Sata m и sata 3 в чем разница
Обновлено: 03.07.2024
Производители не устают удивлять нас всё более продвинутыми и дорогими комплектующими. К примеру, для состоятельных геймеров есть видеокарта GeForce RTX 3090, которая излишня для домашнего ПК, поскольку в большинстве случаев достаточно будет даже GeForce RTX 3070, но энтузиасты предпочитают самые дорогие игрушки. Примерно точно такая же ситуация и с твердотельными накопителями. Так, есть обычные SSD, подключённые к компьютеру при помощи старого доброго SATA3. Они обеспечивают скорость до 550 Мб/с, что выглядит просто смешно по сравнению с более дорогими накопителями M.2 PCIe 3.0. Последние могут с лёгкостью выдавать 2500 Мб/с. Ясно, что обычные покупатели уверены, что между M.2 PCIe 3.0 и SATA3 разница в производительности составляет не меньше пяти раз. Но это ещё не всё, ведь есть более скоростные M.2 PCIe 4.0. Потенциал самого быстрого пользовательского интерфейса на планете ещё не раскрыт, ну а многие SSD в магазине могут обеспечить скорость до 7000 Мб/с.
реклама
Что же выбрать, если вы хотите купить твердотельный накопитель для игр? Кажется, что выбор очевиден, ведь между обычным SSD на SATA3 и его более быстрым аналогом такая гигантская разница в скорости, но некоторые геймеры упрямо заявляют, что реальной разницы нет. Поскольку в подобных ситуациях найти правду можно только эмпирическим путём, то мы предлагаем вашему вниманию тестирование команды Testing Games. Они взяли несколько актуальных игр и пропустили их через три разных твердотельных накопителя ёмкостью на 1 Тб.
Нам кажется, что нужды в создании таблицы просто нет, ведь всё прекрасно видно на скриншотах. Вывод следующий: в большинстве игр разница в загрузке игр между накопителями не превышает несколько секунд. Поскольку уровни вы грузите не так часто, то мы можем констатировать, что реальной разницы между представленными SSD просто нет. Это удивительно, но всё дело в разработчиках, которые просто игнорируют современные технологии. На консолях нового поколения ситуация меняется, но пока она дойдёт до ПК, пройдёт какое-то время. Ну а пока покупка дорогого M.2 PCIe 4.0 кажется неоправданной. Нет никакого сомнения, что видеть на своём компьютере 7000 Мб/с – бесценно, но куда лучше сберечь пару тысяч рублей для более полезных покупок.
Если вы недавно рассматривали вопрос о покупке SSD, скорее всего, вы столкнулись с этими условиями, но, возможно, вы не до конца понимаете технические различия.
В этой статье мы рассмотрим различия, объясним, что лучше/хуже, и подробно расскажем о том, как работает технология для каждого типа твердотельных накопителей.
Эволюция твердотельного накопителя
Во-первых, давайте поговорим о происхождении твердотельного накопителя и о том, почему в последние годы он был таким популярным оборудованием для производителей ПК и ноутбуков.
Типичный накопитель, используемый в ноутбуках и ПК, известен как традиционный жесткий диск. Эти типы приводов имеют движущиеся части. Жесткий диск работает аналогично старому проигрывателю.
Имеется движущийся диск (диск) и большой заголовок, который может считывать данные и записывать их по мере вращения диска.
Как правило, чем быстрее вращается жесткий диск (7200 об/мин, 10 000 об/мин и т.д.), Тем быстрее может быть прочитан накопитель. К сожалению, существует ограничение скорости чтения данных с жесткого диска. Существует также задержка, связанная с ожиданием физического движения головки.
SSD означает твердотельный накопитель и представляет собой тип хранилища, в котором нет движущихся частей. SSD вместо этого используют полупроводниковые чипы для хранения и доступа к памяти.
В частности, SSD имеет огромный массив этих полупроводников, которые можно заряжать или разряжать, которые компьютер будет считывать как «1» или «0» в двоичном формате и преобразовывать их в реальные файлы или данные, которые можно просмотреть на вашем компьютере.
Что интересно в типе памяти, используемой в SSD, так это то, что ячейки сохраняют свое заряженное или незаряженное состояние даже после выключения, и именно так память сохраняется и не забывается.
