Дисковые накопители: снова революция?

10 Июл 2014

Дисковые накопители: снова революция?

Соревнование магнитных приводов с твердотельными дисками проходит на фоне революционных изменений интерфейсов самих накопителей. Посудите сами: практически каждые десять лет один стандарт передачи данных бесповоротно сменяет другой. Чего ожидать от SATA Express ­– последней инициативы разработчиков жестких дисков?

Экспресс-анализ новинки

Как следует из выше сказанного, далее речь пойдет о замене SATA-устройств на аналогичные, но подключаемые непосредственно к шине PCI Express. Фактически, есть два подхода к такой реализации, каждый из которых обусловлен своей спецификацией:

  • SATA Express предусматривает подключение накопителя к PCIe-разъему с помощью гибкого кабеля;
  • M.2 предусматривает конструктивное исполнение накопителя в виде платы расширения, устанавливаемой в разъем на системной платформе.

Если отвлечься от типа разъема, обе спецификации идейно близки друг к другу, так как описывают метод и способ передачи данных непосредственно через PCIe-шину в устройство хранения информации. Это подразумевает интеграцию хост-контроллера в состав жесткого диска (вернее, SSD-накопителя). При этом сам накопитель становится PCI Express устройством, даже будучи подключенным посредством привычного SATA-кабеля. Контроллер Serial ATA, как промежуточное звено между системой и накопителем, упраздняется.

Отметим, что такая модернизация не потребует серьезных конструктивных изменений, ведь интерфейс PCI Express, также как и SATA основан на использовании дифференциальных пар для передачи сигналов. Конечно, во время переходного периода накопители и персональные платформы должны будут поддерживать как новые, так и старые интерфейсы. Поэтому функциональная избыточность неизбежна…

На пути к реализации

Поддержка интерфейсов SATA Express и M.2 анонсирована в чипсетах Intel 9 серии. Теоретически, для связи с накопителем можно использовать различные конфигурации PCI Express, отличающиеся количеством линков и полосой пропускания. Например, два линка PCI Express 3.0 обеспечат пропускную способность около 2 Гигабайт в секунду.  Для сравнения, SATA 3.0 обеспечивает пропускную способность около 0.6 Гигабайт в секунду.

Сравнение производительности SATA интерфейсов с возможностями PCI Express шины в контексте потребляемой мощности
Рис 1Сравнение производительности SATA интерфейсов с возможностями PCI Express шины в контексте потребляемой мощности

В результате, при упрощении архитектуры дисковой подсистемы и удалении промежуточного звена (контроллера SATA) мы получаем увеличение производительности. Причем, без потери программной совместимости со стандартом  AHCI (Advanced Host Controller Interface), принятым в индустрии. Подозрительно хорошо, не правда ли? Только вот является ли модная инициатива «расшивкой узких мест»?

Наброски к истории вопроса

Очередные революционные изменения в архитектуре дисковых подсистем мы сравним с событиями более чем двадцатилетней давности (см., например, «Размер имеет значение»), когда жесткие диски с интерфейсом IDE (Integrated Drive Electronics) пришли на смену устройствам MFM (Modified Frequency Modulation). Логика управления накопителем, схемы формирования импульсов позиционирования, каналы чтения-записи данных и ряд других узлов переместились из контроллера в накопитель. Предельно упростившийся контроллер представлял собой совокупность буфера данных и адресного селектора. Сложной логики для сопряжения не требовалось, ведь многие сигналы IDE-интерфейса логически эквивалентны сигналам используемой в те времена ISA-шины.

Шло время, контроллер IDE стал эволюционировать и усложняться, появилась возможность программирования таймингов интерфейса и поддержки различных режимов PIO Mode. Контроллер постепенно приобретал черты простейшего процессора ввода-вывода и способность взаимодействовать с оперативной памятью без участия CPU для чтения и записи дисковых данных, а впоследствии, даже изменять порядок выполнения команд с целью минимизации механических перемещений блока магнитных головок.