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SATA Express（非公式にはSATAeと略されることもある）は、Serial ATA（SATA）とPCI Express（PCIe）ストレージデバイスの両方をサポートするコンピュータバスインターフェイスで、当初はSATA 3.2仕様で標準化されました。[ 1 ]ホスト側で使用されるSATA Expressコネクタは、標準のSATAデータコネクタとの下位互換性があり、[ 2 ]ストレージデバイスへの純粋なPCI Express接続として2つのPCI Expressレーンも提供します。[ 3 ]
SATA インターフェースの通常のアプローチである、メジャー バージョンごとにネイティブ速度を倍増させるのではなく、SATA 3.2 仕様では、 SATA 3.0の速度制限である 6 Gbit/sを超えるデータ転送速度を実現するためにPCI Expressバスが採用されました。SATA インターフェースの設計者は、ネイティブ SATA 速度を倍増させると、ソリッドステート ドライブ(SSD) 技術の進歩に追いつくのに時間がかかりすぎ、 [ 4 ] SATA 規格に多くの変更が必要となり、既存の PCI Express バスと比較して消費電力が大幅に増加すると結論付けました。[ 5 ] [ 6 ]広く採用されているコンピュータ バスである PCI Express は、十分な帯域幅を提供し、より高速なレーンや追加のレーンを使用することで簡単に拡張できます。[ 7 ]
SATA Express は、論理インターフェース レベルで従来のAdvanced Host Controller Interface (AHCI)をサポートするだけでなく、接続された PCI Express ストレージ デバイスの論理デバイス インターフェイスとしてNVM Express (NVMe) もサポートしています。AHCI のサポートにより、従来の SATA デバイスおよび従来のオペレーティングシステムとのソフトウェア レベルの下位互換性が確保される一方、NVM Express は、多数のI/O操作を並列に実行できる機能を活用することで、高速 PCI Express ストレージ デバイスを最大限に活用するように設計されています。[ 8 ]
シリアルATA（SATA ）インターフェースは、主にハードディスクドライブ（HDD）とのインターフェース用に設計され、メジャー改訂ごとにネイティブ速度が倍増しました。SATAの最大転送速度は、SATA 1.0（2003年に標準化） の1.5 Gbit/sから、 SATA 2.0 （2004年に標準化）の3 Gbit/s 、そしてSATA 3.0 （2009年に標準化）の6 Gbit/sへと向上しました。[ 9 ] SATAは、徐々に普及が進むソリッドステートドライブ（ SSD ）のインターフェースとしても選ばれましたが、SSDやハイブリッドドライブの速度が時間とともに向上するにつれて、より高速なインターフェースの必要性が明らかになりました。[ 5 ]例えば、2009 年初頭に入手可能だった SSD の中には、すでに SATA 1.0 の性能をはるかに超え、SATA 2.0 の最大転送速度に近いものもありましたが、[ 10 ] 2013 年後半には、ハイエンドの消費者向け SSD はすでに SATA 3.0 の速度制限に達しており、さらに高速なインターフェースが必要となっていました。[ 11 ] [ 12 ]
SATA インターフェースの設計者は、必要な速度向上に対するさまざまなアプローチを評価する中で、SATA インターフェースを拡張してネイティブ速度を 12 Gbit/s に倍増させるには 2 年以上かかるため、SSD 技術の進歩に追いつくには不向きであると結論付けました。[ 4 ]同時に、ネイティブ SATA 速度を 12 Gbit/s に上げるには SATA 規格に多くの変更が必要となり、既に利用可能で広く採用されている PCI Express バスと比較して、よりコストがかかり、電力効率も低いソリューションになってしまいます。そのため、2013 年に標準化されたSATA 3.2改訂版の一部として、SATA インターフェースの設計者は PCI Express を選択しました。SATA仕様を拡張して、同じ下位互換性のあるコネクタ内に PCI Express インターフェースも提供することで、既存の技術を再利用してはるかに高速な速度を実現できました。[ 6 ] [ 13 ]
一部のベンダーは、PCI Expressバスを介して接続されたフラッシュベースのストレージ製品に独自の論理インターフェースも使用しています。このようなストレージ製品は、マルチレーンPCI Expressリンクを使用し、独自のドライバとホストインターフェースを介してオペレーティングシステムとインターフェースできます。[ 14 ] [ 15 ]さらに、2014年6月現在 PCI Expressアドオンカードの非独自論理インターフェースとしてNVM Expressを使用する同様のストレージ製品が存在する。[ 16 ]