ПК или ноутбук способен считывать данные во много раз быстрее с SSD, потому что технология флэш-памяти работает намного быстрее, чем старые механические жесткие диски с движущимися частями.
Совсем недавно у нас было множество различных типов твердотельных накопителей, а именно SATA 3 и NVMe. В этих приводах используются те же полупроводниковые матрицы, которые описаны выше, но они имеют разные потенциалы по разным причинам.
Давайте посмотрим, как каждый тип твердотельного хранилища отличается ниже.
Как выясняется, технология, используемая для чтения и записи данных с SSD, настолько быстра, что ограничивающий фактор фактически сводится к способу, которым накопитель передает данные на ПК.
Существует два различных метода чтения твердотельных накопителей на ПК: SATA 3 и NVMe.
Соединения SATA 3 выполняются путем подключения кабеля для передачи данных и кабеля питания непосредственно к материнской плате и самому твердотельному диску.
Соединение NVMe, с другой стороны, позволяет твердотельному диску считывать данные прямо из слота PCI-E прямо на материнской плате. Привод потребляет энергию непосредственно через материнскую плату. Что еще более важно, накопитель NVMe будет также передавать данные через материнскую плату с большей скоростью, чем SATA 3.
Почему ты спрашиваешь? Проще говоря, NVMe может ставить в очередь больше данных за счет доступа к большему количеству линий PCI-E.
Конечный результат заключается в том, что благодаря большему количеству линий PCI-E и прямому потенциалу чтения / записи PCI-E, диски NVMe обычно намного быстрее, чем твердотельные накопители SATA.
Тем не менее, повышение производительности действительно наблюдается только для последовательных скоростей чтения/записи. Или, проще говоря, для перемещения больших файлов.
Поскольку истинный потенциал скорости чтения/записи NVMe достигается только при использовании более крупных файлов, различия могут быть не такими заметными для игр и повседневных задач.
Таким образом, для времени загрузки и игр NVMe не будет иметь большого значения. Для видеомонтажа и редактирования фотографий накопители NVMe могут предложить гораздо лучшие результаты.
Ниже мы рассмотрим типичные скорости чтения/записи жесткого диска, SATA 3 SSD и NVMe SSD для больших файлов.
А как насчет M.2? Как всё это происходит здесь?
Пока что мы объяснили SATA и NVMe. Это два метода или протокола, используемые для чтения и записи данных. Один использует PCI-E (NVMe), а другой нет (SATA).
Вот диск M.2 с подключением SATA:
А вот диск M.2 с подключением NVMe:
Привод M.2 не быстрее только из-за своего форм-фактора. Как правило, накопители M.2 используют протокол NVMe, потому что они все равно уже подключаются через PCI-E.
Если вы хотите купить диск NVMe, просто убедитесь, что на диске M.2, на который вы смотрите, в описании или названии указан NVMe, а не SATA.
Если вы переходите с традиционного жесткого диска, SATA 3 и NVMe предложат вам впечатляющие улучшения. NVMe обычно дороже, чем SATA 3, что является проблемой, поскольку стандартные твердотельные накопители SATA 3 уже достаточно дороги.
NVM действительно полезны только для передачи больших файлов, поэтому, если вы не будете регулярно перемещать большие файлы для редактирования фотографий и видео, или не найдете много места на диске NVMe, вы можете также придерживаться стандартного SATA 3 SSD, потому что вы можете получить гораздо больший размер за ту же цену.
Кроме того, для игр NVMe и SATA 3 будут предлагать очень похожие скорости загрузки. Они оба настолько быстры, что другие узкие места, такие как оперативная память и производительность процессора, оказываются узким местом.
Надеюсь, это суммирует разницу между SATA 3 и NVMe и проясняет, как M.2 также вписывается в уравнение.
Ниже приведен краткий обзор всего, что мы уже рассмотрели.
Что вы думаете об этой теме?
Многим пользователям компьютеров не однократно встречалось слово SATA, но не многие знают, что этого такое. Стоит ли обращать на него внимание при выборе жесткого диска, системной платны или уже готового компьютера? Ведь в характеристиках данных устройств слово SATA сейчас часто упоминается.
