چگونه به‌روزرسانی نسخه SATA سرعت PC را افزایش می‌دهد

می توان اینگونه گفت که SATA یا Serial ATA پیشرفتی عظیم در حوزه ظرفیت ذخیره سازی داده و Storage سیستم های کامپیوتری به شمار می آید. استانداردسازی های صورت گرفته روی این تکنولوژی سبب شده تا نصب آن و سازگاری بین سیستم کامپیوتری و ابزارآلات ذخیره سازی داده (storage devices) حالتی بهینه پیدا کند. مشکلی که وجود داشت این بود که درگاه های ارتباطی سریالی به سقف سرعت خود رسیده بودند به همین خاطر، استاندارهای جدید ارتباطی بین کامپیوتر و storage devices نیاز به توسعه و ارتقا داشتند. به این منظور، SATA Express معرفی شد تا مشکلات مذکور را حل و فصل سازد.

SATA یا PCI-Express 

مشخصات استاندارد SATA 3.0 به حداکثر سرعت 6Gbps یا همان 750MB/s محدود می شود. با توجه به overhead رابط کاربری و موارد دیگر سرعت واقعی در عمل به 600MB/s می رسد.اکثر درایو های SSD فعلی به این سقف سرعت دست پیدا کرده اند و عملا نیاز به اینترفیسی با سرعت بالاتر دارند.SATA 3.2 یا همان ساتا اکسپرس بخشی از شیوه جدید ارتباطی بین درایوهای ذخیره سازی و کامپیوترهاست. این استاندارد به دستگاه ها اجازه می دهند از ساتا موجود استفاده کنند، به خوبی با نسخه های قدیمی سازگار است و یا اینکه می توان از PCI-Express bus با سرعت بیشتر استفاده کرد.

PCI-Express bus  به صورت سنتی برای ایجاد ارتباط بین CPU و دستگاه های جانبی از قبیل کارت های گرافیک و پورت های یو اس بی و رابط های شبکه و … مورد استفاده بوده است. تحت استانداردهای فعلی ‌ PCI-Express 3.0 یک PCI-Express lane می تواند تا 1GB/s را بسیار سریع تر از SATA interface فعلی مدیریت کند. این چیزی است که یک PCI-Express lane می تواند به صورت انفرادی ارائه دهد در حالی که سیستم می تواند از چندین lane  به صورت همزمان بهره بگیرد. طبق مشخصات ارائه شده برای SATA Express یک درایو جدید می تواند از دو PCI-Express با ظرفیت پهنای باند 2GB/s استفاده کند. این مطلب را به صورت نمادین x2 نمایش می دهند. در نتیجه می توان اینگونه گفت که سرعت حاضر سه برابر SATA 3.0  قدیمی است.

نسخه های جدید SATA Express Connector

باید در نظر داشت که interface جدید به متصل کننده یا connector جدید نیاز دارد. به احتمال زیاد با این ساختار آشنا هستید زیرا کانکتور در واقع دو اتصال دهنده SATA را به همراه یک رابط کمی کوچکتر که با ارتباطات مبتنی بر PCI-Express کار می کند ، ترکیب کرده است .این دو SATA connectors در واقع همان پورت های کاربردی و آشنای SATA 3.0  هستند. معنی گزاره بالا این است که SATA Express connector روی یک کامپیوتر می تواند از دو پورت SATA قدیمی پشتیبانی کند. مشکل زمانی ایجاد خواهد شد که بخواهید یک SATA Express جدید را به یک connector متصل سازید. تمامی SATA Express connector ها از پهنای کامل استفاده خواهند کرد فارغ از اینکه درایو از SATA استفاده کند یا از نسخه های جدید PCI-Express باشد. در نتیجه می توان اینگونه گفت که SATA Express قادر خواهد بود دو SATA drives یا یک SATA Express drive مدیریت کند.

بنابراین سوال این است چرا یک درایو SATA Express مبتنی بر PCI-Express فقط از کانکتور سوم به جای دو پورت SATA استفاده نمی کند؟. این مساله از آنجا نشات می گیرد که SATA Express  می تواند از هر کدام از دو تکنولوژی موجود بهره بگیرد و در نتیجه، بنابراین نیازبه اینترفیسی با هر دو تکنولوژی دارد. علاوه بر این، بسیاری از پورت های SATA به منظور ارتباط با پردازنده از PCI-Express lane  استفاده می کنند. در نتیجه در صورت اتصال یک درایو SATA Express به اینترفیس PCI Express در واقع شما دو درگاه دیگر SATA را غیرقابل استفاده کرده اید.

محدودیت های Command Interface

بهره گیری از SATA در کامپیوتر راهی است که شما می توانید برای ایجاد اتصال بین CPU و Deviceها مورد استفاده قرار دهید. علاوه بر این، یک لایه command  در بالای این لایه وجود دارد و وظیفه آن ارسال دستورات برای خواندن / نوشتن اطلاعات از/روی درایو ذخیره سازی است.  برای سال ها، این امر با استفاده از AHCI یا همان Advanced Host Controller Interface انجام می گرفته است و به قدری استاندارد شده است که اساساً در هر سیستم عامل موجود در نظر گرفته شده است. به بیان دقیق، این کار موجب می شود درایو های SATA به محض وصل شدن قابل استفاده باشند (Plug and Play) و در نتیجه، نیازی به درایورهای بیشتر نخواهد بود. در حالی که این فناوری با فناوری کندتر قدیمی مانند هارد درایو و فلش درایو به خوبی کار کرده است ، اما در مورد SSD ها کارایی مناسبی ندارد و سرعت آن ها را کاهش می دهد. مشکل این است که در حالی که صف فرمان AHCI می تواند 32 دستور را در صف نگه دارد ، اما هنوز هم می تواند فقط یک فرمان واحد را در آن واحد پردازش کند زیرا تنها یک صف وجود دارد.

این جایی، همان جایی است که مجموعه فرمان NVMe وارد بازی می شود. این مجموعه در کل 65536 صف فرمان هر یک با توانایی نگهداری 65536 دستور در هر صف را دارد. حالا درایو قابلیت پردازش همزمان داده ها را خواهد داشت و سرعت به شکلی قابل توجه ارتقا خواهد یافت. البته باید توجه داشت که مطلب ذکر شده برای درایوی که خود محدودیت پردازش یک دستور دارد کارساز نیست  مثلا برای هارد دیسک فایده ای ندارد زیرا هنوز به دلیل داشتن هد، درایو محدود به یک فرمان واحد است اما برای درایوهای SSD با تراشه های حافظه چندگانه ، می تواند با نوشتن همزمان چندین دستور روی چندین سلول و چیپ به صورت همزمان سرعت را به صورت قابل توجهی افزایش دهد.

بیشتر بخوانید : NVMe چیست ؟

شایان ذکر است که علی رغم مطالب مثبت مطرح شده، بازهم مشکلات و نقطه ضعف هایی وجود خواهد داشت. این یک تکنولوژی جدید است در نتیجه ممکن است بسیاری از سیستم عامل ها درایورهای مرتبط را به صورت پیش فرض نداشته باشند برای استفاده از مزایای تکنولوژی NVMe نیاز به نصب درایورهایی به صورت مجزا باشد. به بیان دیگر، استفاده و بهره گیری از SATA Express drives در گرو صرف وقت برای سازگارسازی نرم افزاری AHCI  خواهد بود. خوشبختانه SATA Express درایوها  استفاده از هر دو متد را فراهم ساخته اند و شما می توانید علاوه بر درایوهای AHCI از NVMe های استانداردسازی شده جدید برای ارتقای عملکرد بهره بگیرید (البته شاید نیاز به فرمت دوباره درایو داشته باشید).

سایر ویژگی های اضافه شده به SATA Express از طریق SATA 3.2

مشخصات SATA جدید چیزی بیش از روش های ارتباطی جدید و کانکتور هاست. بسیاری از آنها دستگاه های قابل حمل را هدف قرار داده اند هر چند برای دستگاه های غیر قابل حمل _ سیستم های ثابت_ هم به همان خوبی قابل استفاده هستند. مهم ترین ویژگی شاید، قابلیت power-saving باشد که حالت DevSleep  نامیده می شود. این قابلیت حالتی است که به سیستم اجاره می دهد حافظه را به طور کامل خاموش کند و از این طریق در زمان sleep mode مصرف انرژی را به حداقل برساند. از طرف دیگر، با اینکار می توان زمان استفاده از لپ تاپ های Ultrabooks را افزایش داد.

کاربران SSHD یا همان solid-state hybrid driveها هم می توانند از استانداردهای جدیدی که عملیات بهینه سازی را انجام می دهند استفاده کنند. در SATA های فعلی drive controller محاسبه می کند که کدام آیتم ها در cache  قرار داشته باشند و کدام ها از این قسمت خارج شوند. این کار بسته به درخواست های دریافت شده انجام می گیرد و خاصیتی هوشمند دارد. با ساختار جدید ، سیستم عامل می تواند به کنترلر درایو بفهماند که چه مواردی باید در حافظه cache نگه داشته شوند، همین امر باعث کاهش مقدار سربار در کنترلر درایو و بهبود عملکرد سیستم می شود.

در آخر اینکه، قابلیت دیگری برای استفاده از RAID وجود دارد. یکی از اهداف استفاده از RAID افزونگی داده (data redundancy) است.. زمانی که drive خراب می شود یا از کار می افتد، درایو دیگر می تواند جایگزین شود و سپس،داده ها مجددا بازگردانده می شوند. در اصل ، آنها فرایند جدیدی را در استانداردهای SATA 3.2 ایجاد کرده اند که می توانند با تشخیص اینکه کدام داده ها آسیب دیده است ، به بهبود روند بازسازی کمک کنند.

مشکلات اجرایی

واقعیت این است که SATA Express در سال 2013 میلادی ساخته و پرداخته شده بود اما استفاده از آن در کامپیوترها تا زمان معرفی چیپست Intel H97/Z97 در بهار 2014 صورت نگرفت. با وجود اینکه رابط کاربری جدید روی مادربردهای نسل جدید قرار گرفته است اما هنوز درایوی وجود ندارد که بتواند از این اسنترفیس استفاده کند. این مساله تا حدودی نشات گرفته از عدم توانایی سیستم های عامل برای پشتیبانی از صف فرمان جدید و بهره گیری از تمامی امکانات SATA Express ها است. در حال حاضر درایو های SATA می توانند از اینترفیس های SATA Express موجود روی مادربردها استفاده کنند. این مساله مشکلات اجرایی را تا حدودی رفع و رجوع می کند (شما امکانات و تکنولوژی مد نظر را در اختیار می گیرید تا زمانی که درایوهای لازم آماده شوند).

بیشتر بخوانید :درایو M.2 SSD چیست؟

اما دلیل اصلی به کار گرفته نشدن این رابط کاربری به M.2 باز می گردد. این رابط کاربری به طور اختصاصی در solid-state drive  ها به کار گرفته می شود و به دلیل حجم و اندازه کوچک، به طور عمده در لپ تاپ ها مورد استفاده قرار گرفته است (البته در کامپیوترهای دسکتاپ هم قابل استفاده است). البته باید روی این نکته تاکید داشت که Hard drive ها هنوز راهی دور و دراز برای عبور از استانداردهای SATA  پیش رو دارند. M.2  تا حد قابل اعتنایی از خود انعطاف نشان داده و این مطلب به این خاطر است که مثلا توانایی استفاده از چهار PCI-Express lane را داراست و همین امر سبب بالارفتن سرعت در مقایسه با SATA Express می شود. با توجه به تمام دلایل ذکر شده ممکن است SATA Express در آینده نزدیک مورد استفبال کاربران قرار نگیرد.