打開PC機殼，相信最紊亂、最礙眼的必然是磁碟機排線，尤其以UltraATA排線為最。在UltraATA33時，為40條，但自UltraATA66後，卻開始改為80條。每一條線路旁多增一條接地線路，以降低並列傳輸時的串音干擾（Cross Talk），為得是使傳輸能夠再加速。不過高達80條平行傳輸線路，再加上兩個ATA傳輸通道（Channel）各用上一條排線，排線幾乎佔據機內的大半空間，不僅造成機內保養維修時的困擾，在平日運作時也會阻礙機內氣流流通，使電子系統因升溫而增加不穩性。

不過，這樣的問題即將解決。由APT、Dell、Intel、Maxtor、Seagate等業者所聯合提出的新磁碟介面標準︰SerialATA，不但能解決上述的困境，同時又能夠讓ATA介面的效能速度再次提升，並還補強了過往道統ATA所缺乏的諸多功能。

SATA標準及架構介紹

目前以並列模式傳輸的UltraATA在速度上已達到極限，UltraATA/133勉強算是終極之作，其速度最高為133MB/Sec。不只是UltraATA有困難，就連UltraSCSI也有類似的困境。ATA、SCSI目前皆為16-bit並列傳輸，SCSI自8-bit擴增寬度至16-bit，但未來兩者都沒有朝更大資料寬度發展的想法。因為並列寬度增加，串音干擾問題也就愈嚴重，且愈難控制掌握。如此必須投注更多的心力去研發，但效率提昇卻有限，而原有以SCSI、ATA建立的軟體、韌體都必須改寫才能適用。

相對來說，整體若改以串列方式運作，不需改變任何實體線路，也不用改變任何韌體、軟體，只要加快運作時脈便可獲得加速。其研發的心力小，變革的衝擊也少，但提昇幅度高，所以這也是現今所有匯流排技術的發展走勢，ATA只是其一。其他包括SCSI、PCI也都有類似的方向，如SCSI自並列的8-bit/16-bit轉為串列（Serial Attached SCSI，SAS），PCI也從32-bit/64-bit轉成串列（PCI Express，PCI-E），如今UltraATA則也轉為SerialATA。為了跟傳統ATA有所區別，以往用並列傳輸的ATA被區別稱呼成Parallel ATA（PATA），新的串列傳輸的ATA則名為SerialATA（SATA）。

SATA是具長期性、階段性的新介面。第一代的SATA在傳輸上被稱為1X，提供1.5Gbps的速度；下一代為2X，達3Gbps；第三代為4X，預計達6Gbps。不過Intel工程師認為至4.5Gbps以上將會有技術方面的困難，可能需要更換傳輸介質或其他方式才能達成。上述的速度為實驗室的進度，實際商品化的進度仍在1X階段，並積極取代現有的PATA。

SATA是由Intel於2000年時，所提出的概念，並於2001年正式提出1.0規格。到了2002、2003年時，相關支援的硬體開始出現，包括介面卡及硬碟。然而，SATA的規格進展相當快速，2002年便有了SerialATA 2.0的提案。於2004年5月，Dell、Intel、Maxtor、Seagate、Vitesse Semiconductor Corp.等五家業者聯合提出SerialATA II，雖然這次少了APT，但卻多了Vitesse的加入。

雖然在SATA 1.0標準中，已對2X有些許指示，但SerialATA II卻有更完整的描述，且同時增加了一項新的加速功能，即「指令佇列（Command Queuing）」。過去ATA的傳輸都是逐一依序傳遞、解析、執行ATA指令，而SerialATA II的Command Queuing則允許一次接收大量的ATA指令，並同時打破依序，可改變指令的解析、執行順序，藉此讓整體傳輸再獲得加速。不過此一功能的應用，必須是同時有新支援的SATA介面控制晶片和新支援的SATA硬碟才行。