СОДЕРЖАНИЕ (нажмите на кнопку справа):
Даем определение
SATA это последовательный интерфейс передачи данных между различными накопителями информации, который пришел на смену параллельному интерфейсу АТА.
Начало работ по созданию данного интерфейса было организованно с 2000 года.
В феврале 2000 года, по инициативе компании Intel была создана специальная рабочая группа, в которую вошли лидеры IT технологий тех и теперешних времен: компания Dell, Maxtor, Seagate, APT Technologies, Quantum и много других не менее значимых компаний.
В результате двух годичной совместной работы, первые разъемы SATA появились на системных платах в конце 2002года. Они использовались для передачи данных через сетевые устройства.
А с 2003 года последовательный интерфейс был интегрирован уже во все современные системные платы.
Чтобы визуально ощутить разницу между АТА и SATA посмотрите фото ниже.
Параллельный интерфейс АТА.
Последовательный интерфейс Serial ATA.
Новый интерфейс на программной уровне, совместим со всеми существующими аппаратными устройствами и обеспечиваем более высокую скорость передачи данных.
Как видно из фото выше 7 контактный провод имеет меньшую толщину, что обеспечивает более удобное соединение между собой различных устройств, а также позволяет увеличить количество разъемов Serial ATA на системной плате.
В некоторых моделях материнских плат их количество может достигать аж 6.
Более низкое рабочего напряжение, меньшее количество контактов и микросхем уменьшило тепловыделение устройствами. Поэтому контроллеры портов SATA не перегреваются, а это обеспечивают еще большую надежную передачу данных.
Однако к интерфейсу Serial ATA еще проблематично подключить большинство современных дисководов, поэтому все производили современных системных плат еще не отказались от интерфейса АТА (IDE).
Кабеля и разъемы
Для полноценной передачи данных через интерфейс SATA используются два кабеля.
Один, 7 контактный, непосредственно для передачи данных, и второй, 15 контактный, силовой, для подачи дополнительного напряжения.
При этом, 15 контактный, силовой кабель подключается к блоку питания, через обычный, 4-х контактный разъем выдающий два разных напряжения, 5 и 12 В.
Силовой кабель SATA выдает рабочее напряжение 3,3, 5 и 12 В, при силе тока в 4,5 А.
Ширина кабеля 2, 4 см.
Чтобы обеспечить плавный переход от АТА к SATA, в плане подключения питания, на некоторых моделях жестких дисков еще можно увидеть старые 4-х контактные разъемы.
Но как правило, современные винчестеры уже идут только с 15 контактным новым разъемом.
Кабель передачи данных Serial ATA можно подключать к винчестеру и системной плате даже при включенных последних, что нельзя было сделать в старом интерфейсе АТА.
Это достигается за счет того, что выводы заземления в районе контактов интерфейса сделаны немного длиннее, чем сигнальные и силовые.
Поэтому при подсоединении в первую очередь контактируют провода заземления, и только потом все остальные.
Тоже самое можно сказать и про силовой 15 контактный кабель.
Таблица, выводы разъема данных.
Таблица, силовой разъем Serial ATA.
Конфигурация SATA
Основное отличие конфигурации SATA от АТА это отсутствие специальных переключателей и фишек типа Master/Slave.
А также нет необходимости выбирать место подключения устройства к кабелю, ведь на кабеле АТА два таких места, и устройство, которое подключено в конце кабеля считается в BIOS главным.
Отсутствие настроек Master/Slave не только значительно упрощает аппаратную конфигурацию, но и позволяет более быстро устанавливать операционные системы, к примеру, Windows 7.
Кстати про BIOS, настройки в нем тоже не займут много времени. Вы там быстро все найдете и настроите.
Скорость передачи данных
Скорость передачи данных это один из важных параметров, для улучшение которого и был разработан интерфейс SATA.
Но этот показатель в данном интерфейсе постоянно увеличивался и сейчас скорость передачи данных может достигать до 1969 Мбайт /с. Многое зависит от поколения интерфейса SATA, а их уже 5.
Первые поколения последовательного интерфейса, версии «0», могли передать до 50 Мбайт/с, но они не прижились, так как сразу же были заменены на SATA 1.0. скорость передачи данных которых уже тогда достигала 150 Мбайт/с.
