SSD: vývoj, technologie a budoucnost

Rozhraní SSD, aneb SATA už nestačí

Stejně jako se musely použít nové způsoby pro komunikaci mezi operačním systémem a SSD, tak se dnes už musí použít i nová rozhraní. To ovšem ne pouze kvůli tomu, že nestačí prostá datová propustnost rozhraní Serial ATA, ale také proto, že toto rozhraní nedokáže využít předností moderních SSD, jako je schopnost zpracovávat více příkazů najednou. Opět zde tedy narážíme na minulost, tedy to, že se počítalo s pevnými disky a rozhraní SATA není schopno v současné podobě uspokojit nároky rychlých SSD.
První SSD v moderním pojetí, které jsme mohli na PC sehnat, využívaly ještě rozhraní Paralel ATA s dobře známými kšandami. My jsme si některé takové sami vyzkoušeli v testu SSD vs. HDD: vítězové a poražení? z roku 2008, přičemž v té době na tom SSD obecně ještě nebyla s výkonem tak dobře, aby ve všech případech dokázala využít propustnost rozhraní PATA na maximum. Byly tu samozřejmě modely jako Intel X25-M, který byl schopen využít i rozhraní SATA 3 Gbps, pro které byl určen.

Další verze rozhraní SATA s teoretickou propustností 600 MB/s byla vypuštěna hned v příštím roce, ovšem netrvalo dlouho a objevily se modely SSD, které začaly narážet na hranice tohoto rozhraní. Mezi nejlepšími byl opět Intel, který představil řadu SSD 510, jejíž modely dokázaly dosáhnout propustnosti přes 500 MB/s, a to už je blízko k cca 560 MB/s, kde se pohybuje maximální propustnost všech modelů SSD pro SATA 6 Gbps už od doby známých kontrolerů řady SandForce SF-2200. Jedno z prvních SSD, které takový využilo, je například OCZ Vertex 3.
Rozhraní SATA 6 Gbps je i dnes stále aktuální, a to z několika důvodů. Jednak běžným uživatelům často bohatě stačí úložiště, jehož přenosové rychlosti se pohybují až mezi 500 a 600 MB/s, a to zvláště těm, kteří byli doposud zvyklí na pevné disky. Moderní a rychlá SSD pro rozhraní PCI Express (a ta, která z něj vychází) jsou dnes stále ještě drahá, však za hubičku ještě nejsou ani běžná SSD pro SATA, když tedy srovnáme cenu za gigabajt s pevnými disky. Situace se ale postupně zlepšuje a doufejme, že ceny rychlých SSD půjdou dolů s rozmachem nových rozhraní.

Moderní náhrady za SATA jsou ale ještě poměrně mladé a nabídka rychlých SSD je malá, což je spojeno právě s cenami. Proč by si tedy uživatel kupoval 3x dražší SSD kvůli tomu, že bude v některých případech 3x rychlejší, když to třeba ani ve výsledku nebude poznat? Pokrok ale pochopitelně nezastavíme, takže jaká rozhraní budeme využívat pro připojení dalších generací SSD?

M.2, SATA Express a NVMe

Když chtěli výrobci dříve u SSD pro PC překonat limity rozhraní SATA 6 Gbps, zbývalo jim jediné, využít rozhraní PCI Express, které dokáže ve verzi 3.0 přenést cca 1 GB/s na linku. Objevily se tak SSD karty jako např. testovaný OCZ RevoDrive 350 s propustností až 1,8 GB/s. Takové karty ale běžně využívají můstek mezi rozhraním PCIe a běžnými SSD kontrolery, které jsou se svými paměťmi zapojeny třeba po čtyřech v RAIDu, a mohou tak kombinovat svůj výkon. Nejde zrovna o elegantní a ani levné řešení, ale jiná cesta nebyla.
Dnes už jsou ale aktuální rozhraní SATA Express a M.2 (dříve NGFF), která představují budoucnost pro rychlá SSD. Daleko lépe si tedy stojí M.2, pro něž dnes už běžně najdeme na našem trhu příslušná SSD, ať už tedy dokáží či nedokáží využít jeho přednosti ve vysoké propustnosti. Zato rozhraní SATA Express se stalo běžnou součástí již desek s čipsety Intel 9 Series z minulého roku, a přitom jsme se dosud nedočkali konkrétního a dostupného modelu SSD. Jistou naději sliboval letošní veletrh Computex, na němž byly představeny už desky s čipsety Intel 100 Series, které běžně mají dvě nebo i tři rozhraní SATA Express. Když jsme se ale zaměřili na to, zda bude toto rozhraní konečně v dohledné době využitelné, objevili jsme prototyp disku WD pro SATA Express nebo přední panel pro vyvedení rozhraní USB 3.1 pomocí tohoto rozhraní. Přitom už mají nové desky další generaci SATA Express, která má propustnost již 16 Gb/s a ne pouze 10 Gb/s.

Vypadá to tedy, že se výrobci moderních a rychlých SSD budou spíše orientovat na rozhraní M.2, které dokáže dnes nabídnout podstatně vyšší propustnost než SATA Express, ačkoliv začínalo také na 10 Gb/s. Dnes už ale mohou M.2 nabídnout 4 linky rozhraní PCI Express 3.0, což činí dohromady 32 Gb/s. Krom těchto linek může M.2 pracovat i s rozhraním SATA 6 Gbps a USB 3.0 (2.0), takže může hostit i SSD s běžnými kontrolery pro rozhraní SATA a případně také různá další zařízení jako moduly s Wi-Fi, Bluetooth, WiGig, NFC, atd.
Samsung je pak jeden z mála výrobců, který nabízí SSD pro M.2 schopné poskytnout datovou propustnost nad hranicí propustnosti SATA 6 Gbps. Dokonce vysoko nad, protože pokud Samsung SM951 zapojíme do slotu s PCI Express 3.0, můžeme očekávat přenosové rychlosti 2150 MB/s a 1550 MB/s při čtení a zápisu.

A jak do toho všeho zapadá NVMe (Non-Volatile Memory Host Controller Interface Specification)? Jde o nový standard nahrazující AHCI, které se pro SSD připojené přes rozhraní PCI Express nehodí, protože mu neumožní dosáhnout optimálního výkonu. Jde především o to, že AHCI umožní vytvořit jen jednu frontu s maximálně 32 příkazy (od toho známé testy s Queue Depth 32). NVMe ale umožní vytvořit až 65536 front, každou se stejným počtem příkazů, aby se maximálně využila schopnost paralelizace a nízké latence moderních SSD. Zmíněné SSD Samsung SM951 má tak s AHCI dosáhnout maximálně 130.000 IOPS, zatímco s NVMe to je až 300.000 IOPS, čili tento standard se uplatní především při práci s více soubory najednou, zatímco na sekvenční operace nebude mít vliv.
No a aby to nebylo tak jednoduché, máme tu ještě další rozhraní - U.2 (ještě nedávno známé jako SFF-8639), které zpětně podporuje i SATA a SAS. Určeno je pro podniková SSD a jde také o rozhraní se čtyřmi linkami PCI Express 3.0 a podporou NVMe. U.2 je tedy taková podniková alternativa k SATA Express a kdo ví, možná ho časem vytlačí z trhu, zvláště když se výrobci zatím zdráhají SATA Express využívat, což v případě U.2 neplatí.