Внешний интерфейс Serial ATA. Первые факты об еще необъявленном стандарте

Введение

В далеком прошлом остались первые робкие шаги интерфейса Serial ATA. Начав со спецификаций Serial ATA 1.0, для использования исключительно в качестве альтернативы устаревшему во всех отношениях параллельному варианту ATA, освоив по пути множество дополнительных возможностей, присущих, в том числе, исключительно серверным компонентам, в этом году новый последовательный интерфейс готов посостязаться в качестве интерфейса внешнего.

Действительно, решение о стандартизации Serial ATA в качестве единого порта для внешних и внутренних накопителей напрашивалось само собой: скоростные возможности интерфейса (даже первой редакции - до 150 МБ/с), помехоустойчивость интерфейсного кабеля, простота разводки и другие параметры рано или поздно должны были подсказать разработчикам SATA: пора действовать. А тут еще подоспела повальная мода на внешние накопители, где до сих пор проистекает явное и скрытое соперничество USB и FireWire. Хотя, противопоставление этих интерфейсов просто ничтожно перед возможностями Serial ATA. Например, производительность самых современных версий интерфейсов - USB 2.0 (480 Мбит/с) и FireWire (в варианте IEEE 1394b - до 800 Мбит/с), не идёт ни в какое сравнение с возможностями SATA 1.0 (теоретически - 1,5 Гбит/с).

Первое явление народу официальных спецификаций нового стандарта начнется совсем скоро, в дни первого весеннего форума IDF 2004. Впрочем, больших откровений в эти дни никто не ожидает, поскольку сама идея поддержки внешних устройств была заложена в стандарт загодя, и лишь сейчас дело дошло до реальных шагов по ее реализации. Первые рабочие демонстрации внешнего интерфейса Serial ATA, тогда еще на базе черновых спецификаций от SATA II Working Group (Serial ATA II Cables and Connectors Volume 2) были проведены компаниями Maxtor, Silicon Image и Comax, в дни осеннего IDF 2003. При этом использовался винчестер Maxtor DiamondMax SATA, PCI-SATA мост SiI 3112 SATALink и прототип внешнего экранированного SATA кабеля от Comax.

Основную информацию по еще не опубликованным спецификациям внешнего стандарта SATA до начала IDF Spring 2004 можно почерпнуть из презентации "Knut Grimsrud - Intel, Serial ATA 3 Gbps and Next Frontier", сделанной 18 сентября 2003 года на Intel Developer Forum, или из книги того же Кнута Гримсруда под названием "Serial ATA Storage Architecture and Applications: Designing High-Performance, Cost-Effective I/O Solutions", которую уже сейчас можно свободно приобрести или полистать в интернете. Внимательно рассматривая слайды прошлогодней презентации, можно обнаружить недвусмысленное упоминание о вариантах внешнего интерфейса Serial ATA, а также его четкое наименование.

Первое поколение SATA – "Gen1", в двух уже существующих вариантах Gen1i и Gen1m (фактическое различие – в уровне сигналов), как и первая версия второго поколения, Gen2i, поддерживают работу исключительно со внутренними устройствами. Однако, варианты, помеченные как Gen1x/Gen2x, являются именно реализациями внешней версии SATA.

Теперь, по пунктам, очертим круг главных вопросов, которые составляют особенности реализации внешнего интерфейса Serial ATA.

Принципы, заложенные еще в первые спецификации физического уровня Serial ATA, позволяют, как известно, использовать сигнальный интерфейсный кабель Serial ATA длиной до 1 метра и подключить внешнее устройство. Последовательным поставщиком внешних контроллеров и накопителей псевдо-Serial ATA можно назвать компанию HighPoint, которая весь прошедший год совершенствовала свою серию e.SATA. Среди устройств HighPoint e.SATA можно найти отдельные контроллеры и комплекты из контроллеров, кабелей и соответствующих внешних накопителей. Выгода от применения PCI карты образца RocketRAID 1542 вполне существенна, поскольку покупатель получает сразу четыре Serial ATA канала (2 внутренних и 2 внешних) с поддержкой горячего подключения и функций RAID 0, 1, 0/1, JBOD под ОС Windows 9x/ME/NT4.0/2000/XP, Red Hat, SuSE, Turbo, Caldera Linux и FreeBSD. Для тех, кто уже имеет материнскую плату с интегрированным контроллером SATA, HighPoint предлагает простой комплект из планки с разъемами для подключения внешнего кабеля Serial ATA.

Еще один вариант реализации поддержки SATA извне был разработан компанией Gigabyte, которая поставляет с некоторыми своими современными материнскими платами дополнительный кабель и специальную планку с выведенными на нее двумя разъемами SATA и разъемом питания.

