SATA Express（Serial ATA Express）とは？その機能と互換性は？

SATA Expressの概要

SATA ExpressはSerial ATA Expressの略で、非公式にSATAeと略されることもあります。コンピューターバスインターフェイスとして、SATA Expressは、もともとSATA 3.2仕様で、標準化されたシリアルATA (SATA)とPCI Express (PCIe)ストレージ デバイスの両方をサポートします。

ホスト側で使用されるSATA Expressコネクタは、標準的なSATAデータコネクタと下位互換性があります。また、ストレージデバイスとの純粋なPCI Express接続として、2つのPCI Expressレーンを提供します。

歴史

SATAはSSDのインターフェースの一つですが、ハードディスクに求められるインターフェースの高速化に伴い、SATAの速度向上が求められています。SATAインターフェースの設計者は、高速化のためのさまざまな方法を検討した結果、SATAインターフェースを本来の2倍の12Gbit/sに拡張するには2年以上かかり、非常に面倒であると判断し、SSD技術の発展とともにこの方式は排除されました。

最終的に、SATA Expressの設計者は、2013年に規格化されたSATA 3.2バージョンの一部として、PCI Expressを選択しました。SATA仕様を拡張する一方で、PCI Expressインターフェイスも同じ下位互換性のあるコネクタで提供されました。既存の技術を再利用することで、より高速な速度を実現できます。

発売

• 2013年12月、ASUSはIntel Z87チップセットを搭載した「Z87-Deluxe/SATA Express」マザーボードのプロトタイプを発表しました。
• 2014年4月、ASUSは、独立したスペクトラム拡散クロッキング（SRIS）を備え、セパレートリファレンスクロックをサポートする量産前のSATA Expressハードウェアも発表しました。
• 2014年5月、SATA ExpressとM.2の両方をサポートするIntelのZ97チップセットとH97チップセットが発売されました。後者は、コンピューター内蔵の拡張カード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。
• 2014年8月下旬、Intel X99チップセットが発売され、SATA ExpressとM.2をサポートするようになりました。
• 2017年3月上旬、AMD Ryzenが発売され、付属のX370、X300、B350、A320、A300チップセットを使用し、AMD Socket AM4プラットフォームにSATA Expressのネイティブサポートがもたらされました。

特徴

SATA Expressインターフェースは、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)ポートを同じホスト側SATA Expressコネクタ(同時に両方ではなく)を介して公開するため、PCI ExpressとSATAストレージデバイスをサポートします。公開されたPCI Expressレーンは、追加のバス抽象レイヤーなしで、ホストとストレージデバイス間の純粋なPCI Express接続を実現します。

PCI Expressを選択すると、複数のチャネルと異なるバージョンのPCI Expressを使用することにより、SATA Expressインターフェイスの性能を拡張することもできます。つまり、PCI Express 2.0を2レーン使用することで1000MB/s（2×5GT/s rawデータレート、8b/10bエンコーディング）の総帯域を確保でき、PCI Express 3.0を2レーン使用することで1969MB/s（2×8GT/s rawデータレート、128b/130bエンコーディング）の帯域を確保できます。一方、SATA 3.0の6Gbit/sのRaw帯域幅は、実質的に600MB/sに相当（6GT/sのRawデータレート、8b/10bのエンコーディング）します。

コネクター

SATA Expressのコネクタは、位置や用途によって5種類に分類されます。

• ホストプラグは、マザーボードや追加コントローラーで使用されます。このコネクタは、従来の標準的なSATAデータケーブルに対応しており、ホストプラグで最大2つのSATAデバイスを接続できます。
• ホストケーブルレセプタクルは、SATA Expressケーブルのホスト側にあるコネクターです。このコネクタは下位互換性がありません。
• デバイス ケーブル レセプタクルは、SATA Express ケーブルのデバイス側コネクタであり、SATA デバイスを収容することで後方互換性を持たせることができます。
• デバイスプラグは、SATA Expressデバイスで使用されます。SATA ExpressデバイスをU.2バックプレーンやMultiLink SASレセプタクルに接続できるようにすることで、コネクタは部分的に下位互換性があります。ただし、この方法で接続されたSATA Expressデバイスは、ホストがPCI Expressデバイスをサポートしている場合にのみ機能します。
• ホストレセプタクルは、バックプレーンで使用され、SATA Expressデバイスと直接組み合わせてケーブル不要の接続を実現できます。SATAデバイスを受け入れることで、このコネクタは下位互換性があります。

互換性

従来のSATA3.0（6Gbit/s）ストレージデバイスを、電気的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により、SATA Expressのデバイスレベルの下位互換性を確保できます。

最後に

上記、SATA Expressを紹介しました。この記事では、その歴史、特徴、コネクタ、互換性について詳しく説明しました。