Serial ATA zvýší rychlost a zredukuje náklady ukládání

Serial ATA je relativně mladým standardem hardwarového rozhraní pro pevné disky, které přináší množství zajímavý...


Serial ATA je relativně mladým standardem hardwarového rozhraní pro pevné
disky, které přináší množství zajímavých výhod, mezi nimi především vysoký
výkon, jednodušší kabelové propojení v rámci systému pro až 4 diskové jednotky
i nižší náklady v porovnání s rozhraním SCSI. SATA zařízení by měla navíc v
blízké budoucnosti přispět k redukci nákladů spojených s ukládáním dat v
oblasti serverů. Situace by se však ve prospěch nové technologie měla obrátit
zřejmě až s příchodem její další generace SATA II s tím, že první hardwarové
produkty založené na ní se objeví už příští rok.
Problémy s vyvážením nákladů a potřebné kapacity (či výkonu) firemních systémů
či zdrojů řeší pracovníci zodpovědní za IT každý rok. Většinou jde o to, že je
třeba zvýšit kapacitu systémů pro ukládání dat a ještě přitom utratit méně
peněz. Existuje několik cest, jak tohoto cíle dosáhnout, poslední dobou se však
začíná stále více mluvit o technologii, která by k jeho dosažení měla také
výrazně přispět, a to o Serial ATA, tedy sériovém ATA rozhraní. SATA je
označení pro nový typ I/O sběrnice, který právě bojuje o své místo na trhu a
důležitý je především fakt, že řešení pro ukládání dat založená na SATA by v
budoucnu měla přinést pokles cen za vysokokapacitní serverovou storage až o 60
%. Je třeba si jen chvíli počkat a počítat s určitou mírou rizika.

SCSI a ATA
Přidávání diskové storage do sítě je v podstatě velmi snadné: Stačí zasunout
box do racku, připojit jej k síťovému přepínači a zapnout. Jestliže uvažujete o
upgradu za účelem zvýšení kapacity pro ukládání dat a chcete přitom
minimalizovat náklady, nejlevnější cesta ke zvýšení kapacity je výměna disku
přímo uvnitř serveru.
V posledních letech využívaly disky jednoho ze dvou hlavních typů připojení k
základní desce. První z nich, paralelní SCSI sběrnice, je rychlá (v současnosti
nabízí přenos až 320 MB/s) a univerzální, avšak při připojení disku si musíte
poradit s jumpery, terminátory a 64pinovými plochými kabely. Vyšší náklady na
pořízení hardwaru založeného na technologii SCSI pak ovlivňují i celkovou cenu
zejména u kompaktních serverů.
Diskové jednotky, které využívají paralelní ATA rozhraní, jsou ve srovnání s
podobnými SCSI produkty o dost levnější, nicméně ATA jako taková je technologie
vyvinutá pro desktopové počítače ve srovnání se SCSI je z technického hlediska
poměrně primitivní a pomalá (i když tento handicap se výrobcům již téměř
povedlo eliminovat). Pokud jde ale o nasazení ve firemním prostředí, je třeba
zdůraznit, že ATA na rozdíl od SCSI není navržena pro pevné disky, které
umožňují hot-plug nasazení (tedy za běhu), což je v případě podnikových serverů
naprosto nezbytné. SCSI je tedy dražší, ale co se týká nasazení ve firemním
prostředí a v serverech, nikoliv bezdůvodně.
Standard SATA má proto v první řadě vyřešit nedostatky paralelního ATA rozhraní
a přitom zachovat jeho cenové výhody. Kromě redukce pinů potřebných pro fyzické
propojení eliminuje SATA i občas problematické schéma master/slave pro
připojování více disků, snižuje požadavky na spotřebu a zjednodušuje design
základních desek i řadičů. SATA kabely jsou tenké, kulaté a mohou mít délku až
jeden metr, zatímco ploché kabely paralelní ATA (se 40 piny) mohly mít délku
pouze něco málo přes 40 centimetrů. S dosažitelnou rychlostí 150 MB za sekundu
na disk (ve své první generaci) navíc SATA předčí poslední verzi svého
předchůdce, který zvládá maximálně 133 MB/s, i co do výkonu. Z hlediska
specifikace se tak SATA přibližuje SCSI a v některých ohledech jej i předčí. Je
však SATA připravena už dnes?

