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| SATA技术的现况与发展 |
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【作者： Tracy Bowden, Jayme Bruno】2004年05月05日 星期三
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IT基础建设决策持续受到技术迅速变迁、控制成本压力、储存大量数据需求、规范数据存取及保存新法规等因素所影响。因此企业必须采用并建置持续演进的解决方案，例如Serial ATA（SATA），以确保数据的可用度。SATA为取代Parallel ATA（PATA）成为新一代实体储存接口技术，目前已奠定一套长达十年的发展蓝图，能配合数据传输与储存方面的需求，提供重要的扩充能力、价位、效能、可靠度及各种接线组件。
SATA 的优势
由于SATA与PATA在软件上有百分百的兼容性，因此用户在升级时无需更换现有的趋动程序与操作系统。此外，由于具备统合的功能与用途，使许多产业观察家对此项技术抱持极高的兴趣。
SATA 透过一套点对点的接口（免目视链接或热机插拔），将硬盘机、DVD、CD-RW刻录机等储存装置链接至主板，不须在同一条扁平电缆上设定master 或slave。免目视的接线模式能简化安装程序，使任何链接埠上的任何扁平电缆都能连上任何磁盘驱动器；热机插拔功能使您不需关机就能拔掉故障的磁盘驱动器；SATA的直接链接模式亦可协助用户不须调整终端设定及主板上的跳线。
SATA的另一项优点是细小的扁平电缆；比PATA还要细的扁平电缆能提高机壳内部的空气流通效率，且有助于辨识支持SATA接口的装置。更细、更长（最长可达1公尺）的扁平电缆可协助业者不须设定master/slave即可开发出更多样化的机壳，因此在相同的实体空间内可装入更多容量的储存装置。较细的扁平电缆亦能简化安装程序，不必再扭弯ATA扁平电缆以便挤进狭小的空间，也不必担心损坏扁平电缆接脚。
SATA支持较低的电压，故能降低针脚数及主板上组件占用的空间，帮助业者开发出较小的机壳。SATA扁平电缆减至7根针脚，远低于40针的PATA，而较低的电压亦可使SATA能配合愈来愈小的半导体制程尺吋。
随着SATA持续演进与发展，所有主要硬盘机厂商皆已采纳SATA技术，因此产品能提供更具竞争力的价位；SATA 与PATA之比较如(表一)。
| 《表一 SATA 与PATA之比较》 |
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| 比较 |
PATA |
SATA |
SATA优点 |
| 传输速度 |
3MB/s至133MB/s(Maxtor) |
150MB/s 至600MB/s |
6倍的效能；生产力 |
| 电压 |
5伏特 |
250 mV |
较低的耗电率，较低的发热；适合行动环境 |
| 扁平电缆与链接器 |
18吋，80针链接器，40针的扁平扁平电缆 |
最长1公尺，细小且可挠曲的扁平电缆，4组讯号针脚 |
更容易链接扁平电缆；改进机壳内的散热气流 |
| 热插入 |
没有制定标准 |
支持且有制定相关标准 |
正常运作时间；数据可用度，不中断的商务运作 |
| 链接模式 |
共享(Master/Slave) |
点对点 |
消除master/slave的混淆；提升效能 |
SATA 应用概况
目前ATA是大多数低级服务器与工作站市场的主流技术，而SCSI则主宰企业服务器市场，因此SATA选择以多阶段建置模式抢攻市场。SATA I规格属于「初期采用阶段」，磁盘驱动器供应量有限，且大多数用户来自桌面计算机、白牌工作站及入门级服务器市场。SATA II 将分成多个阶段，包括抢攻入门级服务器市场及网络链接储存（NAS）和机架型设备市场的「接纳阶段」，以及继续支持服务器、NAS及储存局域网络（SAN）等环境的「成长阶段」。
要建构一套安全的信息应用环境，常见的作法就是运用磁盘阵列（RAID）技术。RAID通常应用在大型文件服务器，例如交易或应用服务器；此类系统对于数据存取能力的要求非常严格，且需要具备容错功能。现今RAID应用于各种桌上型平台，以支持计算机辅助设计（CAD）及多媒体编辑与录放等功能；此类应用更需要快速的数据传输速度。建置RAID时，SCSI是大多数IT组织优先选择的互连技术，因为SCSI具备高可靠度、高效能，且能有效保护关键数据并带来可观的应用价值。SCSI和ATA都正朝向串行化技术（SAS）方向发展，在SATA与SAS产品开始大量问世时，用户将可针对本身独特的储存需求，选择最适合的解决方案。
