O que é AHCI ou Advanced Host Controller Interface?

Ambientes de TI corporativos precisam funcionar 24 horas por dia e 7 dias por semana. Como tempo é dinheiro, cada segundo de inatividade significa a interrupção de aplicações, serviços e perdas financeiras.

Até um passado não muito distante, quando um disco rígido apresentava problemas, era necessário desligar o servidor para realizar a substituição, interrompendo todos os processos e operações que estavam em execução.

A introdução de controladoras SATA que utilizam o padrão AHCI marcou um avanço significativo na maneira como lidamos com nossos servidores e dispositivos de armazenamento de dados.

O que é AHCI?

AHCI (Advanced Host Controller Interface) é um padrão técnico desenvolvido pela Intel para que sistemas operacionais se comuniquem com dispositivos de armazenamento SATA. Em tradução livre, o termo significa "Interface avançada para controlar a comunicação com dispositivos de armazenamento".

Essa especificação técnica envolve hardware e software para padronizar a comunicação entre CPUs, sistemas operacionais e o hardware de armazenamento SATA, que inclui hard disks, sistemas de discos ópticos e módulos SSD.

Esse padrão é o sucessor do antigo formato PATA (Parallel ATA), também conhecido como IDE (Integrated Drive Electronics), usado até meados do ano 2000 para comunicação entre dispositivos de armazenamento e computadores pessoais.

A interface PATA/IDE possuía várias limitações como a baixa quantidade de dispositivos conectados (dois por canal) e a menor velocidade na transferência de dados.

Quando esse padrão de comunicação foi desenvolvido?

O padrão Advanced Host Controller Interface (AHCI) foi desenvolvido e publicado pela primeira vez pela Intel em 2004.

A tecnologia AHCI foi projetada com uma estrutura para oferecer aos sistemas operacionais uma visão uniforme e padronizada das unidades de armazenamento conectadas.

O novo padrão suporta funcionalidades como o hot swapping, ou seja, permite adicionar ou remover dispositivos sem desligar o sistema.

Além disso, o AHCI também incorpora a tecnologia NCQ (Native Command Queuing), que permite ao hard disk otimizar a ordem em que lê, recupera e grava dados.

Quais são as diferenças entre o padrão IDE e o AHCI?

O padrão PATA/IDE foi o padrão para conexão de dispositivos de armazenamento em computadores pessoais até a chegada do padrão SATA. O novo padrão trouxe inúmeras vantagens ao sistema:

Transferência de Dados: As interfaces PATA suportavam velocidades de transferência até 133 MB/s, que era suficiente para os hard disks da época, mas se tornou um gargalo com a chagada dos módulos SSD.

Em contraste, o protocolo AHCI permite velocidades de transferência de dados muito mais rápidas, começando em 150 MB/s para SATA 1.0 e chegando a 600 MB/s para SATA 3.0.

Número de Dispositivos: O padrão PATA permitia a conexão de apenas dois dispositivos por canal, limitando a maioria dos sistemas a um máximo de quatro dispositivos de armazenamento. Em contrapartida, AHCI suporta até 32 dispositivos por controlador.

Cabos e Conectores: O IDE/PATA usava cabos largos e conectores de 40 pinos, que eram difíceis de manejar e muitas vezes obstruíam o fluxo de ar dentro do gabinete.

O novo padrão usa cabos mais finos e conectores menores, que são mais fáceis de gerenciar e menos propensos a causar problemas.

Recursos Avançados: O antigo padrão IDE não suporta recursos avançados como Native Command Queuing (NCQ) e hot swapping, são suportados apenas pelo protocolo AHCI.

Quais são os equipamentos que usam essa tecnologia?

A tecnologia AHCI é amplamente utilizada para padronizar a comunicação entre servidores, computadores e outros sistemas computacionais com dispositivos de armazenamento como hard disks e módulos SSD. As principais aplicações do protocolo são:

Servidores: A tecnologia AHCI é comumente utilizada para fazer a comunicação entre servidores de entrada que usam hard disks ou módulos SSD do padrão SATA.

Esse padrão oferece recursos como o hot swapping, que permite substituir hard disks ou módulos SSD sem a necessidade de desligar o sistema.

Desktops e notebooks: Computadores pessoais que utilizam drives SATA também empregam o AHCI. Esta tecnologia permite que o sistema operacional se comunique eficientemente com hard disks internos.

Storages com vários hard disks: Em sistemas de armazenamento que utilizam múltiplos drives como storages NAS, o padrão permite que cada drive opere de forma independente.

Isso significa que os comandos podem ser enviados a um drive enquanto os outros estão ocupados, melhorando o desempenho geral do arranjo.

O AHCI é uma especificação de hardware ou de software?

