Una versión actualizada del conector SATA Express puede aumentar las velocidades de la PC

SATA o Serial ATA ha sido un gran éxito como interfaz de conexión en las placas bases, en lo que respecta a las unidades de almacenamiento de las computadoras.

La estandarización en la interfaz permite una fácil instalación y compatibilidad entre computadoras y dispositivos de almacenamiento.

El problema es que el diseño de la comunicación serializada ha llegado a su límite, ya que muchas unidades de estado sólido (SSD) están limitadas por el rendimiento de la interfaz y no por el disco duro (HDD)

Debido a esto, es necesario desarrollar nuevos estándares de comunicación entre una PC y las unidades de almacenamiento, y es aquí donde SATA Express interviene para llenar el vacío en lo que respecta al rendimiento.

sata express


Introducción a la Interfaz SATA

SATA (Tecnología de Adhesión Avanzada en Serie) es un estándar IDE lanzado por primera vez en 2001 para conectar dispositivos como unidades ópticas, discos duros y discos sólidos a la placa base. El término SATA generalmente se refiere a los tipos de cables y conexiones que siguen este estándar.

Serial ATA reemplaza a Parallel ATA (PATA) como el estándar IDE elegido para conectar internamente dispositivos de almacenamiento en una computadora. Los dispositivos de almacenamiento SATA pueden transmitir datos hacia y desde el resto de componentes de una PC mucho más rápido que un dispositivo PATA similar.

Nota: PATA a veces es denominado IDE. Con SATA se utiliza un término opuesto con IDE, solo significa que se están discutiendo los cables o las conexiones ATA serie y paralelo.

SATA vs PATA

En comparación con Parallel ATA, Serial ATA también tiene el beneficio de costos de cable más baratos y la capacidad de intercambiar dispositivos en caliente.

El intercambio en caliente significa que los dispositivos se pueden reemplazar sin apagar el sistema por completo. Con los dispositivos PATA, deberías apagar la computadora antes de reemplazar un disco duro o cualquier otro componente interno.

Nota: si bien las unidades SATA son compatibles con el intercambio en caliente (plug & play), el dispositivo que lo utiliza también debe hacerlo con el sistema operativo.

Los cables SATA son mucho más pequeños que los cables gruesos de cinta PATA. Esto significa que son más fáciles de manejar porque no ocupan tanto espacio y se pueden atar más fácilmente, si es necesario. Además, el diseño más delgado da como resultado un mejor flujo de aire dentro del gabinete de la computadora.

Las velocidades de transferencia de SATA son mucho más altas que las de PATA. 133 MB/s es la velocidad de transferencia más rápida posible con dispositivos PATA, mientras que SATA admite velocidades de 187.5 MB/s a 1969 MB/s (a partir de la revisión 3.2)

La longitud máxima de un cable PATA es de solo 18 pulgadas. Los cables SATA pueden ser tan largos como 1 metro. Sin embargo, aunque un cable de datos PATA puede tener dos dispositivos conectados a la vez, una unidad SATA solo permite uno.

Algunos sistemas operativos Windows no admiten dispositivos SATA, como Windows 95 y 98. Sin embargo, dado que esas versiones de Windows están tan desactualizadas, no debería ser una preocupación en estos días.

Otra desventaja de los discos duros SATA, es que a veces requieren un controlador de dispositivo especial antes de que la computadora pueda comenzar a leer y escribir datos en ellos.

Más información acerca de los cables y conectores SATA

Los cables SATA son largos, cables de 7 pines. Ambos extremos son planos y delgados. Un extremo se conecta a un puerto en la placa base, generalmente etiquetado como SATA, y el otro en la parte posterior de un dispositivo de almacenamiento como un disco duro SATA.

Los discos duros externos también se pueden usar con conexiones SATA, claro que el disco duro en sí debe tener también una conexión SATA. Esto se denomina eSATA.

La forma en la que funciona es que la unidad externa se conecta a la conexión eSATA en la parte posterior de la computadora junto a las otras aberturas para componentes como el monitor, el cable de red y los puertos USB. Dentro de la PC, la misma conexión SATA interna se realiza con la placa base, como si el disco duro estuviera fijo dentro del gabinete.

Las unidades eSATA son intercambiables en caliente de la misma manera que las unidades SATA internas.

Nota: la mayoría de las computadoras no vienen preinstaladas con una conexión eSATA en la parte posterior del gabinete. Sin embargo, puedes comprar el soporte interno SATA a eSATA mucho más barato.

Sin embargo, una advertencia con los discos duros SATA externos es que el cable no transfiere energía, solamente datos. Esto significa que a diferencia de algunas unidades USB externas, las unidades eSATA requieren un adaptador de alimentación, como uno que se conecta a la pared.