Жаль, но такой подход совершенно не регламентируется стандартом, и вопросы работоспособности целиком и полностью остаются на совести производителя такого нестандартного устройства. В качестве примера возможных осложнений при эксплуатации внешних устройств, подключенных с помощью "внутренней" версии Serial ATA, можно привести хотя бы то, что стандарт не рекомендует перемещение и встряхивание интерфейсного кабеля во время работы. Сигнальный уровень, приемлемый для внутренних устройств, требования по экранированию кабеля не могут обеспечить требуемый уровень помехозащищенности при работе с внешним устройством, а относительно хлипкий разъем, применяемый совместно со внутренними устройствами, вовсе не выдерживает никакой критики, задумай кто-то эксплуатировать его со внешними накопителями.

Сама жизнь подталкивает к выводу о том, что для нормальной работы внешнего интерфейса SATA нужны другие уровни сигнала, плюс более длинный, более качественно экранированный интерфейсный кабель с совершенно новым надежным типом разъема.

Сигнальный уровень

Основную разницу между физическими уровнями разных внутренних и внешних версий стандарта прекрасно иллюстрирует нижеприведенный слайд:

Такова цена увеличения длины кабеля и работы в более сложных условиях: для устойчивого обмена данными сигнальный уровень передающей части внешних версий стандарта пришлось, как минимум, удвоить, в то время как приемная часть осталась фактически без изменений, лишь значительно увеличен верхний предел рабочей амплитуды. В то же время заметным образом вырос допустимый разброс амплитуд: если в версии Gen 1i он нормировался в рамках 400 – 600 mVppd, то для Gen1x и Gen2x, соответственно, составляет 800 - 1,600 mVppd.

Длина и характеристики внешнего кабеля

Справедливости ради стоит отметить, что качественный экранированный кабель не помешает и для подключения внутренних SATA накопителей. Одним из самых первых разработчиков, обративших серьезное внимание на характеристики кабелей, стала компания Western Digital, которая и сейчас поставляет на рынок кабель собственной разработки, WD SecureConnect.

Требования, изложенные в спецификациях "Serial ATA II Cables and Connectors Volume 2", гласят, что длина кабеля для внешнего подключения SATA устройств не должна превышать 2 м, а сам кабель должен содержать дополнительно интегрированный сигнальный канал для координации работы до четырех внешних устройств. Предполагается, что такая схема последовательного подключения будет наиболее востребована в промышленных и серверных устройствах, например, для организации подсистем RAID.

Серьезные изменения коснулись вида и типов разъемов, которые будут применяться совместно с внешними Serial ATA устройствами. В целях усиления защиты от электромагнитных помех (EMI, ElectroMagnetic Interference) и электростатических разрядов (ESD, ElectroStatic Discharge), серьезное внимание уделяется экранировке. Значительно усилены требования к механическим характеристикам разъемов. Разнообразие кабелей и разъемов нового стандарта определяется вышеупомянутой поддержкой многоканальных интерфейсов.

Часть спецификаций, относящаяся к многоканальному режиму подключения внешних накопителей, пока остается неопубликованной. Впрочем, требования нового стандарта будут базироваться на спецификациях SFF-8470 (Small Form Factor 8470), разработанного и используемого при разработке решений InfiniBand и Fibre Channel. Схожие решения, кстати сказать, разработаны и будут внедряться для более серьезных и требовательных решений стандарта Serial Attached SCSI. В этом отношении, поддержку внешних устройств стандарта Serial ATA можно назвать в некоторой степени подмножеством вопросов, поставленных и решенных для формирования стандарта Serial Attached SCSI.

Судя по данным, уже представленным компанией Comax Technology - производителя кабельной продукции и по совместительству, одного из разработчиков стандарта, общие требования к кабелям Serial ATA выглядят так:


Впрочем, как раз с технологией изготовления кабелей для поддержки внешних устройств SATA проблем нет. Несмотря на высокие требования, стандарта, на сайте компании Comax Technology уже красуется несколько типов таких кабелей, а сама компания гарантирует, что ее изделия способны обеспечить пропускную способность вплоть до 4,5 Гбит/с.

К сожалению, в отличие от более гибкого стандарта USB, кабели внешних SATA устройств являются исключительно информационными интерфейсами, питание таких накопителей будет осуществляться отдельно и стандартами не регламентируется. Вся остальная информация, включая показ действующих образцов нового стандарта, появится не ранее первого дня весеннего IDF, то есть, 19 февраля 2004 года.