Несмотря на то что современные HDD еще не достигли пределов второй версии стандарта SATA, для твердотельных накопителей его возможностей уже недостаточно, и многие производители считают, что настало время для SATA 3.0.
 |
| Коммутатор PCI Express на плате ASUS P7P55D-E Premium |
Новый виток эволюции
Для начала немного проясним ситуацию с наименованиями стандартов и интерфейсов. Распространенная аббревиатура SATA II (или SATA-2) на самом деле не совсем верна и является просто устоявшейся. В действительности для самого стандарта используется термин SATA 2.0, означающий вторую ревизию документации, в которой содержится вся информация о нем. Для устройств же (оптических накопителей, жестких дисков, SSD, контроллеров и т. д.) важны поддерживаемый ими набор технологий и его соответствие описанному в стандарте. Если он полностью удовлетворяет описанию, устройство характеризуется как поддерживающее SATA 3 Gbit/s – именно так в маркетинговых целях называется их физическое воплощение.
Аналогична ситуация и с новой ревизией: техническая документация описывает третье поколение стандарта – SATA 3.0, принятое 27 мая 2009 г., а реальные устройства считаются поддерживающими набор характеристик SATA 6 Gbit/s.
SATA 3.0 содержит следующие нововведения:
- пропускная способность интерфейса увеличена до 6 Гб/с;
- для NCQ введена новая команда для изохронного режим передачи данных, внедрена возможность программного управления NCQ;
- расширены возможности управления питанием устройств;
- предусмотрены новые формфакторы разъемов для 1,8-дюймовых HDD и тонких оптических накопителей для ноутбуков
Первое обновление не будет востребовано даже жесткими дисками последнего поколения, поскольку на сегодняшний день они не обеспечивают скоростей линейного чтения, превышающих 150–160 МБ/с. Впрочем, в перспективе порог SATA 3 Gbit/s наверняка будет пройден и ими, а пока от этого новшества получат дивиденды только твердотельные накопители, поскольку они уже давно «уперлись» в лимит прошлой ревизии интерфейса. Для HDD же единственным проявлением возросшей пропускной способности шины станет увеличенная скорость обмена данными между контроллером и буфером диска, чем не преминули воспользоваться производители, расширив его объем до 64 МБ.
 |
| Переключатель P13PCIE на плате Gigabyte GA-P55A-UD6 |
Наибольшее значение для традиционных накопителей будет иметь функция изохронной, т. е. постоянной передачи данных. Тяжело нагруженный HDD, которому приходится читать и записывать информацию в несколько потоков (довольно распространенная в домашних ПК ситуация в свете развития файлообменных сетей), зачастую не способен обеспечить устойчивую скорость чтения для комфортного просмотра видео или прослушивания аудио, хоть объем считываемых данных и невелик. SATA 3.0 предусматривает возможность активации своеобразного аналога службы Quality of Service в сетевых протоколах: за приложением резервируется максимальный приоритет, и запрашиваемые им данные всегда считываются в первую очередь и непрерывным потоком. Вероятнее всего, это в значительной мере скажется на производительности фоновых процессов, однако для пользователя чаще всего важнее так называемое user experience – быстродействие в тех задачах, которые он определяет в качестве основных, и в этом случае новая функция будет скорее во благо.
Революционными такие изменения, разумеется, назвать нельзя, SATA 6 Gbit/s – лишь новый этап в эволюционном развитии стандарта, устраняющий некоторые недостатки прошлой версии и отодвигающий уже достигнутый порог пропускной способности. Более интересны практические реализации этого интерфейса.
Два подхода к одной задаче: ASUS P7P55D-E Premium и Gigabyte GA-P55A-UD6
 |
| ASUS P7P55D-E Premium |
 |
| Gigabyte GA-P55A-UD6 |
 |
 |
 |
 |
 |
Очевидно, что накопители с поддержкой нового стандарта SATA будут сначала устанавливаться в новейшие ПК на платформах Intel и AMD. Для первого производителя это прежде всего Socket 1156 и чипсет P55, на основе которого в линейках ASUS и Gigabyte уже появились материнские платы с поддержкой SATA 6 Gbit/s, оснащенные контроллерами серии Marvell 912x – 9128 в продуктах Gigabyte, отличающийся поддержкой RAID, и 9123 на платах ASUS. Для AMD Socket AM3 Gigabyte также уже подготовила три модели с поддержкой нового стандарта, другие вендоры наверняка не заставят себя ждать.
Поддержка SATA 6 Gbit/s потребовала от инженеров обеих компаний нетривиальных технических решений, и подошли они к их воплощению по-разному. Причина этому – особенность чипсета Intel P55: несмотря на заявленную совместимость с PCI Express 2.0, восемь линий этой шины, обеспечиваемые концентратором ввода-вывода, с точки зрения пропускной способности соответствуют лишь PCI Express 1.1. Предоставляемых этими линиями 250 МБ/с недостаточно для нового дискового интерфейса (в конце концов, какой смысл ставить быстрый контроллер и ограничивать его шиной, к которой он подключен?), потому разработчикам пришлось идти обходными путями.