《圖一　Adaptec公司推出的SerialATA介面卡，提供2個內接SATA 1X埠<資料來源：Adaptec.com>》

SATA與其他匯流技術比較

首先，PATA的排線長度僅18英吋（約46公分），而SATA 1.0可至1公尺，SATA II甚至希望到2公尺，如此可以有限度地用於機外連接，比起傳統PATA完全只供機內連接之用，更具方便性。其次，PATA不具熱插拔（Hot Plug）能力，運作中硬碟不可拔出，而SATA 1.0就具備熱插拔的功能。除了主運作硬碟外，其餘都可在開機狀態下進行抽換、置換。

此外，PATA僅兩組通道，每組通道提供Master、Slave兩種裝置身份辨識，最多可連接4個裝置。SATA則是採取一對一連接，每一通道上為單一裝置，沒有Master、Slave的身份組態、衝突、爭搶頻寬等問題。且只要晶片組支援，可持續增加更多的SATA連接介面及連接裝置數，目前已達到2 - 4個的水準，未來必可超越PATA。而部分以SATA實現的磁碟陣列卡，則是達到8 - 12個SATA通道。

比較特別的是，SATA不僅傳輸線路與過往的PATA不同，連供電線路也不相同。SATA的傳輸線路為7線，其中3線為接地（亦有防止串音干擾之效）。另外4線則兩兩成對，形成「傳送」及「接收」各1-bit的單向通道，以差動電壓方式進行傳輸，而傳統PATA16-bit是雙向傳輸。

至於SATA與PATA在供電上有何不同？過往的PATA為4pin：12V、GND、GND、5V，而SATA多了一個3.3V，這主要是因應現有硬碟上的晶片（如數位信號處理器DSP、硬碟控制器Disk Controller、介面控制器Interface Controller、緩衝記憶體Buffer等）多已使用3.3V運作，過去的5V送至硬碟上也多半還要降壓才能使用。如今此一降壓程序，則轉交給電腦的供電器（交換式電源供應器）負責。

也因此，SATA的供電線路改成15pin接頭，接地佔5線。3.3V、5V、12V各佔3線，以及一個保留線（針腳、腳位）。

《圖二　SerialATA的資料傳輸線（左，7pin），以及電源供應線（右，15pin）<資料來源：SerialATA.org>》

受到SATA的刺激後，SCSI陣營也積極將SCSI進行串列性轉化，此新規格稱為SAS（Serial Attached SCSI）。不過進度必然落在SATA之後，預計取代現有並列式SCSI，如此末代的並列SCSI便可能是Ultra320 SCSI（320MB/Sec）。初版的SAS預計達3Gbps，數年內的提昇目標希望達12Gbps，亦具有Command Queuing能力（達256階）。

SAS的接線長度雖可達8公尺，但與傳統SCSI相比就稍遜色，因傳統SCSI最多可到12公尺。另外，SAS也允許一個裝置同時連接多條SAS埠來增快速度，可平行擴至4 - 8個，而非強制一個裝置僅一個連接。甚至還有業者提出用SAS來相容SATA傳輸、運作的方案（如Adaptec公司）。其作法是實體連接上統一採行SAS，但指令與資料傳輸上可選擇SAS或SATA，藉此省去維護兩種不同實體接線、組件的麻煩。

1.5Gbps＝150MB/Sec嗎？

許多規格書寫到Fibre Channel的1Gbps傳輸，通常也會等同寫成100MB/Sec（或100MB/s、100MBps），而SerialATA也雷同，有時會將1.5Gbps寫成150MB/Sec，這是何故呢？若按學理，1Byte=8bits，1000/8=125，應當寫成125MB/Sec才是，為何是100MB/Sec？少去25MB的原因何在？

其實，PATA的40pin中除了16pin的資料線外，其餘的24pin有許多電源線、接地線，及諸多的控制線路。這些控制線路傳輸著控制性質的信號和資料，與實質傳輸資料各別獨立傳輸。然而在PATA換成SATA後，實質傳輸資料與控制資料混在同一個串列傳輸通道上傳遞，自然也要佔去部分的通道頻寬，因此無法以學理的「除8」折算，而是概略地以「除10」來計算。概估多出20%的控制傳輸，或其他的非實質資料信號（如同步信號）。