SATA RAID控制器可以是硬件也可以是软件，在需要简化组态及追求更高单位成本容量的储存环境中，客户可搭配使用序列ATA与RAID技术，建构出企业级数据储存解决方案，将最新的储存技术应用在最前线。(表二)为目前市面上SATA RAID控制器之比较。
| 《表二 目前市面上SATA RAID控制器之比较》 |
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| SATA 链接埠 |
RAID Levels |
锁定的市场 |
| 2 至4 |
RAID 0,1,10 (仅支持4个链接埠) |
-桌面计算机 |
| -工作站 |
| -低级服务器 |
| 4 |
RAID 0,1,5,10 |
-服务器 |
| -NAS 装置 |
| 6,8,12 或更多 |
RAID 0,1,5,10,50 |
-服务器 |
| -NAS 装置 |
| -机架型储存装置 |
要建构一套企业级序列ATA系统，可直接使用各厂商推出的全套式解决方案，但前提必须先评估各厂商的产品以选择适合的方案。降低SATA系统建构成本的方法就是采用内建6个链接埠的半高型控制器。在此类控制器上连接6颗SATA硬盘机即可建置出数terabytes的储存容量，并大幅提升传输速度。
另一个值得注意的重点就是使用的机壳。有些机壳可安装6组磁盘驱动器，有些机壳则适合5.25吋或2.5吋的储存装置。因此最大的储存容量等于磁盘槽数（drive bays）×机壳数（enclosure）×磁盘容量（SATA）。相较之下，此类数据储存容量的成本会低于其它解决方案。
大多数的SATA半高型控制器可协助用户设定RAID levels（0、1、5、10或50）。不论采用可提供100％数据冗余性的RAID 1、最高数据流量但无容错能力的RAID 0、或结合两者的RAID 模式，都能建构出一套互赢的储存解决方案。
此外，内建电池备份单元（BBU）SATA控制器也值得一提。BBU提供备用电池，当控制器遭遇电源中断的状况时，控制器可使用备用电池的电力将高速缓存中的数据储存至磁盘。在发生电源中断的状况时，BBU能将储存在快取中的数据保存一段时间当电源回复正常时，数据就可以储存至磁盘驱动器。这种模式能强化数据的保护效果，尤其是在RAID 5的应用。
SATA 的限制
对于SATA储存解决方案是否能达到150 MB/s的传输速度，大部分的专家认为虽然在理论上确有可能，但实际上却很难达到。不过，如果使用前面讨论的解决方案，数据的传输速度就能达到倍增。此外，目前的磁盘制造商所推出的低价位IDE/SATA机种也尚未能在速度、可靠度、机械零组件等级等方面提供各种企业级的功能。
虽然SATA与PATA之间具有软件兼容性，但SATA与现有的ATA装置间缺乏完善的回溯兼容性，在从PATA转移至SATA系统时，则必须更换硬盘机、扁平电缆及链接接口。
另一项限制就是现有的SATA储存解决方案无法支持所有的储存应用。因为现有的SATA磁盘缺乏智能型功能来执行SCSI具备的指令排序作业（每个逻辑单元能排序256组指令），所以SATA规格并无建置包括侦测错误等先进的SCSI协议功能。例如，若散热风扇故障让机体温度超过磁盘驱动器能够运作的上限时，磁盘驱动器本身也不会发出声响或视觉的警报。
新世代的SATA II
SATA II 将提升SATA I的功能与效能，并维持兼容性与成本上的优点。SATA II 在第一阶段将支持背板互连功能，使用多颗磁盘驱动器支持热机插拔、原生指令排序、乱序执行／资源供应及在各种扁平电缆与背板链接装置中的储存数据。此阶段亦将为各个领域提供机壳管理 （风扇管理、磁盘灯号、温度控制、新增装置通知等）功能，其中包括入门级服务器、NAS、以及机架型系统等市场。而为了充份运用主机带宽，链接埠扩充器将增加对多重装置链接的支持（最多达15组），使机壳内能有足够SATA接头能扩充储存容量。
SATA II在第二阶段将完成来自PATA的转移，在随后的成长阶段将继续把传输速度提升至每秒3.0 gigabits（300 MB/s）。用户将能享受3.0Gb/s的指令排序功能，以及在服务器、NAS、储存局域网络（SAN）环境中运用Active-Active拓扑模式。
结语－SATA RAID控制器的未来
SATA II 规格（包括机壳管理）及PCI-X是新一代SATA RAID控制器的趋势；这些关键技术将使SATA RAID能直接提供SCSI RAID的功能，并突破IDE RAID的固有领域。其它功能包括错误修正码，其所产生的冗余信息可用来侦测与校正储存或传输数据的错误。
尽管在经济发展缓慢的环境中，IT预算仍持续紧缩，但业者仍可在最低的成本下达到维持高正常运作时间与数据回存保护的目标。运用发展前景稳定且能满足企业与市场需求的SATA，将是未来成功的关键。
（作者任职于LSI Logic RAID储存配接器部门）
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