Время появления серий SATA и их возможности.
Серии:
SATA Express
В данном интерфейсе передача данных осуществляется на скорости 16 Гбит/с или 1969 Мбайт/с за счет взаимодействия двух линий PCIe Express и SATA.
Интерфейс SATA Express начал внедрятся в чипсетах Intel 9-й серии и в начале 2014 года был мало еще известен.
Если не внедрятся в дебри ИТ технологий, то в двух словах можно сказать так.
Serial ATA Express, это своеобразный переходной мост, который переводит обычный режим передачи сигналов в режиме SATA на более скоростной, который возможен благодаря интерфейсу PCI Express.
eSATA
eSATA используется для подключения внешних устройств, что еще раз подтверждает универсальность интерфейса SATA.
Здесь уже используется более надежный разъемы подключения и порты.
Недостатком является то, что для работы внешнего устройства нужен отдельный специальный кабель.
Но разработчики интерфейса в скором времени решили эту проблему внедрив систему питания сразу в основной кабель в интерфейсе eSATAp.
eSATAp
eSATAp, это доработанный интерфейс eSATA в реализации которого была использована технология USB 2.0. Основное преимущество данного интерфейса, это передача по проводам напряжения 5 и 12 Вольт.
Соответственно встречаются eSATAp 5 V и eSATAp 12 V.
Существуют и другие названия интерфейса, все зависит от производителя. Вы можете встретить аналогичные названия: Power eSATA, Power over eSATA, eSATA USB Hybrid Port (EUHP), eSATApd и SATA/USB Combo.
Как выглядит интерфейс смотрите ниже.
Совместимость кабелей.
Также для ноутбуков и нетбуков разработан интерфейс Mini eSATAp.
mSATA
mSATA – внедрен с сентября 2009 года. Разработан для использования в ноутбуках, нетбуков и других не больших ПК.
На фото выше, как пример, представлено два диска, один обычный SATA, он внизу. Выше диск с интерфейсом mSATA.
Кому интересно, можете ознакомится с характеристиками mSATA-накопителей.
Такие накопители установлены практически в каждом ультрабуке.
Интерфейс mSATA в обычных компьютерах применяется редко.
Переходник mSATA to Serial ATA Convertor.
Вывод
Из выше сказанного понятно, что интерфейс последовательной передачи данных SATA еще не исчерпал себя полностью.
Поэтому и дальше он будет развиваться и совершенствуется, удивляя нас своими возможностями в скорости передачи данных и удобством в работе.
В прошлой части цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков. Вторая часть расскажет про интерфейсы взаимодействия с накопителями.
Общение между процессором и периферийными устройствами происходит в соответствии с заранее определенными соглашениями, называемыми интерфейсами. Эти соглашения регламентируют физический и программный уровень взаимодействия.
Интерфейс — совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.
Физическая реализация интерфейса влияет на следующие параметры:
- пропускная способность канала связи;
- максимальное количество одновременно подключенных устройств;
- количество возникающих ошибок.
Параллельные и последовательные порты
По способу обмена данными порты ввода-вывода делятся на два типа:
Последовательные порты — противоположность параллельным. Отправка данных происходит по одному биту за раз, что сокращает общее количество сигнальных линий, но усложняет контроллер ввода-вывода. Контроллер передатчика получает машинное слово за раз и должен передавать по одному биту, а контроллер приемника в свою очередь должен получать биты и сохранять в том же порядке.
Small Computer Systems Interface (SCSI) появился в далеком 1978 году и был изначально разработан, чтобы объединять устройства различного профиля в единую систему. Спецификация SCSI-1 предусматривала подключение до 8 устройств (вместе с контроллером), таких как:
- сканеры;
- ленточные накопители (стримеры);
- оптические приводы;
- дисковые накопители и прочие устройства.
Изначально SCSI имел название Shugart Associates System Interface (SASI), но стандартизирующий комитет не одобрил бы название в честь компании и после дня мозгового штурма появилось название Small Computer Systems Interface (SCSI). «Отец» SCSI, Ларри Баучер (Larry Boucher) подразумевал, что аббревиатура будет произноситься как «sexy», но Дал Аллан (Dal Allan) прочитал «sсuzzy» («скази»). Впоследствии произношение «скази» прочно закрепилось за этим стандартом.
