Tổ chức Quốc tế Serial ATA mới đây đã giới thiệu SATA Express (SATAe) như một phần của bộ cấu hình chuẩn Serial ATA Revision 3.2. Như cái tên, SATA Express sẽ kết hợp cả hai cổng PCI Express và Serial ATA lại với nhau để tạo ra một giao tiếp đủ nhanh có khả năng giải quyết vấn đề thắt cổ chai mà các ổ SSD SATA đang gặp phải. Nếu như SATA III có tốc độ truyền tải lý thuyết là 6Gbps (khoảng 600MB/s) thì SATA Express có thể cung cấp đường truyền đến 16Gbps (khoảng 1,96GB/s).
Trước hết chúng ta hãy nhìn một chút về lý do mà chuẩn này ra đời. Trong thời buổi ngày nay việc sử dụng SSD và các ổ lai đang dần trở nên phổ biến hơn, tốc độ của ổ ngày càng tăng cao trong khi giá đang dần giảm xuống. Chính vì thế, nhu cầu truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị lưu trữ này với máy tính cũng theo đó tăng lên. Vào giữa năm 2013, các ổ SSD cao cấp dành cho thị trường tiêu dùng đã đạt đến giới hạn băng thông 6Gbps của SATA 3, do đó nhu cầu bức thiết là phải có một cổng mới nhanh hơn.
Việc mở rộng chuẩn SATA để cùng sử dụng chung với PCI Express trong cùng một cổng kết nối sẽ cho phép tăng tốc truyền tải trong khi vẫn tận dụng được bộ giao thức có sẵn. Tuy nhiên, người ta cũng kết luận rằng việc mở rộng tốc độ của SATA lên 12Gbps sẽ mất đến 2 năm trời nên không theo kịp sự phát triển của ổ SSD. Ngoài ra, việc cải tiến SATA cũng đòi hỏi rất nhiều thay đổi khiến chi phí nghiên cứu tăng lên, hiệu năng sử dụng điện của ổ lưu trữ cũng giảm so với những gì đang có với PCI Express.
Một số nhà sản xuất máy tính đã sử dụng cổng riêng dành cho các sản phẩm lưu trữ thể rắn của mình và kết nối nó thông qua bus PCI Express. Việc này cho phép tận dụng 8 đến 16 làn PCI Express để truyền dữ liệu, tuy nhiên nó là các cổng độc quyền chứ không theo chuẩn chung. Bạn không thể mua một ổ SSD dùng cổng độc quyền đó rồi gắn vào bất kì máy tính nào khác, khiến tính tương thích bị giảm sút nghiêm trọng. Để giải quyết vấn đề này, SATA Express đã ra đời.
Cần nhấn mạnh rằng SATA Express không phải là một tập lệnh hay một giao thức truyền tải tín hiệu mới. Thay vào đó, nó chỉ là một cổng kết nối có khả năng kết hợp tín hiệu SATA và tín hiệu PCIe vào chung trong một cổng đơn giản.
Như đã nói ở trên, SATA Express là sự kết hợp của cả SATA lẫn PCIe, tuy nhiên điểm đáng chú ý đó là bạn không thể sử dụng cả hai giao thức này cùng lúc. Nếu thiết bị lưu trữ của bạn theo chuẩn SATA thì khi gắn vào cổng SATA Express, máy tính sẽ nhận nó là SATA và việc truyền tải sẽ diễn ra theo giao thức này, còn nếu bạn xài ổ PCIe thì việc truyền tải dữ liệu chỉ được thực hiện thông qua PCIe. Nói cách khác, SATA Express kết hợp băng thông của PCIe với cổng kết nối gần giống SATA và có khả năng tương thích ngược với chuẩn SATA hiện nay.
Hiệu năng của SATAe so với SATA III
Và bởi vì SATAe đóng vai trò như một cổng kết nối khác cho PCIe, nó hỗ trợ cả chuẩn PCIe 2.0 và 3.0. Về lý thuyết thì PCIe 3.0 sẽ giúp bạn có tốc độ đường truyền nhanh nhất vào khoảng 16Gbps (1970MB/s), còn bản 2.0 đang xuất hiện phổ biến hiện tại thì vào khoảng 10Gbps (1000MB/s). Trong khoảng từ đây đến cuối năm, các thiết bị SATAe chủ yếu sẽ dùng giao thức PCIe 2.0.
SATAe có một số loại cổng kết nối khác nhau. Trong bức ảnh bên dưới, cổng (a) được thiết kế để gắn trực tiếp vào thiết bị lưu trữ PCIe. Cổng (b) sẽ nằm trên cáp để gắn cổng (a) hoặc cổng SATA tiêu chuẩn vào, còn cổng (c) thì nằm ở trên bo mạch chủ và cũng để gắn (a) hoặc cổng SATA tiêu chuẩn. Cổng (d) thì xuất hiện trên bo mạch chủ còn cổng (e) sẽ xuất ở đầu cáp để gắn vào (d). Tất cả các cổng đều được lựa chọn sao cho người dùng có thể kết nối tối đa 2 ổ SATA cũ hoặc 1 ổ SSD PCIe / SATAe.