Cables conversores SATA

Hay varios adaptadores que puedes comprar si necesitas convertir un tipo de cable antiguo a SATA o convertir SATA a algún otro tipo de conexión.

Por ejemplo, si quieres utilizar tu unidad de disco duro SATA a través de una conexión USB, como formatear la unidad, examinar los datos o hacer una copia de seguridad de los archivos, puedes adquirir un adaptador SATA a USB. A través de Amazon, podrás conseguir un cable adaptador SATA / PATA / IDE a USB para tal propósito.

También hay conversores Molex que puedes utilizar si la fuente de alimentación no proporciona la conexión de cable de 15 pines que necesitas para alimentar el disco duro interno SATA. Estos cables adaptadores son bastante económicos, como este cable Micro SATA.

Comunicación SATA o PCI-Express

Las especificaciones SATA 3.0 existentes estaban limitadas a un ancho de banda de solo 6 Gbps, lo que se traduce en aproximadamente 750 MB/s. Ahora con toda esta sobrecarga para la interfaz, significa que el rendimiento efectivo se limitó a solo 600 MB/s.

Muchas de las generaciones actuales de unidades de estado sólido han alcanzado esencialmente este límite y necesitan alguna forma de interfaz más rápida.

La especificación SATA 3.2 de la cual SATA Express forma parte, presentó un nuevo medio de comunicación entre la computadora y las unidades de almacenamiento al permitir que los dispositivos seleccionen si quieren utilizar el bus SATA existente, asegurando la compatibilidad con dispositivos anteriores, o utilizar el bus PCI Express más rápido.

El bus PCI Express se ha usado tradicionalmente para comunicarse entre la CPU y los dispositivos periféricos como las tarjetas gráficas, interfaces de red, puertos USB, etc. Según los estándares actuales de PCI-Express 3.0, una sola pista de PCIe puede manejar hasta 1 GB/s, lo que la hace más rápida que la interfaz SATA actual.

Eso es lo que una sola pista PCI Express puede lograr, pero los dispositivos pueden usar múltiples pistas. De acuerdo con las especificaciones SATA Express, una unidad con la nueva interfaz puede utilizar dos pistas PCIe (generalmente denominados x2) para tener un ancho de banda potencial de 2 GB/s que lo hace casi tres veces más rápida que las velocidades SATA 3.0 anteriores.

El nuevo conector SATA Express

Ahora la nueva interfaz también requiere un nuevo conector. Puede parecer algo similar porque el conector realmente combina dos conectores de datos SATA junto con un tercer conector un poco más pequeño que trata con las comunicaciones basadas en PCI Express.

Los dos conectores SATA son en realidad puertos SATA 3.0 completamente funcionales. Esto significa que un único conector SATA Express en una computadora puede admitir dos puertos SATA anteriores.

El problema surge cuando quieres conectar una unidad SATA Express más nueva al conector. Todos los conectores SATA Express utilizarán todo el ancho ya sea que la unidad esté basada en las comunicaciones SATA anteriores o las más nuevas PCIe. Por lo tanto, un SATA Express puede manejar dos unidades SATA o una unidad SATA Express.

Entonces, ¿Por qué una unidad SATA Express basada en PCI Express no utiliza un tercer conector en lugar de dos puertos SATA?

Esto tiene que ver con el hecho de que un disco basado en SATA Express puede usar cualquier tecnología, por lo que necesita tener la interfaz en ambos. Además de esto, muchos puertos SATA están conectados a una pista PCIe para comunicarse con el microprocesador.

Al utilizar la interfaz PCIe directamente con una unidad SATA Express, de hecho está cortando la comunicación a los dos puertos SATA vinculados a esa interfaz de todos modos.

Limitaciones de la interfaz de comando

SATA es efectivamente una forma de comunicar datos entre el dispositivo y la CPU en una computadora. Además de esta capa, hay una capa de comando que se ejecuta sobre esta para enviar los comandos que se deben escribir y leer desde la unidad de almacenamiento.

Durante años, esto ha sido manejado por AHCI (Interfaz Controladora de Host Avanzado). Esto ha sido tan estandarizado que esencialmente está escrito en todos los sistemas operativos actualmente en el mercado. Esto efectivamente hace que las unidades SATA se conecten y jueguen. No se necesitan controladores adicionales.

Si bien la tecnología funcionó adecuadamente bien con la tecnología anterior más lenta, como los discos duros y las unidades flash USB, realmente retrasa los SSD más rápidos. El problema es que, aunque la fila de comandos de AHCI puede contener 32 comandos, todavía puede procesar solo un comando a la vez porque solo hay una sola fila.