Nikoliv záměna
Na trhu je v současné době už dosti široká nabídka základních desek i PCI Card
řadičů, přední výrobci pevných disků (jako Seagate, Western Digital atd.)
nabízejí produkty podporující SATA za poměrně příznivé ceny. Firma 3Ware vyrábí
například i 12portový SATA RAID řadič se 33MHz 64bitovým PCI rozhraním. Co však
standardu SATA brání, aby bleskurychle převálcoval konkurenci, je fakt, že
nemůže jednoduše ve všech směrech nahradit SCSI ani svého předchůdce ATA.
SATA je rozhraní určené striktně pro pevné disky. U dalších typů zařízení pro
optická, pásková a výměnná média se s podporou SATA nepočítá. Sériová ATA není
zcela ideálně navržena vzhledem k designu "propojovací roviny" používané pro
interní disková pole s podporou hot-plug výměny. Jestliže systém obsluhuje 12
disků, bude zde třeba uspořádat 12 SATA konektorů a 24 samostatných kabelů
(datový a napájecí pro každý disk).
Výrobci disků mají jen málo pohnutek k tomu, aby se ve větší míře orientovali
na oblast Serial ATA zařízení zaměřených na podnikovou sféru. V průběhu roku se
objevilo množství SATA verzí dřívějších (resp. stále ještě prodávaných) ATA
produktů, avšak i nejlepší z nich mají co dělat, aby se v některých směrech
mohly srovnávat s produkty založenými na SCSI standardech. Některé z SCSI disků
jsou například speciálně navrženy pro nepřetržitý provoz a nabízejí přitom
5letou záruku. ATA jednotky jsou zpravidla postaveny pro menší zátěž, a to
reflektuje i jejich 3letá záruční doba (někdy jde dokonce stále jen o 1 rok).

Paralelní rozdíly
Serial Advanced Technology Attachment je tedy pomalu se rozšiřující standardní
technologie elektronických rozhraní, která překonává svého předchůdce Parallel
ATA poskytováním vyššího výkonu při zlomku nákladů ve srovnání s cenou
tradičních technologií pro ukládání dat, jako jsou SCSI nebo Fibre Channel.
Jak už napovídá označení, SATA jednoduše představuje standard pro sériové
propojení či rozhraní, které lze použít při řízení a přenosu dat nebo informací
ze serveru, respektive ze zařízení pro ukládání dat do klientské aplikace. SATA
slouží k propojení pevných disků se základní deskou a má za úkol přispět ke
zvýšení výkonu i efektivity, a stejně tak redukovat náklady spojené s vývojem
souvisejících systémů.
Aby bylo možné porozumět přínosu a výhodám SATA, podívejme se nejprve na jeho
předchůdce, označovaného jako Parallel ATA. Parallel ATA, jakožto technologie
pro pevné disky založená na standardním rozhraní IDE (Integrated Drive
Electronics), je používána pro přenos dat a komunikaci mezi sběrnicí základní
desky počítače a diskovými zařízeními pro ukládání dat.
Dnes používají Parallel ATA disky i mnohé low-endové storage systémy typu NAS
(Network Attached Storage), neboť jsou výhodné z hlediska nákladů. Navíc
existuje bezpočet aplikací náročných na šířku pásma, jako je zálohování a
obnova dat, prohlížení i editace videa nebo tzv. near-line storage, u nichž
jsou jako storage platforma využívány disky a nikoliv například magnetické
pásky.
Konfigurace zařízení pro ukládání dat využívajících SATA je však mnohem
jednodušší než v případě starší, paralelní technologie, a to díky jejímu
elegantnějšímu návrhu. SATA používá delší a přitom tenčí kabely než Parallel
ATA, která využívá objemnější, nicméně kratší a křehčí ploché kabely. SATA
navíc využívá datový konektor pouze se 6 piny, což je výrazný rozdíl oproti
40pinovým konektorům u paralelní verze. Navíc je třeba si uvědomit, že rozměry
kabelů u starší verze nejsou problematické pouze z hlediska méně pohodlné
instalace, ale především tím, že blokují proudění vzduchu v počítačové skříni,
a přispívají tím ke hromadění tepla, což negativně ovlivňuje výkon i stabilitu
hardwarového systému. Kabely používané SATA zařízeními umožňují jednodušší
instalaci a manipulaci a jejich kompaktnost je zárukou většího volného prostoru
na základní desce počítače i na samotné jednotce pevného disku.
SATA navíc používá nízkonapěťové diferenční signálování, které lépe odpovídá
požadavkům na nižší spotřebu a účinnější chlazení. Rozpětí signálového napětí
bylo sníženo z 5 voltů (v případě Parallel ATA) na pouhých 0,5 voltu
používaných u SATA. To umožňuje snazší řízení spotřeby u diskových jednotek a
redukuje velikost přepínacího řadiče.
Technologie rozhraní používá 8b/10b kódování, tedy metodu pro kódování 8bitové
jednotky přenášených dat (tj. 1 bajtu) na 10bitovou jednotku. Použití sériové
technologie s 8B/10B kódováním přispívá ke zlepšení celého přenosu a kompletně
obchází problémy paralelního přenosu dat. Toto schéma s vysokou integritou dat
poskytuje i vestavěné časování a zajištění kontroly integrity dat, které jsou
nezbytné při vysokorychlostním přenosu.
Vzhledem k použití topologie point-to-point (oproti hvězdicové architektuře
založené na sběrnici, která je převážně využívána u technologií ATA či SCSI)
může SATA nabídnout větší šířku pásma pro každou připojenou diskovou jednotku,
což přispívá ke zlepšení celkového výkonu.