事實上USB即是如此，在USB v1.1的12Mbps頻寬中，控制用的封包就佔去10%，只剩10.8Mbps可運用。而在連續傳遞6個相同位元時，為了怕長時間傳遞相同的信號造成解讀偏誤，也會摻入1個反相位元以求同步，此同步位元也不具實質資料的傳遞意義。

SATA之應用價值與未來可能發展趨勢

首先，SATA既然多了外接、熱插拔等能力，那麼原有的外接介面：1394、USB也必然受脅。雖然1394已從1394a（400Mbps）提昇至1394b（800Mbps），或USB從1.1（12Mbps）提昇至2.0（480Mbps），但仍不敵SATA 1X的1.5Gbps，更何況未來還有3Gbps、6Gbps。筆者推估1394a/b將因SATA 1X與USB 2.0的夾擊，成為第一個褪去的標準。

接著則是SATA與USB對抗，現階段USB的普及度遠勝SATA，且接線較長（每段5公尺），然在未來iPod、PMP/PMC等硬碟型娛樂裝置不斷地普及下，此類裝置有可能會省去USB，直接用SATA與PC連接，但這還要數年的考驗才能作得到。

其次，PATA在現有低價的伺服器（Slim Server、Blade Server）、低價的儲存設備（初階NAS）上已相當普及，未來也將持續在「價格效能比」上加碼，選擇升級使用SATA。包括正要興起的iSCSI，亦會積極採用SATA。

最後，在1999年以前，ATA介面都是要透過PCI橋接後，才能與處理器、記憶體連接。而當時的PCI普遍為32-bit、33MHz，頻寬僅132MB/Sec。此規格組態下連接一個UltraATA/66通道還可行，但若連接兩個便有爭搶總體I/O頻寬的問題。不過Intel於810晶片組使用Hub Link（HL）後，此一問題才獲得解決，但Hub Link專屬於Intel的架構（Intel Hub Architecture，IHA），其他晶片組業者無法使用。

AMD隨後提出Hyper Transport，雖然較Hub Link開放，但僅能用於晶片間的傳輸，並無插槽型態。以至於產業界才提出更廣泛、共通的新高速介面標準：PCI Express（PCI-E），藉此讓SATA與PCI-E接軌，並移除SATA未來傳輸加速發展的阻礙。而在PCI-E未普及前，SATA只能持續與Hub Link、HyperTransport連接、或與較少運用的PCI-66MHz、PCI-64bit、PCI-X等高速延伸介面連接，以減緩頻寬受限的情形。

《圖三　SAS（Serial Attached SCSI）的平行連接傳輸<資料來源：Adaptec.com>》

總結

SATA是為了要加快ATA傳輸速度應運而生的標準，它不僅讓ATA的速度加快了許多、距離延長了許多。且也刺激了其它傳輸標準的研發速度，如PATA、S-SCSI等。目前有許多伺服器級的系統在運用SATA的技術，而市面上也可以見到許多針對企業與個人所推出的SATA硬碟，相信不久後，會完全取代Ultra ATA的市場，成為硬碟的標準。

延 伸 閱 讀

眾所周知，SATA硬碟除了性能好，硬體連接相對簡單，還具備並行IDE硬碟所不支援的熱插拔功能，用來做外置移動硬碟更為合適。本文介紹幾種讓SATA硬碟移動起來的方案。相關介紹請見「不用買移動硬碟了 讓SATA硬碟移動起來！」一文。 本文文對硬碟的使用注意事項作了比較詳細的說明，但也有些問題並未涉及（如在SATA硬碟上恢復Ghost鏡像檔）。筆者在實際使用過程中獲得了一些經驗，並以華碩P4P800主板安裝一塊SATA硬碟為例，供使用SATA硬碟的朋友參考。你可在「再談SATA硬碟使用」一文中得到進一步的介紹。 Serial ATA（SATA）的硬碟推出至今已有一段的時間了，四大硬碟廠商也都各自擁有自己的SATA產品。目前SATA硬碟的市價已降到和PATA(即俗稱的IDE硬碟)幾乎零差距。在這個情況下，使用者在採購硬碟時，到底要選擇SATA亦或傳統的PATA硬碟呢？在「換上SATA硬碟吧！」一文為你做了相關的評析。

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