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目次

概要
  シリアル アーキテクチャ:将来のHDDテクノロジ
    Serial ATAテクノロジ
  Serial Attached SCSIテクノロジ
  まとめ

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Serial ATAテクノロジとSerial Attached SCSIテクノロジ


Serial ATAテクノロジ

 
SATAは、ATA 133を超えるパラレルATAの速度の向上を阻む電気的なシグナリング、ケーブリング、およびデータ堅牢性の問題に対応します。SATAは、より低いシグナリング電圧、エンド ツー エンドのデータ保護、ホットプラグ機能、およびコネクタ ピン数の減少(結果としてケーブルが薄くなり、配線が簡単)を実現しています。SATA仕様は、SATA 1.0、SATA IIフェーズ1、およびSATA IIフェーズ2の3つのパートでリリースされています。SATA 1.0は、パラレル テクノロジからシリアル テクノロジへの移行を表します。SATA IIフェーズ1は、低コスト サーバとネットワーク ストレージ市場のニーズに対応する機能を追加しています。SATA IIフェーズ2は、データ転送速度を300MB/sに向上させるとともに、以下に説明する拡張機能を追加しています。
 

SATA 1.0


SATA 1.0仕様は2001年8月にリリースされ、ANSI T13に組み込まれました。この仕様は、帯域幅の増大と、パラレルATAアーキテクチャに関連する設計上の問題の緩和に焦点を当てています。Serial ATAは、最大帯域幅1.5Gb/sまたは20%のエンコーディング オーバヘッドの影響を含めて150MB/sで導入されています(「8b/10bエンコーディング」を参照)。表1に、その他の重要な変更点をまとめます。

表1. パラレルATAとSATAの比較
 
 

パラレルATA

Serial ATA

帯域幅 133MB/s 150MB/s
電圧 5V 250mV
ピン数 40 7
ケーブル長 45.7cm(18インチ) 100cm(39インチ)

SATA 1.0は、パラレルATAに代わるものとして設計されていますが、これはデスクトップの要求に対応することを意味しています(ノンホットプラグ)。Serial ATAは、旧来のUltra ATAとハードウェアの互換性はありません。しかし、ATAプロトコルとは完全な互換性があり、したがって既存のATAドライバともソフトウェアの互換性があります。以下に、主要なハードウェア コンポーネントを説明します。

主要なコンポーネント
SATAコントローラは、マザーボードに組み込むことも(図7)、またPCI拡張スロットにプラグ接続することもできます。SATAコントローラにはいくつかポートがあり、デバイス接続や外部接続に使用できます。

SATAは、パラレルATAの40ピン コネクタと18インチ長の幅広リボンケーブルを、7ピン コネクタ(4本の信号線と3本の接地線)と最大1m長の小径ケーブルで置き換えます。細いケーブルによって、エアフローと配線が改善します。

SATA 1.0は、パラレルATAのマスター/スレーブの概念を捨て、ケーブルごとに1デバイスだけを許可しています。システムは、これをマスターATAデバイスと解釈します(図8)。これらのポイント ツー ポイント接続によって、各ドライブは、最初に他のデータ トラフィックがクリアされるのを待つことなくコントローラと通信できます。

また、SATAは、7/8インチ幅、15ピン、単一列の電源コネクタを備えています。電源コネクタはホットプラグ機能を備えており、マシン全体の電源を切断することなく、ドライブを交換できます。

図8. Serial ATAコントローラは、各ポートに1デバイスを接続し、ポイント ツー ポイント接続を構成します。
  図8. Serial ATAコントローラは、各ポートに1デバイスを接続し、ポイント ツー ポイント接続を構成します。

SATAコントローラは、エクスパンダ(低コストのスイッチ)を使用して、単一ポートから複数のターゲット デバイスに「広がる」ことができます(図9)。

図9. SATAエクスパンダによって、多数のデバイスへの接続が可能になります。
  図9. SATAエクスパンダによって、多数のデバイスへの接続が可能になります。

PCにとって有用なこれらの機能にも関わらず、SATA 1.0仕様には、ある種のサーバやネットワーク ストレージ アプリケーションで必要とされる高度な機能のサポートが欠けています。

SATA II


SATA IIは、SATA 1.0の仕様が進化した最初のものです。SATA II仕様は、2つのフェーズで開発されています。2002年10月にリリースされたSATAフェーズ1仕様は、サーバとネットワーク化されたストレージ アプリケーションに関して、SATAデバイスの能力を向上させています。2004年にリリースされる予定のSATAフェーズ2仕様は、すべてのSATA市場セグメントに対するシグナリング速度を向上させます。

パフォーマンスの向上
SATAフェーズ1は、ネイティブ コマンド キューイング、アウト オブ オーダ実行と配信、およびデータ スキャタ/ギャザー リストを備えています。

  • ネイティブ コマンド キューイングでは、ハード ドライブは、プロセッサからデータに対する複数の要求を受けた後、スループットを最大にするようにこれらの要求の順序を並べ直します。SATA IIハード ドライブは、CPUの支援なしで要求をキューに入れたり、実行したりできます。
  • アウト オブ オーダ実行と配信では、実行リソースを可能な限りビジーに保ちます。ネイティブ コマンド キューイング モデルでは、この機能によって、コマンドが要求したデータの後半部分を、データの前半部分より前に配信して実行できます。コマンド内のアウト オブ オーダ データ配信が望ましい場合には、ノンゼロ バッファ オフセットのサポートが必須です。
  • データ スキャタ/ギャザー リストは、ダイレクトメモリ アクセス(DMA)エンジンが、転送バッファ全体が入ったメモリ領域を探索するのを支援するデータ構造です。仮想メモリ マッピング メカニズムでは、バッファが非連続な複数の物理メモリ ページに渡って分散するので、この支援が有効です。
SATAフェーズ2では、データ転送速度が、3Gb/sまたは20%の8b/10bエンコーディング オーバヘッドで300MB/sに向上します。

下位互換性
SATA IIは、オープン スタンダード環境で開発されているわけではありません。これは、SATA運営委員会(推進委員)によって管理されています。SATA IIの高度な機能では、オペレーティング システムとドライバ サポートのアップデートが必要です。SATA IIデバイスはSATA 1.0と下位互換がありますが、データ速度はSATA 1.0の150MB/sのみとなります。また、SATA 1.0デバイスは、Serial ATA IIホストでも動作します。

SATAの位置付けとロードマップ
SATAは、デスクトップに必要な信頼性、機能性、およびパフォーマンスを低コストで提供することから、その前世代機能であるパラレルATAと同様にデスクトップ市場の主流になると考えられます。インタフェース機能が限定されること、および典型的なドライブ メカニズムの信頼性が低いことから、SATAの主な使用分野は、PCデスクトップ、ノートブック、ミッション クリティカル以外のサーバ ストレージ、およびコンシューマ、ゲーム、ビデオ レコーディングなどの新興市場になります。

SATA 1.0 HDDの「ブリッジ」ソリューションが、2003年の末から出荷されています。SATAブリッジHDDでは、SATAからPATAに変換または「ブリッジ」するアプリケーション固有の内蔵回路(ASIC)が必要となり、デバイスのコストが上昇するとともに、パフォーマンスが若干制限されます。第2世代のSATA HDDは、ASICインタフェースを内蔵しています。SATA 1.0コントローラとHDDは、2004年の上期に製品発表しています。SATA光学デバイスは、1年以上遅れる可能性があります。ホットプラグやネイティブ コマンド キューイングなど、SATA IIフェーズ1の機能は、2003年の下期から提供される第2世代のデバイスを対象としています。シグナリング速度3.0Gb/sのSATA IIフェーズ2デバイスは、2005年を目標としています。

 


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