Dyski SSD: PCI-Express, M.2, mSATA i SATA Express, przewodnik

Złącze kontra protokół

Nie ulega wątpliwości, że dyski SSD na stałe weszły do komputerów osobistych i nigdzie się stąd nie wybierają. Jednak wraz z popularyzacją tej technologii rosły wobec niej oczekiwania. Bardzo szybko nasycono wydajność SATA3. Dlatego, producenci zaczęli oferować dyski SSD wyposażone w coraz bardziej egzotyczne złącza takie jak PCI-Express, M.2, mSata i SATA Express. Umożliwiały one zastosowanie coraz wydajniejszych metod transferu danych w dyskach. Fizyczna wtyczka jest złączem pośredniczącym pomiędzy dyskiem SSD a płytą główną bądź notebookiem, podczas gdy protokół oznacza sposób w jaki między sobą rozmawiają.

Dotychczas jeden było równoznaczne z drugim, ale obecnie jesteśmy na technologicznym zakręcie w dwóch istotnych kwestiach na rynku SSD: pierwszy z nich to zmiana protokołu wymiany informacji, czyli języka wymiany danych, z SATA na PCI-Express. Zmiana ta jest niezauważalna, ponieważ dane nie są czymś co można bezpośrednio zobaczyć. Druga zmiana dotyczy bardziej zauważalnego aspektu jakim jest fizyczne złącze dysku. Zamiast znanego od lat złącza SATA, mamy obecnie kilka różnych typów złączy. Każde z nich posiada swoje plusy jak i minusy. Wszystkie te widoczne (złącze) i niewidoczne (protokół) roszady sprawiają, że nieprzygotowana osoba chcąca rozbudować swój komputer może poczuć się delikatnie mówiąc zbita z tropu.

Dyski SATA SSD

Większość osób myśląc o dysku SSD ma na myśli dokładnie to. Zwykle jest to urządzenie formatu 2.5" o pojemności od ~60GB do ~2000 GB, jednak górna bariera pojemności systematycznie rośnie. W tym przypadku dla urządzeń SSD w złącze i protokół transmisji danych to SATA III z prędkościami transmisji danych do 6Gbit/s, co w realnych warunkach przekłada się na około 550MB/s. Standard SATA III cieszy się doskonała kompatybilnością z płytami głównymi w komputerach stacjonarnych i notebookach. Jedynym wyjątkiem są Ultrabooki, które ze względu na minimalną grubość, nie mogą ich w środku zmieścić.

Dyski SSD PCI-Express

Ze względu na wymagania złącza PCI-Express, urządzenia takie spotkać można praktycznie wyłącznie w pecetach. Zwykle wykorzystują one gniazda PCIe 2x albo PCIe 4x. Istnieją również profesjonalne modele dedykowane zastosowaniom serwerom, które ze względu na wymaganą najwyższą wydajność oparte na PCIe 8x. Dyski PCI-Express SSD są atrakcyjne ze względu na brak ograniczenia wynikającego ze protokołu SATA III wynoszącego około 550MB/s. Dla porównania, dyski PCI-Express SSD osiągają poziom transmisji danych wynoszący około 780MB/s. Tak długo, jak masz w komputerze do dyspozycji wolne gniazdo PCI-Express 2x lub lepsze, dysk PCI-Express SSD będzie pasował i wzniesie prędkość przesyłania danych na nowe wyżyny. Kto nie chciałby skrócić czasu wczytywania mapy w ulubionej grze. Dyski tego typu nazywane są również czasami AIC od Add-in-Card.

Dyski mSATA SSD

Złącze mSATA (mini-SATA) pojawił się na krótko w płytach głównych takich jak seria Maximus V i niektórych notebookach. Dyski mSATA SSD korzystają z protokołu transmisyjnego SATA, oferując maksymalną wydajność 6Gbit/si wyglądają bardzo podobnie do urządzeń mini-PCI-Express, jednak te dwa złącza nie są ze sobą wzajemnie kompatybilne. Z biegiem czasu mSATA zostało wycofane i zastąpione przez lepiej zaprojektowane złącze M.2.

Dyski SATA Express

SATA Express powstał specyficznie do zastosowania w pecetach i pracuje z przepustowością do 10 Gbit/s (ponad 66% szybciej niż 6 Gbit/s protokołu SATA III). Nowe, szersze złącze można zwykle odnaleźć w pobliżu starszych gniazd SATA na płycie głównej i wymaga wykorzystania nowego typu przewodów. Pierwsza wersja SATA Express, pokazana jakiś czas temu na płytach ASUS Z87 Deluxe/SATA Express, jest również wstecznie kompatybilna z istniejącymi SATA SSD z wykorzystaniem zwykłych kabli SATA. Można też podłączyć jedno złącze SATA Express do jednego dysku SSD SATA Express, albo do dwóch dysków SATA SSD (choć z mniejszymi prędkościami ograniczonymi protokołem SATA III).