В терминологии SCSI подключаемые устройства делятся на два типа:
Используемая топология «общая шина» накладывает ряд ограничений:
- на концах шины необходимы специальные устройства — терминаторы;
- пропускная способность шины делится между всеми устройствами;
- максимальное количество одновременно подключенных устройств ограничено.
Устройства на шине идентифицируются по уникальному номеру, называемому SCSI Target ID. Каждый SCSI-юнит в системе представлен минимум одним логическим устройством, адресация которого происходит по уникальному в пределах физического устройства номеру Logical Unit Number (LUN).
Команды в SCSI отправляются в виде блоков описания команды (Command Descriptor Block, CDB), состоящих из кода операции и параметров команды. В стандарте описано более 200 команд, разделенных в четыре категории:
- Mandatory — должны поддерживаться устройством;
- Optional — могут быть реализованы;
- Vendor-specific — используются конкретным производителем;
- Obsolete — устаревшие команды.
- TEST UNIT READY — проверка готовности устройства;
- REQUEST SENSE — запрашивает код ошибки предыдущей команды;
- INQUIRY — запрос основных характеристик устройства.
Дальнейшее усовершенствование SCSI (спецификации SCSI-2 и Ultra SCSI) расширило список используемых команд и увеличило количество подключаемых устройств до 16-ти, а скорость обмена данными по шине до 640 МБ/c. Так как SCSI — параллельный интерфейс, повышение частоты обмена данными было сопряжено с уменьшением максимальной длины кабеля и приводило к неудобству в использовании.
Начиная со стандарта Ultra-3 SCSI появилась поддержка «горячего подключения» — подключение устройств при включенном питании.
Первым известным SSD диском с интерфейсом SCSI можно считать M-Systems FFD-350, выпущенный в 1995 году. Диск имел высокую стоимость и не имел широкой распространенности.
В настоящее время параллельный SCSI не является популярным интерфейсом подключения дисков, но набор команд до сих пор активно используется в интерфейсах USB и SAS.
ATA / PATA
Интерфейс ATA (Advanced Technology Attachment), так же известный как PATA (Parallel ATA) был разработан компанией Western Digital в 1986 году. Маркетинговое название стандарта IDE (англ. Integrated Drive Electronics — «электроника, встроенная в привод») подчеркивало важное нововведение: контроллер привода был встроен в привод, а не на отдельной плате расширения.
Решение разместить контроллер внутри привода решило сразу несколько проблем. Во-первых, уменьшилось расстояние от накопителя до контроллера, что положительным образом повлияло на характеристики накопителя. Во-вторых, встроенный контроллер был «заточен» только под определенный тип привода и, соответственно, был дешевле.
ATA, как и SCSI, использует параллельный способ ввода-вывода, что отражается на используемых кабелях. Для подключения дисков с использованием интерфейса IDE необходимы 40-жильные кабели, также именуемые шлейфами. В более поздних спецификациях используются 80-жильные шлейфы: более половины из которых — заземления для уменьшения интерференции на высоких частотах.
На шлейфе ATA присутствует от двух до четырех разъемов, один из которых подключается в материнскую плату, а остальные — в накопители. При подключении двух устройств одним шлейфом, одно из них должно быть сконфигурировано как Master, а второе — как Slave. Третье устройство может быть подключено исключительно в режиме «только чтение».
Положение перемычки задает роль конкретного устройства. Термины Master и Slave по отношению к устройствам не совсем корректны, так как относительно контроллера все подключенные устройства — Slaves.
Особенным нововведением в ATA-3 считается появление Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.). Пять компаний (IBM, Seagate, Quantum, Conner и Western Digital) объединили усилия и стандартизировали технологию оценки состояния накопителей.
Поддержка твердотельных накопителей появилась с четвертой версии стандарта, выпущенной в 1998 году. Эта версия стандарта обеспечивала скорость обмена данными до 33.3 МБ/с.
Стандарт выдвигает жесткие требования к шлейфам ATA:
- шлейф обязательно должен быть плоским;
- максимальная длина шлейфа 18 дюймов (45.7 сантиметров).
