Serial ATA: первые признаки жизни

Разговоры о новом интерфейсе Serial ATA, эволюционно идущем на смену нынешним повсеместно распространенным интерфейсам Parallel ATA (UltraATA/100, /133 и т.п.), ведутся уже давно. Достаточно сказать, что мы подробно писали о нем более двух лет назад (см. www.computerra.ru/offline/2000/354/3815), финальная спецификация первой версии этого интерфейса, Serial ATA 1.0, была принята 29 августа 2001 года (см. www.serialata.org/collateral/index.shtml), а подробное руководство по дизайну устройств для Serial ATA 1.0 (см. www.serialata.org/collateral/zipdownloads/10Gold_Supp.zip) было выпущено 5 апреля этого года - почти сразу после весеннего Intel Developer Forum. Между тем, воплощение Serial ATA в новых устройствах - в первую очередь, накопителях на жестких магнитных дисках и дисковых контроллерах на системных платах - не спешило добраться до потребителей. Первая ласточка появилась лишь этим летом, когда Seagate объявила о выпуске новых дисков Barracuda ATA V, часть из которых оснащено этим новым интерфейсом. Однако диски те мы ждем и по сей день. Обещаниями кормят и другие дискостроители (Maxtor, IBM, Western Digital).

Не утруждают себя спешкой с выпуском контроллеров и производители чипсетов для материнских плат: у многих из них новые чипсеты со встроенным Serial ATA запланированы к выпуску лишь на конец этого года (например, южный хаб ввода-вывода ICH5 у Intel в чипсетах серии Springdale и южный мост SiS965 у компании SiS). То есть в данный момент фактически лишь производители дискретных чипов контроллеров ATA могут представить на суд свои изделия для Serial ATA - это Promise, High Point, Marvell и некоторые другие. Впрочем, Promise и High Point по многолетней традиции всегда первыми выпускали контроллеры для очередных новых версий ATA-интерфейсов (UltraATA/66, /100, /133), поэтому чипы для Serial ATA не стали исключением.

В этой статье мы рассмотрим первые серийные экземпляры контроллеров Serial ATA на популярных материнских платах. Благодарить за почин следует компанию ASUSTeK, недавно выпустившую несколько системных плат нового поколения, например, P4B533-VT на чипсете i845G и P4S8X на чипсете SiS648 (эти платы мы подробно рассмотрели ранее в статье на www.ferra.ru/online/system/19470), отличительной особенностью которых является, в частности, наличие наплатного контроллера нового ATA-интерфейса (наряду со старыми Parallel ATA). Поскольку нынешние чипсеты не оснащены Serial ATA, инженеры ASUS использовали отдельные чипы контроллеров для этого интерфейса, причем различные. Это даст нам возможность взглянуть на Serial ATA с разных сторон. Но прежде, чем перейти непосредственно к рассмотрению новых железок, вспомним кратко основные особенности нового интерфейса, с которым нам предстоит работать последующие примерно лет 10, а может и больше.

Немного теории

Подробно предпосылки и предысторию возникновения интерфейса Serial ATA, а также его базовые характеристики были рассмотрены нами ранее, поэтому, чтобы не повторяться, отсылаем вас к статье на www.ferra.ru/online/storage/6926. Детальные спецификации версии 1.0 этого интерфейса желающие могут изучить, например, на официальном сайте www.serialata.org в 307-страничном документе по линку www.serialata.org/collateral/zipdownloads/SerialATA10Gold.zip, а также на сайте developer.intel.com. Здесь же мы просто перечислим основные отличия нового последовательного интерфейса от старого параллельного и коснемся основных принципов и путей его реализации в «железе».

Прежде всего, кабель у нового интерфейса принципиально отличается от прежнего 40- или 80-жильного широкого плоского: количество сигнальных проводов кабеля сокращено до четырех (есть еще и земля), и до метра увеличена его допустимая длина. Это способствует более компактной упаковке и лучшим условиям охлаждения внутри корпуса компьютера, удешевляет конструкцию. Тут компактные семиконтактные разъемы соединяются узким уплощенным кабелем шириной примерно 8 мм и толщиной около 2 мм (см. фото). Внутри кабеля Serial ATA находятся 2 пары сигнальных проводов (одна пара на прием, другая - на передачу), отделенных тремя жилами общего провода («земли»). На разъеме, расположенном на дисках и материнских платах, три «земляных» контакта выступают чуть дальше сигнальных контактов, чтобы облегчить «горячее» подключение (предусмотрено «горячее» подключение накопителей по Serial ATA без специальных адаптеров).