SATA Express のサポートは、当初 Intel 9 シリーズ チップセット、Z97およびH97プラットフォーム コントローラ ハブ(PCH) で発表され、どちらも Intel HaswellおよびHaswell Refreshプロセッサをサポートしていました。これらの 2 つのチップセットは 2014 年に利用可能になる予定でした。[ 17 ] [ 18 ] 2013 年 12 月、Asus は、Intel Z87 チップセットをベースに、Haswell プロセッサをサポートし、追加の ASMedia コントローラを使用して SATA Express 接続を提供するプロトタイプの「Z87 -Deluxe/SATA Express」マザーボードを発表しました。このマザーボードは、 CES 2014でも展示されましたが、発売日は発表されていませんでした。[ 19 ] [ 20 ]
2014 年 4 月、ASUS は、一部の試作 SATA Express ハードウェアで、いわゆる独立したスペクトラム拡散クロッキング(SRIS)を備えた独立したリファレンス クロックのサポートも実証しました。SRIS は、ストレージ デバイスに独立したクロック ジェネレータを提供し、マザーボードファームウェアからの追加サポートを提供することで、PCI Express 同期信号を伝送するために必要な SATA Express ケーブルの複雑で高価なシールドを不要にします。[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
2014 年 5 月に Intel Z97 および H97 チップセットが発売され、SATA Express とM.2の両方がサポートされるようになりました。M.2 は、内部に搭載されるコンピュータ拡張カードの形式のフラッシュベースのストレージ デバイスの仕様です。Z97 および H97 チップセットは、SATA Express ポートごとに2 つのPCI Express 2.0レーンを使用し、PCI Express ストレージ デバイスに 1 GB/sの帯域幅を提供します。[ 18 ] [ 24 ] [ 25 ]主にハイエンド デスクトップ向けのこれら 2 つの新しいチップセットのリリースに続いて、Z97 および H97 ベースのマザーボードがすぐに発売されました。[ 26 ] [ 27 ]
2014 年 8 月下旬にIntel X99チップセットが発売され、Intel のエンスージアスト プラットフォームに SATA Express と M.2 の両方のサポートがもたらされました。X99 の各 SATA Express ポートには、チップセットによって提供される 2 つの PCI Express 2.0 レーンが必要ですが、M.2 スロットは、チップセット自体からの 2 つの 2.0 レーン、またはLGA 2011-v3 CPU から直接取得される最大 4 つの 3.0 レーンのいずれかを使用できます。その結果、X99 は接続された PCI Express ストレージ デバイスに対して最大 3.94 GB/s の帯域幅を提供します。X99 チップセットの発売後、多数の X99 ベースのマザーボードが発売されました。[ 28 ]
2017年3月初旬、AMD Ryzenが発売され、付属のX370、X300、B350、A320、A300チップセットを使用することで、AMD Socket AM4 プラットフォームにSATA Expressのネイティブサポートをもたらしました。Ryzenは、チップセットとAM4 CPUによって提供される最大8レーンのPCI Express 3.0を使用して、M.2やその他の形式のPCI Expressストレージデバイスもサポートしています。 [ 29 ]その結果、Ryzenは接続されたPCI Expressストレージデバイスに対して最大7.88 GB/sの帯域幅を提供します。
フォームファクターとしてのSATA Expressは、失敗した規格とみなされています。なぜなら、SATA Expressが導入された当時、M.2フォームファクターとNVMe規格も同時に登場し、Serial ATAやSATA Expressよりもはるかに大きな人気を獲得したからです。消費者向けに発売されたSATA Expressインターフェースを採用したストレージデバイスは少なく、SATA Expressポートは新しいマザーボードからすぐに姿を消しました。
SATA Expressインターフェースは、同じホスト側SATA Expressコネクタを介して2つのPCI Express 2.0または3.0レーンと2つのSATA 3.0（6 Gbit/s）ポートを公開することで、PCI ExpressとSATAストレージデバイスの両方をサポートします（ただし、両方を同時に使用することはできません）。公開されたPCI Expressレーンは、追加のバス抽象化レイヤーなしで、ホストとストレージデバイス間の純粋なPCI Express接続を提供します。[ 3 ] [ 6 ] SATAリビジョン3.2仕様（ 2013年8月時点のゴールドリビジョン） SATA Expressを標準化し、そのハードウェアレイアウトと電気的パラメータを規定する。[ 1 ] [ 30 ]