Không giống như PCIe, SATAe không có tính năng truyền tải điện, chính vì thế nhà sản xuất sẽ bổ sung thêm vào sợi cáp một đường dẫn nguồn với đầu 15 chân hoặc đầu molex để cắm vào cổng nguồn trên mainboard. Như bức ảnh dưới là một đề xuất do Tổ chức SATA đưa ra chứ họ không áp dụng một quy tắc chung nào cho việc lấy nguồn điện. Có thể chúng ta sẽ thấy nhiều cách triển khai khác nhau từ các nhà sản xuất.
Về thử nghiệm thực tế thì một trong những sản phẩm lưu trữ sử dụng SATAe hiện có trên thị trường là Asus Hyper Express. Nó sử dụng hai ổ SSD mSATA chạy RAID. Asus nói rằng người dùng xài bo mạch của hãng cùng ổ Hyper Express sẽ có thể di chuyển một bộ phim với dung lượng 10GB trong vòng 10 chỉ giây. Tốc độ ghi theo trình tự của ổ là 745MB/s, còn tốc độ đọc là 809MB/s.
Asus nói sợi cáp mà hãng trình diễn ở đây chưa phải là thiết kế hoàn chỉnh và nó có thể sẽ thay đổi khi hãng chính thức ra mắt sản phẩm của mình. Nhiều khả năng họ sẽ dùng một sợi cáp lớn có cả ba đầu cắm thay vì ba sợi lẻ như hiện nay. Đây là đầu để cắm vào mainboard, còn đầu cắm vào ổ lưu trữ thì theo thiết kế cuối cùng, nó sẽ tương tự như SATA hiện nay (dữ liệu + nguồn).
Trong bức ảnh bên dưới là một mainboard của Asus có hai cổng SATAe. Nhìn thì nó y hệt như cổng SATA hiện nay kết hợp với một cổng phụ mới. Phần cổng SATA vẫn hoạt động bình thường khi bạn cắm một thiết bị SATA truyền thống vào đây. Còn khi nào bạn dùng đến một sợi cáp SATAe thì đó là lúc mà điều kì diệu của PCIe bắt đầu xuất hiện.
Cổng SATAe khá to, nó dài khoảng 5cm nên có thể nó sẽ không được các hãng tích hợp vào những dòng máy tính mỏng nhỏ nhẹ. Thay vào đó, họ sẽ dùng cổng M.2 trên bo mạch và thực ra thì cổng này cũng chỉ là một cổng vật lý và nó cũng có thể tương thích với SATA Express.
SATA Express còn hỗ trợ nhiều giao thức điều khiển bộ nhớ khác nhau (về mặt phần mềm), bao gồm AHCI (Advanced Host Controller Interface) và một chuẩn mới hơn là NVMe (Non-Volatile Memory Express). AHCI ra đời từ những năm 2004 và được thiết kế cho ổ HDD với độ trễ cao của các các thiết bị lưu trữ sử dụng đĩa từ. Chính vì thế, nó không thể tận dụng toàn bộ thế mạnh của SSD, thế là các hãng bắt đầu nghiên cứu và NVMe xuất hiện.
NVMe được phát triển bởi một số công ty lớn, trong đó có Intel, Samsung và LSI. Nó được thiết kế tối ưu cho các ổ SSD và giao thức PCIe. Và bởi vì phần mềm giao diện thường có tuổi thọ lên đến cả 10 năm nên nó sẽ hoạt động tốt với cả các thiết bị mới trong tương lai.
Bằng cách chuẩn hóa một giao diện cho SSD, hệ điều hành sẽ chỉ cần đến 1 driver duy nhất cho mọi ổ SSD của mọi hãng, chỉ cần hãng sản xuất ổ đĩa đặc tuân thủ theo cấu hình NVMe. Điều này cũng có nghĩa là các hãng làm SSD sẽ không phải đầu tư công sức, tiền bạc, thời gian để tạo ra driver của riêng mình. Cũng giống như cổng và bộ cấu hình SATA hiện tại, miễn là ổ SSD/HDD của bạn có cổng SATA thì đem gắn vào máy nào, hệ điều hành nào cũng nhận ra được, không cần phải có driver riêng. Đáng tiếc rằng điều này vẫn chưa diễn ra ở thời điểm hiện tại, phải chờ thêm khoảng 1-2 năm nữa thì NVMe mới chính thức được cái nền tảng phổ biến như Windows, OS X và Linux hỗ trợ.
Hi vọng bài viết này sẽ giúp các bạn hiểu hơn về SATA Express. Nếu các bạn có đóng góp gì thêm thì xin mời góp ý ngay trong topic này nhé.