Aquí es donde entra en juego el conjunto de comandos NVMe (Memoria Rápida No Volátil). Cuenta con un total de 65.536 filas de comandos, cada una con capacidad para contener 65.536 comandos por fila. Efectivamente, esto permite el procesamiento paralelo de los comandos de almacenamiento en el disco.

Esto no es beneficioso para un disco duro, ya que todavía está limitado a un solo comando debido a los cabezales del disco, pero para unidades de estado sólido con sus múltiples chips de memoria, puede aumentar efectivamente su ancho de banda escribiendo múltiples comandos en diferentes chips y células simultáneamente.

Esto puede sonar bien, pero hay un pequeño problema. Esta es una nueva tecnología, y como resultado, no está integrada en la mayoría de los sistemas operativos existentes en el mercado. De hecho, la mayoría tendrá que tener controladores adicionales instalados en ellos para que las unidades puedan usar la nueva tecnología NVMe.

Esto significa que un despliegue del rendimiento más rápido para las unidades SATA Express puede llevar algo de tiempo ya que el software debe madurar de forma similar a la primera presentación de AHCI.

Afortunadamente, SATA Express permite que las unidades utilicen cualquiera de los dos métodos, de modo que ahora puedes utilizar la nueva tecnología con los controladores AHCI y posiblemente pasar a los estándares NVMe más recientes para un mejor rendimiento, aunque probablemente requiera que se vuelva a formatear la unidad.

Otras características agregadas con SATA Express a través de las especificaciones SATA 3.2

Ahora las nuevas especificaciones SATA agregan algo más que solo los nuevos métodos de comunicación y conexión. La mayoría de ellos están destinados a computadoras portátiles, pero también pueden beneficiar a otras computadoras que no sean portátiles. La característica de ahorro de energía más notable es el nuevo modo DevSleep.

Esto es esencialmente un nuevo modo de potencia que permite que los sistemas de almacenamiento se apaguen casi por completo, reduciendo así el consumo de energía cuando se está en modo de suspensión. Esto debería ayudar a mejorar los tiempos de ejecución de las PC laptops especiales, incluidas las Ultrabooks diseñadas en torno a los discos SSD y bajo consumo de energía.

Los usuarios de SSHD (Unidades Híbridas de Estado Sólido), también se beneficiarán de los nuevos estándares ya que han incluido un nuevo conjunto de optimizaciones. En las implementaciones actuales de SATA, el controlador de la unidad determinaría qué elementos deberían y no deberían ser caché en función de lo que vea que se solicite.

Con la nueva estructura, el sistema operativo podría decirle al controlador de la unidad qué elementos debería contener en la memoria caché, lo que reduce la cantidad de sobrecarga en el controlador de la unidad y mejorar el rendimiento.

Finalmente, hay una función para usos con configuraciones de discos RAID. Uno de los propósitos de RAID es la redundancia de datos. En el caso de una falla en la unidad, la unidad podría ser reemplazada y luego los datos serían reconstruidos a partir de los datos de suma de comprobación.

Básicamente, han creado un nuevo proceso en los estándares SATA 3.2 que pueden ayudar a mejorar el proceso de reconstrucción al reconocer qué datos están dañados y cuáles no.

Implementaciones y por qué no se han aprovechado

SATA Express ha sido un estándar oficial desde finales de 2013, pero no ha comenzado a introducirse en los sistemas informáticos hasta el lanzamiento de los chipsets Intel H97 / Z97 a principios de 2014.

Incluso con placas base que ahora incluyen la nueva interfaz, no hubo unidades existentes en el momento del lanzamiento que pudieran utilizar la nueva interfaz.

Es probable que esto se deba a los problemas que rodean al soporte del sistema operativo para la nueva fila de comandos para aprovechar al máximo SATA Express.

Al menos las implementaciones actuales permiten que los conectores SATA Express se utilicen con unidades SATA existentes. Esto debería ayudar a facilitar la implementación para aquellos que compren la tecnología de estas unidades.

La razón por la que la interfaz realmente no se ha hecho realidad reside realmente en la interfaz M.2. Esto se usa exclusivamente para unidades de estado sólido que utilizan un factor de forma más pequeño que se usa en computadoras portátiles, pero también con sistemas en PC de escritorio.

Los discos duros todavía tienen dificultades para superar los estándares SATA. M.2 tiene un poco más de flexibilidad, ya que no depende de las unidades más grandes, sino que también puede utilizar cuatro pistas PCIe que significan unidades más rápidas que las dos pistas de SATA Express.


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