Dyski SSD ze złączem M.2 (NGFF)

Pierwotnie złącze M.2 znane było jako NGFF - Next Generation Form Factor (after mSATA), co można przetłumaczyć jako specyfikacja następnej generacji (w domyśle po mSATA). Obecnie złącze M.2 stało się standardem w mobilnych dyskach SSD, oraz coraz większej ilości płyt głównych. Dyski wyposażone w złącze M.2 mogą być oparte na protokole PCI-Express oraz SATA, jednak zwykle są to urządzenia działające w oparciu o standard PCI-Express. To jest istotne dlatego, że jak wyjaśniliśmy wcześniej, SATA oraz PCI-Express nie są wzajemnie kompatybilne. Dlatego przed zakupem dysku wyposażonego w złącze M.2 musisz sprawdzić na stronie producenta lub w instrukcji płyty głównej, czy gniazdo M.2 jest wersją PCI-Express do PCI-Express czy też SATA do SATA. Mając tą wiedzę, możesz wybrać się na zakupy odpowiedniego dysku ze złączem M.2.

Dyski SSD M.2 SATA

Ze względu na możliwość przesyłania protokołu SATA za pomocą złącza M.2 dostępne są urządzenia łączące te dwie technologie. Zachowują one wówczas ograniczenia technologii SATA, czyli maksymalny teoretyczny transfer wynikający z zastosowania protokołu SATA III wynoszący 6 Gbit/s. O ile w teorii połączenie to jest dopuszczalne, przez specyfikacje złącza M.2 to w praktyce urządzenia te są zwykle oparte na M.2 PCI-Express ze względu na jego wyższą wydajność.

Dyski SSD M.2 PCI-Express SSD

Dyski M.2 PCI-Express SSD wykorzystują ten sam protokół przesyłana informacji co dyski SATA Express. Dla uniknięcia nieporozumień zrezygnowano z używania w nazwie skrótu SATA. Około 2014 roku dyski M.2 PCI-Express SSD stały się najpopularniejszym wyborem entuzjastów, chcących cieszyć się najwyższą możliwą wydajnością. Urządzenia te łączą w sobie małe wymiary oraz wydajność na poziomie 10 Gbit/s (dla pierwszej generacji M.2 PCI-Express SSD).

Dyski SSD M.2 NVMe

Nazwa protokołu NVMe jest skrótem od NVM Express. Sam skrót NVM pochodzi od Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification, co można przetłumaczyć jako "specyfikacja interfejsu kontrolera hosta pamięci nieulotnej". Prawda, że NVM brzmi lepiej? Specyfikacja protokołu NVMe powstała całkowicie od zera po to, aby maksymalnie wykorzystać możliwości szyny PCIe za pomocą protokołu NVMe. Mogą z niego korzystać wszystkie urządzenia pamięci nieulotnej, tak więc również właśnie dyski SSD. Do najważniejszych cech protokołu NVMe zaliczyć można uproszczony zestaw poleceń (10 poleceń administracyjnych i 3 polecenia I/O, klasyfikowanych jako "obowiązkowe"), model kolejkowania, przerwania MSI-X (więcej przerwań na urządzenie i wydajne ukierunkowanie ich w środowiskach wieloprocesorowych), więcej przestrzeni nazw (namespaces) na urządzenie, możliwość podłączenia jednego urządzenia do wielu hostów (Multipath I/0), własne stany zasilania, oraz co najważniejsze mniejsze opóźnienia. Wszystko to przekłada się na zwiększenie wydajności operacji w porównaniu do archaicznego AHCI. Poza dyskami NVMe wyposażonymi w złącze M.2 występują również urządzenia U.2 2.5" (SFF-8639), oraz karty rozszerzeń PCI-Express instalowanych bezpośrednio w złącze na płycie głównej. Protokół NVMe jest kolejnym z gwoździ do trumny SATA III.

Co niesie przyszłość?

Pośród najciekawszych technologii, których możemy spodziewać się w 2017 roku wymienić należy nową generację szyny PCI-Express. Szyna PCI-Express 4.0 będzie niosła ze sobą największe korzyści nie tyle dla kart graficznych co właśnie dla dysków SSD i kart sieciowych. Nowa wersja PCIe zwiększy dwukrotnie przepustowość PCI-Express 1x, z niecałych 1 GB/s do 1,96 GB/s. Przekłada się to na nieomal 32 GB/s w przypadku korzystania pełnego złącza PCI-e 16x. W ten sposób popularniejszy pośród producentów dysków SSD standard M.2, korzystający z maksymalnie 4 linii PCIe, będzie w stanie zaoferować przepustowość na poziomie nieomal 7,9 GB/s zamiast około 3,9 GB/s. Na koniec warto nadmienić, że organizacja standaryzująca PCI-Sig pracuje już nad standardem PCI-Express 5.0. Podobnie jak jego poprzednik, PCI-Express 5.0 po raz kolejny ma podwoić przepustowość szyny PCIe.