SATA Expressとは何ですか？

シリアルATAはコンピュータのストレージに使用されます。標準のインターフェースにより、コンピューターとストレージデバイス間の簡単なインストールと互換性が可能になります。シリアル化された通信設計は限界に達しており、多くのソリッドステートドライブはドライブではなくインターフェイスのパフォーマンスによって制限されています。コンピューターとSATAExpressと呼ばれるストレージドライブ間の新しい通信規格がギャップを埋めます。

SATAまたはPCIExpress通信

既存のSATA3.0仕様は、6.0 Gbpsの帯域幅に制限されており、これは約750 MB/sに相当します。インターフェイスのオーバーヘッドがあるため、実効パフォーマンスは600MB/秒に制限されます。現世代のソリッドステートドライブの多くはこの制限に達しており、何らかの形のより高速なインターフェースが必要です。

SATAExpressが含まれているSATA3.2仕様は、コンピューターとデバイス間の新しい通信規格です。これにより、デバイスは既存のSATA方式を選択して、古いデバイスとの下位互換性を確保したり、より高速なPCIExpressバスを使用したりできます。

PCI Expressバスは、CPUと、グラフィックカード、ネットワークインターフェイス、USBポートなどの周辺機器との間の通信に一般的に使用されます。現在のPCIExpress3.0規格では、単一のPCIExpressレーンが最大1GB / sを処理するため、現在のSATAインターフェイスよりも高速です。

ただし、デバイスは複数のレーンを使用します。 SATA Expressの仕様によると、新しいインターフェイスを備えたドライブは、2つのPCI Expressレーン（多くの場合x2と呼ばれます）を使用して、2 GB/sの潜在的な帯域幅を実現できます。このインターフェースにより、帯域幅は以前のSATA3.0ハードウェアのほぼ3倍の速度になります。

新しいSATAExpressコネクタ

新しいインターフェイスには、新しいコネクタが必要です。これは、2つのSATAデータコネクタと、PCIExpressベースの通信を処理する3番目の小さなコネクタを組み合わせたものです。 2つのSATAコネクタは完全に機能するSATA3.0ポートです。コンピューター上の単一のSATAExpressコネクターは、2つの古いSATAポートをサポートできます。ドライブが以前のSATA通信に基づいているか新しいPCI-Expressに基づいているかにかかわらず、すべてのSATAExpressコネクタは全幅を使用します。したがって、1つのSATAExpressが2つのSATAドライブまたは1つのSATAExpressドライブのいずれかを処理します。

SATA Expressベースのドライブはどちらのテクノロジも使用できるため、両方とインターフェイスする必要があります。そのため、3番目の代替ポートではなく2つのポートを使用します。また、多くのSATAポートは、プロセッサと通信するためにPCIExpressレーンにリンクしています。 SATAExpressドライブでPCIExpressインターフェイスを使用すると、そのインターフェイスにリンクされている2つのSATAポートへの通信がオフになります。

コマンドインターフェイスの制限

SATAは、デバイスとCPUの間でデータを通信します。このレイヤーに加えて、コマンドレイヤーがその上で実行されます。コマンドレイヤーは、ストレージドライブへの書き込みとストレージドライブからの読み取りに関するコマンドを送信します。何年もの間、このプロセスはAdvanced HostControllerInterfaceによって処理されていました。これは、現在市場に出ているすべてのオペレーティングシステムに書き込まれ、SATAドライブをプラグアンドプレイで効果的に作成します。追加のドライバーは必要ありません。

このテクノロジーは、ハードドライブやUSBフラッシュドライブなどの古くて低速なテクノロジーではうまく機能しましたが、高速のSSDを抑制します。 AHCIコマンドキューは32個のコマンドを保持できますが、キューが1つしかないため、一度に処理できるコマンドは1つだけです。

ここで、Non-Volatile Memory Expressコマンドセットが登場します。65,536個のコマンドキューがあり、それぞれがキューごとに65,536個のコマンドを保持できます。これにより、ドライブへのストレージコマンドの並列処理が可能になります。ドライブヘッドのために単一のコマンドに制限されるため、これはハードドライブには有益ではありません。ただし、複数のメモリチップを搭載したソリッドステートドライブの場合、異なるチップやセルに同時に複数のコマンドを書き込むことで帯域幅を増やすことができます。

これは新しいテクノロジーであり、市場に出回っているほとんどのオペレーティングシステムには組み込まれていません。多くのオペレーティングシステムでは、ドライブが新しい​​NVMeテクノロジを使用できるように、ドライブに追加のドライバをインストールする必要があります。 SATAExpressドライブの最速のパフォーマンスの展開には時間がかかる場合があります。

SATA Expressは、2つの方法のいずれかをサポートします。新しいテクノロジーをAHCIドライバーで使用し、後で新しいNVMe標準に移行してパフォーマンスを向上させることができます。これにより、ドライブの再フォーマットが必要になる場合があります。

SATA3.2仕様のその他の機能

新しいSATA仕様は、新しい通信方法とコネクタ以上のものを追加します。ほとんどがモバイルコンピュータを対象としていますが、他の非モバイルコンピュータにもメリットがあります。

最も注目すべき省電力機能はDevSleepモードです。これは、ストレージ内のシステムを準休止状態にすることができる新しい電源モードです。このモードは、スリープモード時の消費電力を削減し、SSDを中心に設計されたUltrabookや低消費電力などの特別なラップトップの実行時間を改善します。

ソリッドステートハイブリッドドライブも、標準が新しい一連の最適化を追加したため、新しい標準の恩恵を受けています。現在のSATA実装では、ドライブコントローラは、要求されたものをもたらすと見なされるものに基づいて、キャッシュする必要があるアイテムとキャッシュしないアイテムを決定します。新しい構造では、オペレーティングシステムがドライブコントローラにキャッシュに保持する必要のあるアイテムを通知します。これにより、ドライブコントローラのオーバーヘッドが削減され、パフォーマンスが向上します。

最後に、RAIDドライブのセットアップで使用するための機能があります。 RAIDの目的の1つは、データの冗長性です。ドライブに障害が発生した場合、ドライブが交換され、チェックサムからデータが再構築されます。 SATA 3.2規格の新しいプロセスは、破損しているデータと破損していないデータを認識することにより、再構築プロセスを改善します。

実装とそれがすぐにうまくいかなかった理由

SATA Expressは、2013年末から公式の標準となっています。2014年春にIntel H97 / Z97チップセットがリリースされるまで、コンピュータシステムには採用されませんでした。マザーボードには新しいインターフェイスが搭載されていましたが、打ち上げの時にそれを使用しました。

インターフェイスがすぐに追いつかなかった理由は、M.2インターフェイスです。これは、より小さなフォームファクタを使用するソリッドステートドライブ専用に使用されます。磁気プラッタドライブは、SATA規格を超えるのに苦労しています。 M.2は、より大きなドライブに依存しないため、柔軟性が高くなります。また、4つのPCI Expressレーンを使用できます。これは、SATAExpressの2つのレーンよりも高速なドライブを意味します。

AMDは2017年3月初旬にRyzenマイクロプロセッサをリリースし、SATAExpressの組み込みサポートをAMDSocketAM4プラットフォームにもたらしました。