Еще одно преимущество Serial ATA - бОльшая полоса пропускания, чем у Parallel ATA. Первая версия интерфейса Serial ATA обладает пропускной способностью до 1,5 Гбит/с (это около 150 Мбайт/с для полезных данных против 100-130 Мбайт/с у параллельного интерфейса). Однако в дальнейшем второе и третье поколение Serial ATA (примерно через 3 и 6 лет) увеличат скорость до 3 и 6 Гбит/с соответственно.

Кроме того, поскольку к каждому кабелю Serial ATA может быть подключен только один накопитель (к параллельным можно подключать два накопителя одновременно), то запас скорости интерфейса сейчас кажется очень большим. Действительно, если нынешние IDE-винчестеры со скоростью чтения полезных данных с пластин до 50 Мбайт/с практически насытили интерфейс UltraATA/100 (два таких диска на одном IDE-шлейфе уже не могут сосуществовать без теоретической потери скорости, поскольку реально UltraATA/100 дает примерно 90 Мбайт/с потоковой пропускной способности) и подступили вплотную к пределу интерфейса UltraATA/133, то добираться до 150 Мбайт/с одиночным дискам придется еще очень долго (по прикидкам - примерно лет 5, а то и больше), то есть даже первой версии Serial ATA обеспечена долгая жизнь. К тому же соседство на одном шлейфе больше не будет мешать дискам в силу устранения латентностей шины IDE на переключение между соседними устройствами, что также должно повысить скорость работы дисков в компьютерах при грамотной реализации контроллеров на системных платах.

Улучшено и электрическое обрамление интерфейса: теперь вместо более 20 пятивольтовых линий (а пятивольтовые сигналы в современных системах нередко требуют усложнения и удорожания схемотехники, поскольку большинство нынешних цифровых микросхем уже работают при более низких напряжениях питания) используются всего две дифференциальные линии с перепадом уровня всего 0,5 вольт, а это отлично согласуется с современными интегрированными решениями.

Еще одной важной особенностью Serial ATA является то, что изменения архитектуры интерфейса лежат только в области физического интерфейса, а по регистрам и программному обеспечению он будет полностью совместим с нынешним параллельным ATA. Поэтому не будет необходимости кардинально менять драйверы. Более того, в некоторых случай новых драйверов для Serial ATA вообще не потребуется (!): архитектура Serial ATA прозрачна для BIOS и операционной системы. Кроме того, Serial ATA (в отличие от параллельных ATA) обладает средствами исправления ошибок (по ECC), и целостность передаваемых по кабелю данных будет гарантироваться.

Обратная совместимость последовательного ATA с параллельным будет реализовываться двумя способами: объединением чипсетов, поддерживающих параллельный ATA-интерфейс, с дискретными компонентами, реализующими Serial ATA физически, и применением адаптеров (dongles), превращающих параллельную шину АТА в последовательную, и наоборот (см. блок-схему).

На схеме показаны 4 основных варианта реализации интерфейса Serial ATA. Первый - классический. Контроллер Serial ATA напрямую связан с диском Serial ATA. Второй вариант предназначен, главным образом, для самого начального этапа внедрения нового интерфейса, когда есть отлаженные контроллеры UltraATA/100 (и аналогичные) и диски с таким же интерфейсом, и можно их связать по Serial ATA, если с двух концов поставить соответствующие чипы-трансляторы (dongles, эти чипы НЕ требуют специальных драйверов). Оставшиеся два варианта - более поздние периоды адаптации (перехода) к Serial ATA от Parallel ATA, когда одно из устройств уже Serial ATA, а другое еще нет. В этом случае один транслятор интерфейса выполняет нужную работу. В настоящее время нам наиболее близки варианты «2» и «4» (именно их мы и рассмотрим в этой статье), хотя с появлением дисков Serial ATA вернемся к остальным вариантам.

Теперь посмотрим, как исполнены контроллеры Serial ATA на материнских платах ASUS P4B533-VT и P4S8X.

ASUS P4B533-VT

На этой плате реализован классический вариант внешнего транслятора с параллельного ATA на последовательный (варианты 2 и 3 на блок-схеме выше). На предпродажном сэмпле платы P4B533-VT присутствовал двухканальный IDE-RAID-контроллер UltraATA/133 на чипе Promise PDC20276 - два двуканальных порта Parallel ATA. К первому ATA-порту этого контроллера (голубой IDE-разъем) подключены два моста-транслятора из параллельного ATA-интерфейса в интерфейс Serial ATA, выполненные на чипах 88i8030 от Marvell (на фото). И рядом с ними размещены два семиконтактных порта (разъема) Serial ATA. Благодаря этому плата приобрела дополнительную гибкость в использовании, поскольку можно подключать либо до 4-х дисков UltraATA/133 в RAID-контроллер (на два параллельных шлейфа), либо использовать primary-канал для двух дисков Serial ATA, а secondary-канал - в то же самое время для прежних дисков.