Стандарт Serial ATA (SATA) был представлен 7 января 2003 года и решал проблемы своего предшественника следующими изменениями:
- параллельный порт заменен последовательным;
- широкий 80-жильный шлейф заменен 7-жильным;
- топология «общая шина» заменена на подключение «точка-точка».
Шестнадцать сигнальных линий для передачи данных в ATA были заменены на две витые пары: одна для передачи, вторая для приема. Коннекторы SATA спроектированы для большей устойчивости к множественным переподключениям, а спецификация SATA 1.0 сделала возможным «горячее подключение» (Hot Plug).
Некоторые пины на дисках короче, чем все остальные. Это сделано для поддержки «горячей замены» (Hot Swap). В процессе замены устройство «теряет» и «находит» линии в заранее определенном порядке.
Чуть более, чем через год, в апреле 2004-го, вышла вторая версия спецификации SATA. Помимо ускорения до 3 Гбит/с в SATA 2.0 ввели технологию Native Command Queuing (NCQ). Устройства с поддержкой NCQ способны самостоятельно организовывать порядок выполнения поступивших команд для достижения максимальной производительности.
Последующие три года SATA Working Group работала над улучшением существующей спецификации и в версии 2.6 появились компактные коннекторы Slimline и micro SATA (uSATA). Эти коннекторы являются уменьшенной копией оригинального коннектора SATA и разработаны для оптических приводов и маленьких дисков в ноутбуках.
Несмотря на то, что пропускной способности второго поколения SATA хватало для жестких дисков, твердотельные накопители требовали большего. В мае 2009 года вышла третья версия спецификации SATA с увеличенной до 6 Гбит/с пропускной способностью.
Особое внимание твердотельным накопителям уделили в редакции SATA 3.1. Появился коннектор Mini-SATA (mSATA), предназначенный для подключения твердотельных накопителей в ноутбуках. В отличие от Slimline и uSATA новый коннектор был похож на PCIe Mini, хотя и не был электрически совместим с PCIe. Помимо нового коннектора SATA 3.1 мог похвастаться возможностью ставить команды TRIM в очередь с командами чтения и записи.
Команда TRIM уведомляет твердотельный накопитель о блоках данных, которые не несут полезной нагрузки. До SATA 3.1 выполнение этой команды приводило к сбросу кэшей и приостановке операций ввода-вывода с последующим выполнением команды TRIM. Такой подход ухудшал производительность диска при операциях удаления.
Спецификация SATA не успевала за бурным ростом скорости доступа к твердотельным накопителям, что привело к появлению в 2013 году компромисса под названием SATA Express в стандарте SATA 3.2. Вместо того, чтобы снова удвоить пропускную способность SATA, разработчики задействовали широко распространенную шину PCIe, чья скорость превышает 6 Гбит/с. Диски с поддержкой SATA Express приобрели собственный форм-фактор под названием M.2.
«Конкурирующий» с ATA стандарт SCSI тоже не стоял на месте и всего через год после появления Serial ATA, в 2004, переродился в последовательный интерфейс. Имя новому интерфейсу — Serial Attached SCSI (SAS).
Несмотря на то, что SAS унаследовал набор команд SCSI, изменения были значительные:
- последовательный интерфейс;
- 29-ти жильный кабель с питанием;
- подключение «точка-точка»
Максимальное количество одновременно подключенных устройств в SAS-домене по спецификации превышает 16 тысяч, а вместо SCSI ID для адресации используется идентификатор World-Wide Name (WWN).
WWN — уникальный идентификатор длиной 16 байт, аналог MAC-адреса для SAS-устройств.
Несмотря на схожесть разъемов SAS и SATA, эти стандарты не являются полностью совместимыми. Тем не менее, SATA-диск может быть подключен в SAS-коннектор, но не наоборот. Совместимость между SATA-дисками и SAS-доменом обеспечивается при помощи протокола SATA Tunneling Protocol (STP).
Первая версия стандарта SAS-1 имеет пропускную способность 3 Гбит/с, а самая современная, SAS-4, улучшила этот показатель в 7 раз: 22,5 Гбит/с.
Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express, PCIe) — последовательный интерфейс для передачи данных, появившийся в 2002 году. Разработка была начата компанией Intel, а впоследствии передана специальной организации — PCI Special Interest Group.