O AHCI (Advanced Host Controller Interface) é, na verdade, uma especificação que envolve tanto hardware quanto software.

Em uma visão mais técnica, AHCI é uma especificação de hardware que permite que o software de um computador interaja com dispositivos de armazenamento Serial ATA (SATA).

Do ponto de vista de hardware, essa especificação é usada pelos fabricantes de discos e memórias SSD para que seus dispositivos de armazenamento SATA sejam compatíveis com computadores em geral.

Por outro lado, do ponto de vista de software, o AHCI é uma especificação usada pelos sistemas operacionais e drivers de dispositivos para a correta comunicação entre o hardware do computador e a unidade de armazenamento.

O padrão AHCI inclusive é suportado por muitos sistemas operacionais, incluindo todas as versões do Windows (a partir do Vista), sistemas Linux e macOS.

Essa compatibilidade permite a detecção e configuração de dispositivos de armazenamento como servidores, computadores pessoais e NAS domésticos que possuem esses sistemas operacionais.

Qual a relação entre a BIOS/UEFI e o AHCI?

A UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) é uma especificação que define uma interface de software entre o sistema operacional e o firmware do sistema.

Ela é a sucessora do BIOS (Basic Input/Output System), a interface de firmware tradicionalmente usada nos computadores pessoais.

A relação entre UEFI e AHCI (Advanced Host Controller Interface) ocorre porque a UEFI, assim como o BIOS, tem a capacidade de configurar a interface do controlador de armazenamento em um computador.

Em outras palavras, é no firmware UEFI (ou BIOS) que é possível definir se o controlador de disco usará o AHCI, IDE (Integrated Drive Electronics) ou arranjos RAID (Redundant Array of Independent Disks).

No caso do AHCI, que é um padrão projetado para dispositivos de armazenamento SATA (Serial ATA), ativá-lo na UEFI permite que o sistema operacional se comunique de forma mais eficiente com esses dispositivos.

O padrão AHCI e os sistemas de armazenamento SATA

A tecnologia AHCI é um fator determinante na evolução dos servidores e sistemas de armazenamento corporativos, incluindo os dispositivos conectados à rede como storages NAS.

Em particular, a funcionalidade de hot swapping trouxe um impacto significativo na maneira como os dispositivos de armazenamento são gerenciados em um ambiente NAS.

Os storages e ambientes multi-drives são projetados para fornecer espaço de armazenamento centralizado e compartilhar arquivos em uma rede local de computadores.

Porém, em cenários corporativos, muitos sistemas precisam funcionar 24/7, por isso a capacidade de substituir ou adicionar unidades de armazenamento sem interromper o serviço é essencial.

Antes, em ambientes compostos por interfaces mais antigas baseadas padrão PATA ou SCSI, a adição ou remoção de dispositivos de armazenamento frequentemente exigia o desligamento prévio do sistema, o que resultava em períodos de inatividade.

A introdução do padrão SATA resolveu essas dificuldades e possibilitou a construção de arranjos de disco projetados para operação 24x7, simplificando significativamente a operação e a manutenção em ambientes de datacenter.

O protocolo AHCI e a chegada do NVMe

Tanto o AHCI (Advanced Host Controller Interface) e NVMe (Non-Volatile Memory Express) são dois protocolos que definem a maneira como um sistema se comunica com o armazenamento conectado.

Embora ambos sejam usados para essa finalidade, eles foram desenvolvidos em épocas e com suporte a tecnologias diferentes, o que resulta em diferenças significativas entre eles.

O padrão AHCI foi desenvolvido quando os hard disks eram a principal forma de armazenamento para servidores, computadores pessoais e outros dispositivos.

Esse sistema foi idealizado para ser usado com a tecnologia SATA, que era a interface dominante para a maioria dos discos rígidos e SSDs entregues até poucos anos atrás.

Por outro lado, o protocolo NVMe foi desenvolvido especificamente para SSDs que usam exclusivamente as interfaces do padrão PCIe (Peripheral Component Interconnect Express).

Por isso, ao contrário de um SSD SATA, um módulo NVMe suporta várias operações ao mesmo tempo e proporciona tempos de latência reduzidos, quando comparados com dispositivos que usam o padrão AHCI.

Apesar das diferenças, a montagem de um NAS com SSDs e a utilização do padrão AHCI pode ser uma estratégia eficaz para muitos usuários.

Isso porque, apesar do padrão NVMe oferecer um desempenho superior, um NAS NVMe custa muito mais caro e os equipamentos baseados em AHCI suportam a maioria das aplicações necessárias para pequenas e médias empresas.

Quer saber mais sobre o assunto? Traga seu projeto e tire suas dúvidas. Somos especialistas em servidores, sistemas de armazenamento e backup.