Serial ATA se utiliza para el almacenamiento informático. La interfaz estándar permite una fácil instalación y compatibilidad entre computadoras y dispositivos de almacenamiento. El diseño de comunicación serializada ha llegado a sus límites, con muchas unidades de estado sólido limitadas por el rendimiento de la interfaz en lugar de la unidad. Los nuevos estándares de comunicación entre una computadora y las unidades de almacenamiento llamados SATA Express llenan el vacío.
Comunicación SATA o PCI Express
Las especificaciones SATA 3.0 existentes están limitadas a un ancho de banda de 6,0 Gbps, lo que se traduce en aproximadamente 750 MB/s. Con sobrecarga para la interfaz, el rendimiento efectivo está restringido a 600 MB/s. Muchas generaciones actuales de unidades de estado sólido han alcanzado este límite y necesitan algún tipo de interfaz más rápida.
La especificación SATA 3.2, de la cual SATA Express forma parte, es un nuevo estándar de comunicación entre la computadora y los dispositivos. Permite que los dispositivos elijan el método SATA existente, lo que garantiza la compatibilidad con versiones anteriores de dispositivos más antiguos, o utilizar el bus PCI Express más rápido.
El bus PCI Express se usa comúnmente para comunicarse entre la CPU y los dispositivos periféricos, como tarjetas gráficas, interfaces de red y puertos USB. Bajo los estándares PCI Express 3.0 actuales, un solo carril PCI Express maneja hasta 1 GB/s, lo que lo hace más rápido que la interfaz SATA actual.
Sin embargo, los dispositivos usan más de un carril. De acuerdo con las especificaciones SATA Express, una unidad con la nueva interfaz puede usar dos carriles PCI Express (a menudo denominados x2) para lograr un ancho de banda potencial de 2 GB/s. Esta interfaz hace que el ancho de banda sea casi tres veces más rápido que el hardware SATA 3.0 anterior.
El nuevo conector SATA Express
La nueva interfaz requiere un nuevo conector. Combina dos conectores de datos SATA con un tercer conector más pequeño, que se ocupa de las comunicaciones basadas en PCI Express. Los dos conectores SATA son puertos SATA 3.0 completamente funcionales. Un solo conector SATA Express en una computadora puede admitir dos puertos SATA más antiguos. Todos los conectores SATA Express usan el ancho completo, ya sea que la unidad se base en las comunicaciones SATA anteriores o en el PCI-Express más nuevo. Por lo tanto, un SATA Express maneja dos unidades SATA o una unidad SATA Express.
Debido a que una unidad basada en SATA Express puede usar cualquier tecnología, debe interactuar con ambas, por lo que usa los dos puertos en lugar de una tercera alternativa. Además, muchos puertos SATA se vinculan a un carril PCI Express para comunicarse con el procesador. El uso de la interfaz PCI Express con una unidad SATA Express desactiva la comunicación con los dos puertos SATA vinculados a esa interfaz.
Limitaciones de la interfaz de comandos
SATA comunica datos entre el dispositivo y la CPU. Además de esta capa, se ejecuta una capa de comando en la parte superior. La capa de comando envía los comandos sobre qué escribir y leer desde la unidad de almacenamiento. Durante años, este proceso estuvo a cargo de la interfaz de controlador de host avanzado. Está escrito en todos los sistemas operativos actualmente en el mercado, lo que hace que las unidades SATA se conecten y funcionen de manera efectiva. No se necesitan controladores adicionales.
Aunque la tecnología funcionaba bien con tecnologías más antiguas y lentas, como discos duros y unidades flash USB, frena las unidades SSD más rápidas. Si bien la cola de comandos de AHCI puede contener 32 comandos, solo puede procesar un solo comando a la vez porque solo hay una cola.
Aquí es donde entra en juego el conjunto de comandos Express de memoria no volátil. Cuenta con 65.536 colas de comandos, cada una con la capacidad de contener 65.536 comandos por cola. Esto permite el procesamiento paralelo de comandos de almacenamiento en la unidad. Esto no es beneficioso para un disco duro, ya que está limitado a un solo comando debido a los cabezales de la unidad. Sin embargo, para unidades de estado sólido con múltiples chips de memoria, puede aumentar el ancho de banda escribiendo varios comandos en diferentes chips y celdas simultáneamente.
Esta es una tecnología nueva y no está integrada en la mayoría de los sistemas operativos del mercado. Muchos sistemas operativos necesitan controladores adicionales instalados en las unidades para que las unidades puedan usar la nueva tecnología NVMe. La implementación del rendimiento más rápido para las unidades SATA Express puede llevar algún tiempo.
SATA Express admite cualquiera de los dos métodos. Puede usar la nueva tecnología con los controladores AHCI y potencialmente pasar a los estándares NVMe más nuevos más adelante para mejorar el rendimiento, lo que puede requerir que se vuelva a formatear la unidad.
Otras funciones en las especificaciones SATA 3.2
Las nuevas especificaciones SATA agregan más que los nuevos métodos y conectores de comunicación. La mayoría están destinados a computadoras móviles, pero pueden beneficiar a otras computadoras no móviles.
La función de ahorro de energía más notable es el modo DevSleep. Es un nuevo modo de energía que permite que los sistemas en el almacenamiento cuasi-hibernen. Este modo reduce el consumo de energía cuando está en modo de suspensión para mejorar los tiempos de funcionamiento de las computadoras portátiles especiales, incluidas las Ultrabooks diseñadas con SSD y bajo consumo de energía.
Las unidades híbridas de estado sólido también se benefician de los nuevos estándares, ya que los estándares agregaron un nuevo conjunto de optimizaciones. En las implementaciones SATA actuales, el controlador de la unidad determina qué elementos deben y no deben almacenarse en caché en función de lo que ve que se solicita. Con la nueva estructura, el sistema operativo le dice al controlador de la unidad qué elementos debe contener en la memoria caché, lo que reduce la sobrecarga en el controlador de la unidad y mejora el rendimiento.
Finalmente, hay una función para usar con configuraciones de unidades RAID. Uno de los propósitos de RAID es la redundancia de datos. En caso de que falle la unidad, la unidad se reemplaza y los datos se reconstruyen a partir de la suma de verificación. Un nuevo proceso en los estándares SATA 3.2 mejora el proceso de reconstrucción al reconocer qué datos están dañados y cuáles no.
Implementación y por qué no prendió de inmediato
SATA Express ha sido un estándar oficial desde finales de 2013. No llegó a los sistemas informáticos hasta el lanzamiento de los conjuntos de chips Intel H97/Z97 en la primavera de 2014. Aunque las placas base presentaban el nuevo interfaz, ninguna unidad en el momento del lanzamiento la utilizó.
La razón por la que la interfaz no se popularizó rápidamente es la interfaz M.2. Se usa exclusivamente para unidades de estado sólido que usan un factor de forma más pequeño. Las unidades de disco magnético tienen dificultades para superar los estándares SATA. M.2 tiene más flexibilidad porque no depende de las unidades más grandes. También puede usar cuatro carriles PCI Express, lo que significa unidades más rápidas que los dos carriles de SATA Express.
AMD lanzó sus microprocesadores Ryzen a principios de marzo de 2017, brindando soporte integrado para SATA Express a la plataforma AMD Socket AM4.