Последовательный интерфейс PCIe не был исключением и стал логическим продолжением параллельного PCI, который предназначен для подключения карт расширения.
PCI Express значительно отличается от SATA и SAS. Интерфейс PCIe имеет переменное количество линий. Количество линий равно степеням двойки и колеблется в диапазоне от 1 до 16.
Термин «линия» в PCIe обозначает не конкретную сигнальную линию, а отдельный полнодуплексный канал связи, состоящий из следующих сигнальных линий:
- прием+ и прием-;
- передача+ и передача-;
- четыре жилы заземления.
«Аппетиты» твердотельных накопителей растут очень быстро. И SATA, и SAS не успевают увеличивать свою пропускную способность, чтобы «угнаться» за SSD, что привело к появлению SSD-дисков с подключением по PCIe.
Хотя PCIe Add-In карты прикручиваются винтом, PCIe поддерживает «горячую замену». Короткие пины PRSNT (англ. present — присутствовать) позволяют удостовериться, что карта полностью установлена в слот.
Твердотельные накопители, подключаемые по PCIe регламентируются отдельным стандартом Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification и воплощены в множестве форм-факторов, но о них мы расскажем в следующей части.
Удаленные накопители
При создании больших хранилищ данных появилась потребность в протоколах, позволяющих подключить накопители, расположенные вне сервера. Первым решением в этой области был Internet SCSI (iSCSI), разработанный компаниями IBM и Cisco в 1998 году.
Идея протокола iSCSI проста: команды SCSI «оборачиваются» в пакеты TCP/IP и передаются в сеть. Несмотря на удаленное подключение, для клиентов создается иллюзия, что накопитель подключен локально. Сеть хранения данных (Storage Area Network, SAN), основанная на iSCSI, может быть построена на существующей сетевой инфраструктуре. Использование iSCSI значительно снижает затраты на организацию SAN.
У iSCSI существует «премиальный» вариант — Fibre Channel Protocol (FCP). SAN с использованием FCP строится на выделенных волоконно-оптических линиях связи. Такой подход требует дополнительного оптического сетевого оборудования, но отличается стабильностью и высокой пропускной способностью.
Существует множество протоколов для отправки команд SCSI по компьютерным сетям. Тем не менее, есть только один стандарт, решающий противоположную задачу и позволяющий отправлять IP-пакеты по шине SCSI — IP-over-SCSI.
Большинство протоколов для организации SAN используют набор команд SCSI для управления накопителями, но есть и исключения, например, простой ATA over Ethernet (AoE). Протокол AoE отправляет ATA-команды в Ethernet-пакетах, но в системе накопители отображаются как SCSI.
С появлением накопителей NVM Express протоколы iSCSI и FCP перестали удовлетворять быстро растущим требованиям твердотельных накопителей. Появилось два решения:
- вынос шины PCI Express за пределы сервера;
- создание протокола NVMe over Fabrics.
Протокол NVMe over Fabrics стал хорошей альтернативой iSCSI и FCP. В NVMe-oF используются волоконно-оптическая линии связи и набор команд NVM Express.
Стандарты iSCSI и NVMe-oF решают задачу подключения удаленных дисков как локальные, а компания Intel пошла другой дорогой и максимально приблизила локальный диск к процессору. Выбор пал на DIMM-слоты, в которые подключается оперативная память. Максимальная пропускная способность канала DDR4 составляет 25 ГБ/с, что значительно превышает скорость шины PCIe. Так появился твердотельный накопитель Intel® Optane™ DC Persistent Memory.
Для подключения накопителя в DIMM слоты был изобретен протокол DDR-T, физически и электрически совместимый с DDR4, но требующий специального контроллера, который видит разницу между планкой памяти и накопителем. Скорость доступа к накопителю меньше, чем к оперативной памяти, но больше, чем к NVMe.
Протокол DDR-T доступен только с процессорами Intel® поколения Cascade Lake или новее.
Заключение
Почти все интерфейсы прошли долгий путь развития от последовательного до параллельного способа передачи данных. Скорости твердотельных накопителей стремительно растут, еще вчера твердотельные накопители были в диковинку, а сегодня NVMe уже не вызывает особого удивления.
