Serial ATA

Serial ATA

www.net130.com     日期：2006-4-1    浏览次数： 1639

 

 

PC处理能力的增强带来了其应用范围的扩大，对存储设备接口的要求也水涨船高——至少，仅靠廉价是不行了。

Serial ATA（SATA）的串行点对点连接在保持廉价特色的同时突破了PATA的局限：简直是串行接口必备的LVDS（低电压差分信号）技术将连接距离提高了一倍，1米的长度完全能够满足PC机内存储的要求；每个端口可连接的设备数目虽然从2个减少 为 1个，但小巧的连接器却让同样面积所能容纳的端口数量成倍增加，结局不言自明；点对点连接构成相对先进的星形拓扑，可以显著改善并发操作能力。在发展空间 上，令PATA难以逾越的150MB/s（1.5Gb/s，8b/10b编码）只是SATA的起步带宽，后续将会提高到300MB/s和600MB /s（下图）。

SAS和SATA的发展路线图

尽管SATA与（并行）SCSI相比仍存在全方位的差距，但已不像PATA那么明显，SCSI阵营对此焉能视而不见？何况并行SCSI继续发展的潜 力也很有限，步ATA的后尘转向串行是迟早的事。Serial Attached SCSI（SAS）吸纳SATA的物理层设计是一大妙招，然而怎样运用同样的串行点对点连接营造出比SATA更为复杂的拓扑结构，从而满足企业级存储系统 对性能、可靠性和可用性的要求，难度也是显而易见的。

SAS不仅是在SATA的物理层上执行SCSI命令集那么简单，它还具备FC（Fibre Channel）的某些特性，这使其超越了SATA和（并行）SCSI的范畴（表1）。

表1：SATA、SAS和FC-AL主要特性对比

双端口  SAS的数据帧基于FCP（FC Protocol），还对SATA的物理层进行了增强——（在外围设备端）添加第二端口支持，形成符合高可用性要求的双端口（dual port）。

全双工  并行ATA和SCSI都是发送和接收共用一组数据线，因此发送和接收不能同时进行，即所谓的半双工（half duplex）；SATA数据线由两条传送方向相反的差分信号对（LVDS，共4根）组成，发送（Tx）和接收（Rx）各走一路，为全双工（full duplex）提供了物理上的可能。不过，SATA在一对信号线上传送数据的同时需要用另一对信号线返回流控(flow control）信息，所以仍然是半双工；SAS则将一路数据所需的流控信息与反向传送的数据混合在一起，从而能在同样的数据线上实现全双工（下图）。

SAS的全双工工作示意图

宽链接  物理链接（physical link）是SAS中的一个基础概念，一条物理链接包括两对差分信号线（Tx和Rx，即一条SATA线缆），传输方向相反，在两个物理Phy之间形成通 路。两个SAS端口之间可以建立起由多个物理链接构成的wide link（图4），相应的端口也被称做wide port，可以表示为N-wide link和N-wide port，N取值在1～4之间，代表物理链接的数量。1-wide link/port即narrow link/port，这方面的典型例子是硬盘，双端口意味着两个独立的narrow port（虽然规格中并没有将硬盘端口严格限定在1-wide，但单个物理链接所能提供的带宽已经明显超出硬盘的内部传输率，还可以降低成本和设计复杂 性），不能配置成一个2-wide port（2宽度端口）。

宽链接和宽端口

类似于PCI Express（×1～×32），SAS支持宽链接的主要出发点是获得成倍的带宽，这种并联的方便性显然要拜串行技术所赐。

带宽  或许是考虑到2004年第一批SAS产品问世时SATA很可能已推出3.0Gb/s的第二代规格，SAS 1.0/1.1采取了直接支持3.0Gb/s并向下兼容1.5Gb/s的策略。Marty Czekalski承认，包括7月8日T10会议上LSI Logic与Maxtor联合演示系统在内的某些初期原型产品的确运行在1.5Gb/s，但都是在FPGA和现货供应PHY（物理层）芯片基础上开发的， 预计2003年年底将会有采用完全集成3Gb/s PHY芯片和ASIC设计的设备出现，并逐渐被业内接受。

量产的SAS设备会具有每端口3Gb/s的数据速率，SAS协议还允许全双工操作，这意味着一台双端口驱动器能够达到12Gb/s的峰值吞吐率（理 论上限，持续时间取决于驱动器内部结构和缓存带宽），而4-wide port(4宽度端口)更可以获得24Gb/s(合2.4GB/s)的带宽——超过PCI-X 2.0。

连接距离  为了提高连接距离，SAS发送和接收信号的电压范围都比SATA大为提高（表2）。在具体的连接距离指标上，最初宣称是10米，新的资料则是大于6米（外 部线缆），似乎与信号速率从1.5Gb/s提高到3.0Gb/s有关。需要指出的是SAS规范里面并没有严格限定线缆长度，而是靠发送水平和接收敏感度来 考察，（制造商）通过检测线缆特性来判定其所能达到的距离——高质量线缆可以连接得更远，当然成本也更高。现在SAS线缆连接距离的要求已经提高到8米 （制造商仍可以花费更多，用更高质量的线缆求得更长的距离），通过3个扩展器（Expander）之后，SAS的连接距离能够超过32米，与 Ultra160/320 SCSI的12米（15个设备）或25米（点对点）相比虽没有明显优势，但也足以应付机内存储设备连接和近距离DAS的要求了。

表2：SAS和SATA物理层的兼容性