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SATA Revision 3.2技术浅析

2013-10-14丁泰勇《微型计算机》2013年9月下

micro SSD——新的嵌入式固态硬盘标准

M.2接口解决了诸如超极本、部分平板电脑等设备的存储问题,不过对一些嵌入式设备或者对体积极端敏感的设备来说,M.2还是太大了。因此S ATA-IO又推出了单芯片的microSSD标准,microSSD的体积大概和美分硬币相当,目前大可以集成128GB的闪存芯片。

SATA-IO公开的内容中,没有对microSSD有太多详细的介绍,如果要了解micro SSD的详细内容,需要付费25美元购买专业版。从技术角度来看,micro SSD应该是利用堆叠封装技术,将控制芯片和SSD颗粒封装在一起,从而制造超小体积的SSD芯片。这种技术目前应用并不是太多,而嵌入式设备由于其对体积的严格限制,所以不得不应用堆叠封装来同时实现高性能和大容量,其成本也应该是非常昂贵的。


microSSD体积对比图


SATA-IO设想的SATA USM的使用范围图

支持SATA USM的硬盘底座
支持SATA USM的硬盘底座

目前大部分SATA USM硬盘盒还需要转成USB才能使用,失去了其设计规范的意义。
目前大部分SATA USM硬盘盒还需要转成USB才能使用,失去了其设计规范的意义。

SATA-IO为目前的存储产品发展情况分类
SATA-IO为目前的存储产品发展情况分类

SSD的发展速度太快,SATA 6Gbps已经不能满足需求了。
SSD的发展速度太快,SATA 6Gbps已经不能满足需求了。

SATA USM——新的扩展接口

SATA USM不是什么新技术了,它的全称是SATA Universal Storage Module通用串行存储模块。在2010年左右,SATA-IO就提出了这项技术并在着手推广。SATA USM的技术早来源于希捷的GoFlex,一开始是只用于存储设备,后来被SATA-IO纳入旗下,作为通用数据接口推广。SATA-IO的目标是将其打造成为继USB、Lighting等接口后的另外一种通用传输接口。不过这项技术发展并不太顺利。主要原因除了SATA-IO推广乏力外,还有接口本身设计的问题,比如接口过长、过厚,不太适合在迷你型移动设备上使用。

SATA实际上已推出过多个通用数据接口,相比之前的接口方案,SATAUSM的特点在于自供电,因此不会像e-SATA那样还需要一条额外的USB供电线。它的接口分为两个部分,其中数据传输部分本身还是SATA的样式,此外还增加了独立的供电接口(与电源上扁平的S ATA供电线类似),这也导致SATA USM的体积变得比较大,特别是接口长度比较长,易用性有一定程度的降低。不过这样设计的好处也很明显,那就是SATA USM接口可以直接插接目前的硬盘并读取数据。从实际产品来看,SATA USM往往会搭配USB等接口使用,用作快速读取硬盘的设备接口,这和SATA- IO初设想中的通用存储理念还是背道而驰了。

在新的SATA Revision 3.2中,SATA-IO进一步降低了SATA USM接口的厚度,从之前的14.5mm大幅度降低至9mm。更轻薄的接口能更容易的在各种设备上使用。不过受限于SATA USM的原理,它的接口长度没有太大变化。因此SATA USM的推广普及任务还非常艰巨。

SATA Express——专为SSD设计的高速接口

SATA Express实际上是SATA-IO组织着力推广的新接口。在SATA-IO编制的有关SATA Revision 3.2的PDF文章中,总共24页的PDF,介绍SATA Express就有13页之多,占比超过50%。不过从内容来看,SATA Revision3.2中SATA Express没有太多的新技术介绍,依旧是继承之前公布的相关接口设计、规范介绍等内容,新意不多。

由于之前本刊已经详细介绍过SATA Express的技术内容,因此这里只做一些简略介绍。

根据目前的情况,SATA-IO认为存储系统目前分为三个档次,分别是SSD、SSHD(就是混合硬盘)和HDD,这三个档次的产品价格和性能都是从高到低。不过,随着技术发展、更快速的闪存颗粒的诞生、更多的存取通道的加入以及更强大的控制芯片的研发,目前SSD的速度持续增长,SATA 6Gb/s已经满足不了SSD性能增长的需求了。但是如果要继续提升,将SATA接口的速度翻倍,则需要长的研发时间、更多的通道以及更高的电能消耗。与其如此,还不如直接使用速度更快、更成熟的PCI-Express通道来加强SSD的数据传输。SATA-IO认为,使用PCI-E通道的速度比SATA快,更多通道也能带来更广阔的扩展空间,并且能耗比相对SATA 12Gbps(如果有)而言更好。因此SATA-IO将目标瞄准了PCI-E,并将其作为未来的发展方向。

从性能角度来看,PCI-E 3.0x1单向有1GB/s的速度,双向就是2GB/s。与此对比,SATA 6G b/s只有0.6G B/s,而且PCI-E的扩展性可以让SATA Express使用多个通道来增强速度。因此,SATA-IO决定将PCI-E接口应用在磁盘接口上,这就是SATA Express。在这个基础上,SATA-IO开发出了SATA Express/AHCI和SATA Express/NVMe两种不同的规格,前者用于兼容性设计,完全兼容AHCI设备;后者是全新的驱动模式,用于新的SSD设备支持,以便释放更强大的传输性能。两类接口颜色、设计规范等也不尽相同,也不能互相插拔。这两种设备的大传输速度都可以达到2GB/s,远远超过目前的SATA 6Gbps,而且还会随着PCI-E技术的发展而不断进步。

目前S ATA- I O依旧在进一步调整SATA Express的接口设计,SATA Revision 3.2中只是更进一步提及了SATA Express的性能和技术设计等,估计还需要一段不短的时间,用户才能终看到S ATAExpress的设备上市。

SATA Express是解决这些问题的佳方案
SATA Express是解决这些问题的佳方案

不同类型的SATA Express接口
不同类型的SATA Express接口

功耗控制和其他技术

在SATA Revision 3.2中,SATA-IO还提及了一些别的技术:

Devisee[l1]:用于超极本等对功耗比较敏感的设备的节能设计,可以在深度睡眠下几乎直接关闭存储设备,功耗降至低;

Hybrid Information(混合信息):用于SATA主控芯片获取、控制数据线信息,进一步改善硬盘的性能。

Transitional Energy Reporting(过渡电能报告):这项技术用于向SATA控制器报告设备的详细工作信息,可以更精确的控制设备工作状态和进行电源管理。

Rebuild Assist(重建助手):提升重建RAID阵列数据时的速度。

总的来说,上述几项技术涉及的内容,都是对S ATA标准的补完和修正,真正大幅度改善传输性能的技术几乎没有。在物理设计没有突破的情况下,这些辅助性技术也只是聊胜于无,用于进一步加强目前磁盘的性能而已。

SATA Revision 3.2——SATA Express的开端

从上述内容来看,由于HDD目前的技术限制,因此S ATA接口已经几乎没有继续发展的必要了。

因此SATA-IO组织将重点转移到了SATA Express技术上,通过这项技术进一步延长SATA接口的寿命和效能。不过对复杂多变的存储市场来说,要设计出面向未来很长一段时间的通用接口,肯定不是一件容易的事情,SATA-IO在SATA Express上也“折腾”了很长时间,目前在SATA Revision 3.2正式提出这项技术(SATA Express也是SATA Revision 3.2的核心技术),算是为SATA Express的正式开启奠定了一个良好的基础。

接下来,SATA-IO在进一步完善SATA Express的同时,还将致力于SATA Express的商业化。作为存储业界唯一一个指定标准的组织,SATA-IO的标准推广在没有明显的竞争对手的情况下应该不是什么难题。只要SSD厂商决定采用新技术、英特尔、AMD等主板芯片厂商决定推广的话,SATA Express会很快成为市场主流。那个时候,用户就能享受到极速传输带来的速度快感了——启动电脑10秒、开启游戏5秒、瞬间拷贝文件……高速度带来高品质的生活,谁不希望呢?

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