Если настольные жесткие диски многие годы существуют в 3,5-дюймовом форм-факторе, SSD с самого начала выпускались в 2,5-дюймовом формате. Он отлично подходил для небольших компонентов SSD. Однако ноутбуки становились все тоньше, и 2,5-дюймовые SSD уже перестали удовлетворять критерию малого размера. Поэтому многие производители обратили внимание на другие форм-факторы с меньшими габаритами.
В частности, был разработан стандарт mSATA, однако он появился слишком поздно. Соответствующий интерфейс сегодня встречается довольно редко, в немалой степени по причине того, что mSATA (сокращение от mini-SATA) по-прежнему работает со сравнительно низкой скоростью SATA. Накопители mSATA физически идентичны модулям Mini PCI Express, но электрически mSATA и mini PCIe несовместимы. Если сокет предназначен для установки накопителей mSATA, вы сможете использовать только их. Напротив, если сокет предназначен для модулей mini PCI Express, накопители mSATA SSD вставить можно, однако работать они не будут.
Стандарт mSATA сегодня можно считать устаревшим. Он уступил место стандарту M.2, который изначально назывался Next Generation Form Factor (NGFF). Стандарт M.2 обеспечивает производителям большую гибкость по габаритам SSD, поскольку накопители значительно более компактны, допускаются восемь вариантов длины, от 16 до 110 мм. Также M.2 поддерживает разные варианты интерфейсов. Сегодня все больше используется интерфейс PCI Express, который и будет доминировать в будущем, поскольку он работает значительно быстрее. Но первые накопители M.2 опирались на интерфейс SATA, теоретически возможен и USB 3.0. Однако не все слоты M.2 поддерживают все упомянутые интерфейсы. Поэтому перед покупкой накопителя проверяйте, какие стандарты поддерживает ваш слот M.2.
Стандарт M.2 сегодня распространяется и среди настольных ПК, современные материнские платы предлагают, по крайней мере, один соответствующий слот. Еще один положительный момент – кабель уже не требуется, накопитель вставляется прямо в слот материнской платы. Впрочем, подключение через кабель тоже возможно. Но для этого на материнской плате должен иметься соответствующий порт, а именно U.2. Ранее этот стандарт был известен как SFF 8639. Конечно, теоретически можно оснащать 2,5-дюймовые накопители портом U.2, но на рынке таких моделей очень мало, как и накопителей с SATA Express.
Интерфейс SATA Express является преемником SATA 6 Гбит/с, поэтому поддерживается обратная совместимость. На самом деле host-интерфейс поддерживает даже два порта SATA 6 Гбит/с или один SATA Express. Такая поддержка была добавлена больше для совместимости, поскольку накопители SATA Express электрически подключаются к шине PCI Express. То есть накопители SATA Express на «чистых» портах SATA 6 Гбит/с не работают. Но SATA Express опирается только на две линии PCIe, то есть пропускная способность будет в два раза меньше M.2.
Конечно, у большинства настольных компьютеров есть обычные слоты PCI Express, поэтому можно установить SSD напрямую в такой слот, как видеокарту. Вы можете приобрести карту-адаптер для M.2 SSD (PCIe), после чего подключать накопители «традиционным» образом в виде карты расширения PCI Express.
M.2 SSD с интерфейсом PCI Express демонстрируют пропускную способность больше двух гигабайт в секунду – но только при подходящем подключении. Современные M.2 SSD обычно разрабатываются для четырех линий PCI Express третьего поколения, только такой интерфейс позволяет раскрыть их потенциал производительности. Со старым стандартом PCIe 2.0 и/или меньшим числом линий накопители SSD работать будут, но вы потеряете весьма существенную часть производительности. Если есть сомнения, мы рекомендуем заглянуть в руководство пользователя материнской платы, где должна быть указана конфигурация линий M.2.
Если на материнской плате нет слота M.2, вы можете установить такой накопитель через карту расширения, например, в слот для второй видеокарты. Однако при этом чаще всего на видеокарту будут подаваться уже не 16, а 8 линий PCI Express. Впрочем, на производительность видеокарты это повлияет не так серьезно. В следующей таблице приведена суммарная информация о современных интерфейсах:
Читайте также: