Serial ATA (SATA) เป็นมาตรฐานอินเทอร์เฟซที่ใช้สำหรับที่เก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์ มาตรฐานนี้ช่วยให้การติดตั้งและความเข้ากันได้ระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ที่เก็บข้อมูลง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม การออกแบบการสื่อสารแบบอนุกรม (serialized communication) ได้ถึงขีดจำกัดแล้ว โดย SSD หลายรุ่นถูกจำกัดประสิทธิภาพโดยอินเทอร์เฟซมากกว่าประสิทธิภาพของไดรฟ์เอง มาตรฐานการสื่อสารใหม่ระหว่างคอมพิวเตอร์และไดรฟ์ที่เก็บข้อมูลที่เรียกว่า SATA Express จึงได้รับการพัฒนาเพื่อเติมเต็มช่องว่างนี้
การสื่อสารแบบ SATA หรือ PCI Express
ข้อกำหนด SATA 3.0 ที่มีอยู่จำกัดแบนด์วิดท์ที่ 6.0 Gbps ซึ่งแปลงเป็นประมาณ 750 MB/s พร้อมกับโอเวอร์เฮดของอินเทอร์เฟซ ประสิทธิภาพที่แท้จริงถูกจำกัดที่ 600 MB/s รุ่นปัจจุบันของ SSD หลายตัวได้ถึงขีดจำกัดนี้แล้วและต้องการอินเทอร์เฟซที่เร็วกว่าในบางรูปแบบ
ข้อกำหนด SATA 3.2 ซึ่ง SATA Express เป็นส่วนหนึ่ง เป็นมาตรฐานการสื่อสารใหม่ระหว่างคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ มันอนุญาตให้อุปกรณ์เลือกใช้วิธี SATA เดิม ซึ่งรับประกันความเข้ากันได้ย้อนหลังกับอุปกรณ์เก่า หรือใช้บัส PCI Express ที่เร็วกว่า
บัส PCI Express มักใช้สำหรับการสื่อสารระหว่าง CPU และอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น การ์ดจอ อินเทอร์เฟซเครือข่าย และพอร์ต USB ภายใต้มาตรฐาน PCI Express 3.0 ปัจจุบัน เลน PCI Express เดียวจัดการได้สูงสุด 1 GB/s ทำให้เร็วกว่าอินเทอร์เฟซ SATA ปัจจุบัน
อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ใช้มากกว่าเลนเดียว ตามข้อกำหนด SATA Express ไดรฟ์ที่มีอินเทอร์เฟซใหม่สามารถใช้สองเลน PCI Express (มักเรียกว่า x2) เพื่อให้ได้แบนด์วิดท์ที่เป็นไปได้ 2 GB/s อินเทอร์เฟซนี้ทำให้แบนด์วิดท์เกือบสามเท่าของฮาร์ดแวร์ SATA 3.0 ก่อนหน้า
คอนเนกเตอร์ SATA Express ใหม่
อินเทอร์เฟซใหม่ต้องการคอนเนกเตอร์ใหม่ มันรวมคอนเนกเตอร์ข้อมูล SATA สองตัวกับคอนเนกเตอร์ตัวที่สามที่เล็กลงซึ่งจัดการการสื่อสารแบบ PCI Express คอนเนกเตอร์ SATA สองตัวเป็นพอร์ต SATA 3.0 ที่ทำงานเต็มรูปแบบ คอนเนกเตอร์ SATA Express เดียวบนคอมพิวเตอร์สามารถรองรับพอร์ต SATA เก่าสองพอร์ต คอนเนกเตอร์ SATA Express ทั้งหมดใช้ความกว้างเต็มที่ ไม่ว่าจะเป็นไดรฟ์ที่ใช้การสื่อสาร SATA เก่าหรือ PCI Express ใหม่ ดังนั้น คอนเนกเตอร์ SATA Express หนึ่งตัวจัดการได้สองไดรฟ์ SATA หรือหนึ่งไดรฟ์ SATA Express
เนื่องจากไดรฟ์ที่ใช้ SATA Express สามารถใช้เทคโนโลยีใดเทคโนโลยีหนึ่งได้ มันจึงต้องเชื่อมต่อกับทั้งสอง ดังนั้นจึงใช้สองพอร์ตแทนพอร์ตทางเลือกที่สาม นอกจากนี้ พอร์ต SATA หลายพอร์ตเชื่อมต่อกับเลน PCI Express เพื่อสื่อสารกับโปรเซสเซอร์ การใช้อินเทอร์เฟซ PCI Express กับไดรฟ์ SATA Express จะปิดการสื่อสารไปยังพอร์ต SATA สองพอร์ตที่เชื่อมโยงกับอินเทอร์เฟซนั้น
ข้อจำกัดของอินเทอร์เฟซคำสั่ง (Command Interface)
SATA สื่อสารข้อมูลระหว่างอุปกรณ์และ CPU นอกจากเลเยอร์นี้แล้ว ยังมีเลเยอร์คำสั่งทำงานด้านบน เลเยอร์คำสั่งส่งคำสั่งว่าจะเขียนและอ่านข้อมูลจากที่เก็บข้อมูลได้อย่างไร มาหลายปีแล้ว กระบวนการนี้ได้รับการจัดการโดย Advanced Host Controller Interface (AHCI) มันถูกเขียนไว้ในทุกระบบปฏิบัติการที่มีอยู่ในตลาด ทำให้ไดรฟ์ SATA ใช้งานได้ทันที (plug and play) ไม่ต้องการไดรเวอร์เพิ่มเติม
ในขณะที่เทคโนโลยีนี้ทำงานได้ดีกับเทคโนโลยีเก่าที่ช้ากว่า เช่น ฮาร์ดดิสก์และ USB flash drive มันกลับเป็นอุปสรรคต่อ SSD ที่เร็วกว่า แม้คิวคำสั่ง AHCI จะรองรับได้ 32 คำสั่ง แต่สามารถประมวลผลคำสั่งเดียวในเวลาเดียวกันได้ เพราะมีคิวเดียวเท่านั้น
ที่นี่คือที่มาของชุดคำสั่ง Non-Volatile Memory Express (NVMe) มีคิวคำสั่ง 65,536 คิว แต่ละคิวสามารถจัดเก็บคำสั่งได้ 65,536 คำสั่งต่อคิว ทำให้สามารถประมวลผลคำสั่งที่เก็บข้อมูลแบบขนานไปยังไดรฟ์ได้ นี่ไม่ได้ประโยชน์ต่อฮาร์ดดิสก์ เพราะถูกจำกัดให้คำสั่งเดียวเนื่องจากหัวอ่าน/เขียน แต่สำหรับ SSD ที่มีชิปหน่วยความจำหลายชิป สามารถเพิ่มแบนด์วิดท์ได้โดยการเขียนคำสั่งหลายคำสั่งไปยังชิปและเซลล์ที่ต่างกันพร้อมกัน
นี่คือเทคโนโลยีใหม่และยังไม่ได้สร้างขึ้นในระบบปฏิบัติการส่วนใหญ่ในตลาด ระบบปฏิบัติการหลายตัวต้องการไดรเวอร์เพิ่มเติมที่ติดตั้งในไดรฟ์ เพื่อให้ไดรฟ์สามารถใช้เทคโนโลยี NVMe ใหม่ได้ การปรับใช้ประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับไดรฟ์ SATA Express อาจใช้เวลาบางส่วน
SATA Express รองรับทั้งสองวิธี คุณสามารถใช้เทคโนโลยีใหม่กับไดรเวอร์ AHCI และอาจย้ายไปสู่มาตรฐาน NVMe ใหม่กว่าภายหลังเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ซึ่งอาจต้องการการฟอร์แมตไดรฟ์ใหม่
คุณสมบัติอื่นๆ ในข้อกำหนด SATA 3.2
ข้อกำหนด SATA ใหม่เพิ่มมากกว่าวิธีการสื่อสารและคอนเนกเตอร์ใหม่ ส่วนใหญ่เน้นไปที่คอมพิวเตอร์พกพา แต่สามารถประโยชน์ต่อคอมพิวเตอร์ที่ไม่ใช่พกพาได้เช่นกัน
คุณสมบัติการประหยัดพลังงานที่โดดเด่นที่สุดคือโหมด DevSleep เป็นโหมดพลังงานใหม่ที่ช่วยให้ระบบในที่เก็บข้อมูลเข้าสู่สถานะ quasi-hibernate โหมดนี้ลดการดึงกระแสเมื่ออยู่ในโหมดสลีป เพื่อปรับปรุงเวลาการทำงานของแล็ปท็อปพิเศษ รวมถึง Ultrabook ที่ออกแบบมารอบ SSD และการบริโภคพลังงานต่ำ
ไฮบริดดิสก์แบบ Solid-state (SSHD) ได้รับประโยชน์จากมาตรฐานใหม่เช่นกัน เนื่องจากมาตรฐานเพิ่มชุดการเพิ่มประสิทธิภาพใหม่ ในการใช้งาน SATA ปัจจุบัน ตัวควบคุมไดรฟ์決定ว่าสิ่งใดควรและไม่ควรเป็นแคชตามสิ่งที่เห็นว่าถูกขอ ด้วยโครงสร้างใหม่ ระบบปฏิบัติการบอกตัวควบคุมไดรฟ่าว่าสิ่งใดควรเก็บในแคช ซึ่งลดภาระงานบนตัวควบคุมไดรฟ์และปรับปรุงประสิทธิภาพ
สุดท้าย มีฟังก์ชันสำหรับการใช้งานกับการตั้งค่า RAID drives หนึ่งในวัตถุประสงค์ของ RAID คือความซ้ำซ้อนของข้อมูล ในกรณีที่ไดรฟ์ล้มเหลว ไดรฟ์จะถูกแทนที่ และข้อมูลจะถูกสร้างใหม่จาก checksum กระบวนการใหม่ในมาตรฐาน SATA 3.2 ปรับปรุงกระบวนการสร้างใหม่โดยการจดจำว่าข้อมูลไหนเสียหายและไหนไม่
การนำไปใช้และเหตุผลที่ไม่ได้普及ได้ทันที
SATA Express เป็นมาตรฐานทางการจนกระทั่งสิ้นปี 2013 ไม่ได้เข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์จนกระทั่งการเปิดตัวชิปเซต Intel H97/Z97 ในฤดูใบไม้ผลิปี 2014 แม้แม더บอร์ดจะมีอินเทอร์เฟซใหม่ แต่ในขณะเปิดตัว ไม่มีไดรฟ์ใดใช้มัน
เหตุผลที่อินเทอร์เฟซไม่ได้普及เร็วคืออินเทอร์เฟซ M.2 ใช้งานเฉพาะ SSD ที่ใช้ฟอร์มแฟกเตอร์ขนาดเล็ก ฮาร์ดดิสก์แม่เหล็กมีความยากที่จะเกินมาตรฐาน SATA M.2 มีความยืดหยุ่นมากกว่าเพราะไม่พึ่งพาไดรฟ์ขนาดใหญ่ มันยังสามารถใช้สี่เลน PCI Express ได้ ซึ่งหมายถึงไดรฟ์ที่เร็วกว่าสองเลนของ SATA Express
AMD เปิดตัวไมโครโปรเซสเซอร์ Ryzen ในต้นเดือนมีนาคม 2017 นำการรองรับ SATA Express มาสู่แพลตฟอร์ม AMD Socket AM4