При этом точно так же можно организовывать RAID-массивы (вариант такого подключения показан на фото ниже).

Разумеется, в данном варианте исполнения первичный IDE-порт RAID контроллера можно использовать либо для параллельного (синий разъем на плате), либо для последовательных подключений (совмещать их не получится). Между тем, в пресс-релизе по поводу выхода этой платы указан чип Promise PDC20376, совмещающий один канал параллельного ATA с двумя портами Serial ATA. Именно такой вариант и применен на следующей плате ASUS - P4S8X.

ASUS P4S8X

Помимо двух стандартных «чипсетных» портов UltraATA/133/100/66/33 на плате установлен новейший чип Promise PDC20376 с поддержкой одного двухканального порта параллельного UltraATA/133 (на фото - синий «боковой» справа) и двух портов Serial ATA (SATA 150, по бокам от чипа Promise на этом же фото), причем для всех них (промисовских портов) возможны функции IDE RAID 0 и 1 (для SATA-дисков в том числе). То есть в этой плате разработчики обошлись уже без хабов-трансляторов на чипах 88i8030 от Marvell, использовав сразу свежее интегрированное решение.

При инсталляции плат требуется лишь разрешить работу контроллера Serial ATA в BIOS Setup (имеется ввиду только случай трансляторов на чипах Marvell). А под Windows вообще никаких дополнительных драйверов, кроме драйверов самого контроллера Promise, не требуется (хабы-трансляторы 88i8030 даже не видны как дополнительные устройства).

Испытания

Работу интерфейса Serial ATA мы проверили при помощи платы-конвертора интерфейсов ASUS P-SATA (на фото ниже) на нескольких современных дисках с параллельным интерфейсом. Эта плата питается от стандартного питания +5 и +12 В (разъем питания как у флоппи-дисковода) и является двухсторонним транслятором интерфейсов, то есть может работать и как «левый», и как «правый» dongle на блок схеме выше.

В данном случае, мы использовали его только как «правый» dongle, то есть подключали его к винчестеру c UltraATA-интерфейсом, а к нему, в свою очередь, подключался кабель Serial ATA, идущий от системной платы ASUS P4B533-VT или P4S8X. Никаких принципиальных различий в работе дисков от разных производителей с конвертором ASUS P-SATA замечено не было, то есть можно заключить, что конвертор прекрасно совместим со стандартным UltraATA-оборудованием.

К сожалению, работа Serial ATA по варианту «2» блок-схемы на сэмпле платы ASUS P4B533-VT проходила не очень гладко: интерфейс начинал работать, можно было измерить его полосу пропускания (см. скриншот программы HD Tach 2.61) и даже иногда отформатировать диск, однако дальше тесты прогнать не удавалось, поскольку при последующих обращениях к испытуемому диску система часто зависала.

Спишем это на сырость сэмпла и будем надеяться, что в серийном варианте платы проблем не будет. Тем более, то совершенно никаких проблем с работой Serial ATA не было на плате ASUS P4S8X: все тесты проходили без сучка и задоринки, диск работал совершенно так же, как если бы он «сидел» на параллельном интерфейсе.

Правда, производительность винчестера при таком подключении немного падала по сравнению с UltraATA/100 (см. диаграмму) - вероятно, из-за дополнительных небольших задержек, вносимых чипом-транслятором от Marvell. Однако замедление диска в тестах было не очень существенным и почти незаметным для реальной работы. Зато простору в корпусе явно прибавилось!

Производительность Serial ATA и UltraATA/100 в тестах с диском IBM Deskstar 120GXP. Процессор Intel Pentium 4 2,53 МГц на плате ASUS P4S8X с 512 Мбайт системной памяти DDR333.

Таким образом, новейший интерфейс Serial ATA вполне уверенно подает первые признаки жизни в реальных пользовательских системах, а компания ASUS фактически первой стала оснащать свои платы этим перспективным интерфейсом со скоростью передачи 150 Мбайт/с. Вместе с тем, применение Serial ATA вряд ли оправдано совместно с прежними UltraATA-дисками, поскольку прироста скорости при этом не наблюдается (даже скорее наоборот), требуется дополнительный адаптер, а плюсы неочевидны. Поэтому рассчитывать на Serial ATA имеет смысл только, когда выйдут новые модели винчестеров с Serial ATA. Там уже прибавка скорости может появиться, тем более, что многие фирмы заявили, что их диски с Serial ATA будут обладать буфером объемом 8 Мбайт. С нетерпением ждем-с!