В ASUS P7P55D-E обмен данными между контроллером и чипсетом организован наиболее простым с инженерной точки зрения способом: четыре линии PCI Express от IOH набора логики ведут к коммутатору PEX PLX8613, который преобразует его в два канала PCI Express 2.0 с пропускной способностью по 500 МБ/с. К нему, в свою очередь, подключены вышеупомянутый Marvell 9123 и контроллер USB 3.0 производства NEC. Сухие цифры (4 Гб/с для PCI Express 2.0 против 6 Гб/с для новой ревизии SATA) говорят, что этого все равно недостаточно, однако современные накопители все же вряд ли смогут полностью загрузить этот канал.
Gigabyte GA-P55A-UD6 содержит значительно более изощренное решение проблемы. Вместо простого моста PCI Express на ней установлен специальный коммутатор P13PCIE, позволяющий в зависимости от настроек BIOS и подключенных к плате устройств использовать либо линии PCI-E, предоставляемые чипсетом, либо выходящие напрямую из процессора (напомним, что Core i7 и i5 на ядре Lynnfield, равно как и готовящиеся к выходу модели с ядром Clarkdale, оснащены контроллером PCI Express 2.0 x16 прямо на кристалле). Если возможности SATA 6 Gbit/s или USB 3.0 не задействуются (или отключены вручную в BIOS), контроллеры довольствуются скоростью, предоставляемой чипсетом. Если же нужно полностью раскрыть потенциал новых стандартов, то плата переключается на использование более быстрых каналов (при этом графический разъем переходит в режим x8). У этого режима есть еще и косвенные преимущества: тракт «контроллер–процессор–оперативная память» имеет меньшую латентность, нежели «контроллер–чипсет–шина DMI-процессор–оперативная память».
Тестирование
В Тестовую лабораторию поступили два жестких диска Seagate Barracuda XT емкостью 2 ТБ, поддерживающих SATA 6 Gbit/s. Мы замерили их быстродействие как при подключении к встроенному контроллеру чипсета Intel P55, так и к контроллерам Marvell 912x на платах ASUS и Gigabyte. Кроме того, был протестирован массив RAID 0 на платформе Gigabyte, чтобы оценить, действительно ли PCI Express 1.1 является сдерживающим фактором для двухпортового контроллера.
Результаты несколько противоречивы и радикально расходятся для одиночного HDD и RAID-массива. С точки зрения синтетических тестов (времени отклика и максимальной скорости линейных чтения и записи) различия между контроллерами минимальны и полностью объяснимы особенностями их подключения. Отметим, что увеличения быстродействия в связи с большей скоростью обмена данными с буфером единственного диска мы не обнаружили.
Тем не менее, Marvell 912x попросту не в состоянии обработать столько же запросов, сколько Intel P55. Судя по тестам IOMeter, максимальная производительность этого ядра – 125–130 запросов в секунду на канал, в то время как «родной» контроллер обрабатывает 180 запросов и очевидно не является сдерживающим фактором для жесткого диска. Впрочем, это явление отмечено только в профилях Fileserver и Webserver утилиты IOMeter, в остальных же случаях HDD «сдается» раньше, чем контроллер.
Что касается режима RAID, то тут ситуация кардинально иная: по показателям линейной скорости массив действительно превышает отметку 250 МБ/с, что явно указывает на оправданность технических уловок, примененных Gigabyte. В режиме подключения к чипсету производительность падает на 25% и более, при этом драйвер контроллера еще и добавляет быстродействия благодаря кэшированию запросов в оперативной памяти (ничем другим латентность в 3,3 мс при записи объяснить невозможно). Что наиболее интересно, хоть встроенный контроллер Intel P55 и не уступает Marvell 9128 по синтетическим тестам, при имитации работы реальных ПК и серверов последний опережает его очень существенно (с диаграммами можно ознакомиться на сайте). Возможно, именно в таком режиме больший объем и скорость обмена данными с буфером HDD вносят свою лепту.
Итоги тестирования наводят на вывод о том, что на сегодняшний день внедрение SATA 6 Gbit/s является оправданным лишь для высоконагруженных RAID-массивов и, возможно, SSD-накопителей, а для однодисковых конфигураций никаких преимуществ у нового поколения интерфейса нет. Наличие соответствующих контроллеров на новейших материнских платах – скорее имиджевый, нежели действительно необходимый шаг. Тем не менее, показатели даже двухдисковых массивов RAID подтверждают, что момент, когда SATA 3 Gbit/s устареет не только морально, уже очень близок.