositivo de almacenamiento con soporte adicional del firmware de la placa base . [21] [22] [23]
En mayo de 2014, los chipsets Intel Z97 y H97 estuvieron disponibles, brindando soporte tanto para SATA Express como para M.2 , que es una especificación para dispositivos de almacenamiento basados en flash en forma de tarjetas de expansión de computadora montadas internamente . Los chipsets Z97 y H97 usan dos líneas PCI Express 2.0 para cada uno de sus puertos SATA Express, lo que proporciona 1 GB/s de ancho de banda a los dispositivos de almacenamiento PCI Express. [18] [24] [25] El lanzamiento de estos dos nuevos chipsets, destinados principalmente a computadoras de escritorio de alta gama, pronto fue seguido por la disponibilidad de placas base basadas en Z97 y H97. [26] [27]
A finales de agosto de 2014, el chipset Intel X99 estuvo disponible, lo que trajo soporte tanto para SATA Express como para M.2 a la plataforma para entusiastas de Intel. Cada uno de los puertos SATA Express del X99 requiere dos líneas PCI Express 2.0 proporcionadas por el chipset, mientras que las ranuras M.2 pueden usar dos líneas 2.0 del propio chipset o hasta cuatro líneas 3.0 tomadas directamente de la CPU LGA 2011-v3 . Como resultado, el X99 proporciona anchos de banda de hasta 3,94 GB/s para dispositivos de almacenamiento PCI Express conectados. Tras el lanzamiento del chipset X99, numerosas placas base basadas en X99 estuvieron disponibles. [28]
A principios de marzo de 2017, AMD Ryzen se puso a disposición del público, lo que trajo soporte nativo para SATA Express a la plataforma AMD Socket AM4, mediante el uso de sus chipsets X370, X300, B350, A320 y A300. Ryzen también es compatible con M.2 y otras formas de dispositivos de almacenamiento PCI Express, utilizando hasta un total de ocho carriles PCI Express 3.0 proporcionados por el chipset y la CPU AM4. [ 29] Como resultado, Ryzen proporciona anchos de banda de hasta 7,88 GB/s para dispositivos de almacenamiento PCI Express conectados.
Como factor de forma, SATA Express se considera un estándar fallido [¿ por quién? ] , porque cuando se introdujo SATA Express, también se lanzaron el factor de forma M.2 y los estándares NVMe , que ganaron mucha más popularidad que Serial ATA y SATA Express. No se lanzaron muchos dispositivos de almacenamiento que utilizaran la interfaz SATA Express para los consumidores, y los puertos SATA Express desaparecieron rápidamente de las nuevas placas base.
La interfaz SATA Express admite dispositivos de almacenamiento PCI Express y SATA al exponer dos líneas PCI Express 2.0 o 3.0 y dos puertos SATA 3.0 (6 Gbit/s) a través del mismo conector SATA Express del lado del host (pero no ambos al mismo tiempo). Las líneas PCI Express expuestas proporcionan una conexión PCI Express pura entre el host y el dispositivo de almacenamiento, sin capas adicionales de abstracción de bus . [3] [6] La especificación de la revisión 3.2 de SATA , en su revisión dorada a partir de agosto de 2013 [actualizar], estandariza el SATA Express y especifica su diseño de hardware y parámetros eléctricos. [1] [30]
La elección de PCI Express también permite ampliar el rendimiento de la interfaz SATA Express mediante el uso de múltiples carriles y diferentes versiones de PCI Express. En más detalle, el uso de dos carriles PCI Express 2.0 proporciona un ancho de banda total de 1000 MB/s (velocidad de datos brutos de 2 × 5 GT /s y codificación 8b/10b ), mientras que el uso de dos carriles PCI Express 3.0 proporciona 1969 MB/s (velocidad de datos brutos de 2 × 8 GT/s y codificación 128b/130b ). [3] [7] En comparación, el ancho de banda bruto de 6 Gbit/s de SATA 3.0 equivale efectivamente a 600 MB/s (velocidad de datos brutos de 6 GT/s y codificación 8b/10b).
Hay tres opciones disponibles para las interfaces de dispositivos lógicos y los conjuntos de comandos utilizados para interactuar con dispositivos de almacenamiento conectados a un controlador SATA Express: [6] [8]
Los conectores utilizados para SATA Express se seleccionaron específicamente para garantizar la compatibilidad con dispositivos SATA heredados siempre que sea posible, sin la necesidad de adaptadores o convertidores adicionales. [2] El conector en el lado del host acepta un SSD PCI Express o hasta dos dispositivos SATA heredados, al proporcionar carriles PCI Express o puertos SATA 3.0 según el tipo de dispositivo de almacenamiento conectado. [13]
Hay cinco tipos de conectores SATA Express, que se diferencian por su posición y propósito: [2]
Los conectores SATA Express enumerados anteriormente proporcionan solo dos líneas PCI Express, como resultado de un diseño general centrado en una transición rápida de plataforma de bajo costo. Esa elección permitió una compatibilidad con versiones anteriores más sencilla con dispositivos SATA heredados, además de hacer posible el uso de cables sin blindaje más económicos. A partir de marzo de 2015 [actualizar], algunos dispositivos NVM Express en forma de unidades de 2,5 pulgadas utilizan el conector U.2 (originalmente conocido como SFF-8639 , cuyo nombre se cambió en junio de 2015 [33] ), [35] [36] que se espera que gane una aceptación más amplia. El conector U.2 es mecánicamente idéntico al enchufe del dispositivo SATA Express, pero proporciona cuatro líneas PCI Express a través de un uso diferente de los pines disponibles. [32] [37] [38] [39]
La siguiente tabla resume la compatibilidad de los conectores involucrados.
La compatibilidad con versiones anteriores a nivel de dispositivo para SATA Express está garantizada mediante el soporte completo de dispositivos de almacenamiento SATA 3.0 (6 Gbit/s) heredados, tanto a nivel eléctrico como a través del soporte del sistema operativo requerido . Mecánicamente, los conectores del lado del host mantienen su compatibilidad con versiones anteriores de una manera similar a como lo hace USB 3.0 : el nuevo conector SATA Express del lado del host se realiza "apilando" un conector adicional sobre dos conectores de datos SATA estándar heredados, que son puertos SATA 3.0 (6 Gbit/s) normales que pueden aceptar dispositivos SATA heredados. [2] [13] Esta compatibilidad con versiones anteriores del conector SATA Express del lado del host, que se conoce formalmente como el conector del host, garantiza la posibilidad de conectar dispositivos SATA heredados a hosts equipados con controladores SATA Express.
La compatibilidad con versiones anteriores a nivel de software, proporcionada para sistemas operativos heredados y controladores de dispositivos asociados que pueden acceder solo a dispositivos de almacenamiento SATA, se logra al conservar el soporte para la interfaz del controlador AHCI como una interfaz de dispositivo lógico heredada, como se ve desde la perspectiva del sistema operativo. El acceso a dispositivos de almacenamiento utilizando AHCI como una interfaz de dispositivo lógico es posible tanto para SSD SATA como para SSD PCI Express, por lo que los sistemas operativos que no brindan soporte para NVMe se pueden configurar opcionalmente para interactuar con dispositivos de almacenamiento PCI Express como si fueran dispositivos AHCI heredados. [8] Sin embargo, debido a que NVMe es mucho más eficiente que AHCI cuando se usa con SSD PCI Express, la interfaz SATA Express no puede ofrecer su máximo rendimiento cuando se usa AHCI para acceder a dispositivos de almacenamiento PCI Express; consulte más arriba para obtener más detalles.