Do roka a do dne
Roadmap standardu SATA zahrnuje tři generace s postupně se zvyšující přenosovou
rychlostí 150, 300 a 600 megabajtů za sekundu, díky čemuž je SATA prakticky
připravena pro stálý a rovnoměrný růst výkonu v nejbližších 10 letech, jak
tvrdí skupina Serial ATA Working Group sdružující firmy, které tento standard
podporují a podílejí se na jeho vývoji (patří mezi ně mj. i společnosti Maxtor,
Intel či Dell). Nový standard má být rovněž zpětně kompatibilní se svým
předchůdcem, díky čemuž je přechod ze sériového na paralelní formát a naopak
jednodušší a měl by se tak urychlit přechod na novější variantu.
V roce 2004 se očekává, že se objeví první hardwarové produkty založené na
specifikaci SATA II. Ta má zajistit kompatibilitu s komponentami první generace
včetně kabeláže, avšak bude disponovat některými vlastnostmi, s nimiž může
konkurovat SCSI a které v první verzi tohoto sériového rozhraní chybějí. SATA
II zejména podporuje řazení příkazů do fronty, které patří k funkcím nezbytným
pro implementaci v serverech.
V příštím roce má SATA Working Group v plánu také zdvojnásobit přenosovou
rychlost rozhraní na zmiňovaných 300 MB za sekundu. Jestliže pak alespoň
někteří z výrobců pevných disků nabídnou produkty navržené pro oblast serverů,
mohlo by skutečně dojít k očekávanému poklesu cen za pořízení levných nebo
mid-range serverů. Ačkoliv bylo již letos věnováno produktům založeným na
standardu SATA dostatek pozornosti, bude to teprve rok následující, v němž se
očekává širší dopad, který má s sebou přechod na novou technologii přinést tedy
dopad na prostředky vynakládané za zařízení pro ukládání dat.

Nasazení v budoucnu
Flexibilní tenké kabely, hot-plug konektory, lepší spolehlivost a ochrana
přenosu dat společně s plnou softwarovou kompatibilitou dávají standardu SATA
přinejmenším v porovnání s Parallel ATA velmi široké možnosti uplatnění v
různých segmentech trhu od běžných pevných disků až po levné síťové produkty
pro ukládání dat.
Mnozí z výrobců pevných disků i čipů již oznámili nebo uvedli na trh produkty s
podporou SATA a celkově lze zejména díky Serial ATA Working Group, která
zahrnuje asi 80 dodavatelů, hovořit o široké podpoře odvětví. V současné době
jsou náklady na zařízení založené na SATA asi o 15 % vyšší v porovnání s
produkty využívajícími paralelní ATA technologii, avšak tento rozdíl se poměrně
rychlým tempem zmenšuje. V nejbližší době bychom se tedy měli dočkat srovnání
cen u obou standardů.
Budou to právě výrobci, kdo bude mít největší vliv na to, zda a jak rychle
ovládne Serial ATA trh. Jestliže by SATA nadále zaostávala za technologií SCSI
ve smyslu rychlosti nebo odolnosti, pak ani nižší cena nepřinutí správce
firemního IT, aby opustili rozhraní, kterému mohou v současnosti zcela
důvěřovat.

Čekání na sériové SCSI
V průběhu let prošly pevné disky četnými proměnami ať už co se týká velikosti,
spolehlivosti, technologie záznamu či rozhraní zajišťujících konektivitu.
Serial ATA přinesla další alternativu k existujícím standardům (Parallel) ATA,
SCSI a Fibre Channel. Rozšíření těchto možností lze však očekávat záhy, neboť
další způsob připojení pevného disku k systému hostitele již "klepe na dveře".
První produkty využívající technologii označovanou Serial Attached SCSI (SAS)
jsou očekávány už v příštím roce a mají přinést velmi zajímavé vlastnosti, jako
např. menší rozměry kabeláže a konektorů, plně duplexní propojení, možnost
adresace řádově až tisíců zařízení na každém portu a přenosovou rychlost
začínající na 3 Gb/s. Menší konektory umožní výrobu SAS disků s duálními porty,
které redukují riziko selhání řadiče a umožní rozšíření 2,5" formátu i na disky
podnikové třídy, díky čemuž dojde k celkové úspoře rozměrů a spotřeby. Podobně
jako SATA využívá SAS point-to-point propojení, avšak jeho protokol umožní
zmíněnou adresaci více jednotek připojených pomocí tzv. expanderu na jednom
portu. SAS a SATA navíc mohou využívat stejné řadiče (avšak na různých portech)
a při schopnosti sloučení rychlosti více portů do jediného propojení je možné
říci, že protokol SAS konsoliduje nejlepší vlastnosti SCSI, FC a SATA do
jediného rozhraní.
A jak se existence SAS odrazí na trhu? Je zřejmé, že se obecně začínají
prosazovat standardy sériového propojení, takže lze zjednodušeně říci, že
postupně pravděpodobně dojde k tomu, že paralelní technologie zcela vymizí. SAS
je nahradí především v oblasti transakčně náročných a kritických aplikací,
zatímco SATA ovládne zbytek. FC zařízení si uchovají svůj okrajový trh v
oblasti high-endu, avšak i zde se SAS může do jisté míry uplatnit.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.