PCI Express を選択すると、複数のレーンと異なるバージョンの PCI Express を使用することで、SATA Express インターフェイスのパフォーマンスを拡張することもできます。より詳細には、2 つの PCI Express 2.0 レーンを使用すると、合計帯域幅が 1000 MB/s (2 × 5 GT /s 生データレート、8b/10b エンコーディング) になりますが、2 つのPCI Express 3.0レーンを使用すると、1969 MB/s (2 × 8 GT/s 生データレート、128b/130b エンコーディング) になります。[ 3 ] [ 7 ]比較すると、 SATA 3.0 の6 Gbit/s 生帯域幅は、実質的に 600 MB/s (6 GT/s 生データレート、8b/10b エンコーディング) に相当します。
SATA Expressコントローラに接続されたストレージデバイスとのインターフェースに使用される論理デバイスインターフェイスとコマンドセットには、3つのオプションがあります。 [ 6 ] [ 8 ]
SATA Express に使用されるコネクタは、追加のアダプタやコンバータを必要とせずに、可能な限り従来の SATA デバイスとの下位互換性を確保するために特別に選択されました。[ 2 ] ホスト側のコネクタは、接続されたストレージ デバイスの種類に応じて PCI Express レーンまたは SATA 3.0 ポートを提供することで、1 つの PCI Express SSD または最大 2 つの従来の SATA デバイスを受け入れます。 [ 13 ]
SATA Expressコネクタには、位置と用途によって異なる5つのタイプがあります。[ 2 ]
上記に挙げたSATA Expressコネクタは、低コストでの迅速なプラットフォーム移行を重視した設計の結果、PCI Expressレーンを2つしか提供していません。この選択により、従来のSATAデバイスとの下位互換性が容易になり、より安価な非シールドケーブルの使用も可能になりました。2015年3月現在 2.5インチドライブのNVM Expressデバイスの中には、U.2コネクタ（元々はSFF-8639として知られ、2015年6月に名称変更された[ 33 ]）を使用するものもあり、[ 35 ] [ 36 ]、U.2コネクタはより広く受け入れられると予想されている。U.2コネクタは機械的にはSATA Expressデバイスプラグと同一だが、使用可能なピンの異なる使用により4つのPCI Expressレーンを提供する。[ 32 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]
下記の表は、関連するコネクタの互換性をまとめたものです。
SATA Express のデバイス レベルの下位互換性 は、従来の SATA 3.0 (6 Gbit/s) ストレージ デバイスを電気レベルと必要なオペレーティングシステムサポートの両方で完全にサポートすることで保証されます。機械的には、ホスト側のコネクタはUSB 3.0と同様の方法で下位互換性を維持します。新しいホスト側の SATA Express コネクタは、従来の SATA デバイスを受け入れることができる通常の SATA 3.0 (6 Gbit/s)ポートである 2 つの従来の標準 SATA データ コネクタの上に追加のコネクタを「積み重ねる」ことによって作られます。[ 2 ] [ 13 ]正式にはホスト プラグとして知られるホスト側の SATA Express コネクタのこの下位互換性により、従来の SATA デバイスを SATA Express コントローラを搭載したホストに接続することが可能になります。
ソフトウェアレベルでの下位互換性は、SATA ストレージ デバイスにしかアクセスできないレガシー オペレーティングシステムおよび関連するデバイス ドライバ向けに提供されており、オペレーティングシステムの観点から見えるレガシー論理デバイス インターフェイスとして AHCIコントローラ インターフェイスのサポートを維持することによって実現されます。論理デバイス インターフェイスとして AHCI を使用するストレージ デバイスへのアクセスは、SATA SSD と PCI Express SSD の両方で可能なので、NVMe をサポートしていないオペレーティングシステムは、オプションで PCI Express ストレージ デバイスをレガシー AHCI デバイスであるかのように操作するように構成できます。[ 8 ]ただし、 PCI Express SSD で使用する場合、 NVMe は AHCI よりもはるかに効率的であるため、AHCI を使用して PCI Express ストレージ デバイスにアクセスする場合、SATA Express インターフェイスは最大のパフォーマンスを発揮できません。詳細については、上記を参照してください。
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