从SASI到SAS：SCSI走过25年

Serial ATA引发串行诱惑

20年前，由于各种相关元件的工作频率较低，并行传输成为提供足够带宽的首选方式，而得益于传输能力与数据宽度的正比关系，SCSI在将数据总线由Narrow（8位）拓宽至Wide（16位）后很轻松地实现了传输速率的翻番。不过数据宽度的提高是通过增加信号线和连接器插脚来实现的，必然会导致复杂度和成本的上升，典型的例子就是SCSI向32位发展的尝试以失败告终，而ATA从一开始就将数据宽度定为16位，历史表明这的确是成本与性能两全的选择。

然而随着工作频率的提高，并行传输的弊端开始显露：同步和时序控制的难度越来越大，各传输线之间的相互干扰也愈发严重——尤其是后者会导致传输距离的缩短。对于ATA来说0.46米的线缆长度限制也许无所谓，但1.5米8个（单端）装置的连接能力显然不能满足SCSI的要求，好在SCSI一开始就预留下足够多的地线，很容易改造为抗干扰能力较强的差动模式，才有了12米数据线连接16个（LVD）装置的规格。

串行接口初试莺啼

无论如何，在连接距离、设备数量、热插拔支持等方面具有先天优势的串行接口对“求贤若渴”的SCSI还是充满了诱惑，SCSI-3架构对IEEE 1394、Fibre Channel（FC，即光纤通道）和SSA（Serial Storage Architecture，串行存储架构）的吸纳就证明了这一点，最终FC-AL（Fibre Channel-Arbitrated Loop，光纤通道仲裁环路）在Seagate的力推之下从竞争中胜出。不过由于FC-AL（系统）的价格高高在上，且其长距离连接的能力对机内（In-box）存储而言也并非必须，传输速率快速翻番的并行SCSI接口（SPI）仍然在市场份额上占据统治地位。

串行的突破口随即转向先天不足的ATA。虽然Ultra ATA/33凭借DDR技术得以在时钟频率不变的情况下将传输速率提高一倍，但再往上发展就必须同步提高时钟频率，传统的40针-40线连接抗干扰能力差的弱点便凸现出来——传输速率达到44.4MB/s时就会出错，于是Intel想到了IEEE 1394。

IEEE 1394的速度虽然比Ultra ATA/33快不了多少，但还有很大的上升空间，而其连接能力更不是Ultra ATA所能够比拟的。不过以Quantum为首的硬盘厂商才不这么想，它们觉得Ultra ATA尚有相当潜力可挖，于是就在40针－40线的基础上增加了40根地线——变成40针－80线的结构，抗干扰能力得以提高，可以达到66.6MB/s或更高的传输速率。由于只是线缆发生了改变而连接器得以保全（个别针脚定义的改变除外），付出的代价不大，Ultra ATA/66就这样轻松地断绝了IEEE 1394的磁盘接口之路。

很多时候都是这样：在旧有技术还没到山穷水尽的时候，其所代表的利益集团对于需要另起炉灶的新技术总是抱有抵触情绪——厂商会从保护现有投资的角度出发去改善旧有技术，多数用户也更喜欢改良而不是变革，在这种情况下新旧之间往往没有绝对的优劣可言——Ultra ATA与IEEE 1394即是一例。

Serial ATA横空出世

40针－80线的设计至少可以承载133MB/s的传输速率，可再往后呢？类似SCSI的LVD是不可取的——线缆成本先放在一边，40根针就已不存在改造空间，再说Ultra ATA的架构也不能满足未来应用对连接能力及效率的要求。未雨绸缪，新一代接口的规划就这样展开了。

2000年2月15日，Intel在春季IDF上公布了Serial ATA接口的开发计划，这种新型接口采用串行点对点连接，细而长的线缆可以有效地改善系统内部的气流和布局，传输速率从1.5Gbps（采用8b/10b编码，折合150MB/s）起步，在架构先进性和发展潜力都优于Ultra ATA的同时还保持软件兼容，是一个理想的替代方案。Serial ATA工作组包括了从控制卡（APT Technologies）、硬盘（Maxtor、Quantum及Seagate）到系统（Dell、IBM）在内的各主要厂商，并预期于2000年下半年发布详细规格。

SATA连接器示意图，左侧为7针数据，右侧为15针电源

在Serial ATA（简称SATA）的诸多特性中，最有意义的是架构上的革新。并行SCSI和ATA数量繁多的信号线和接脚决定了它们只能采用总线（共享或独占）式的拓扑结构，而SATA就不同了——仅有2对数据线（一对发送，一对接收，250mV LVD信号）和7根接脚（3根地线），大大节省了板上的布线空间，使点对点连接（每个设备独享全部带宽，没有总线仲裁/冲突的开销，类似于上上页附图右）的星形拓扑结构成为可能。此外，SATA还具备热插拔能力，成本也比并行ATA更低。

前景虽然美好，但成为现实尚需时日。不甘寂寞的硬盘厂商在Quantum的带领下于2000年年中推出了被很多人看做是最后一代并行ATA规范的Ultra ATA/100，然而SATA并没有很快到来。

波澜过后前景光明

光阴似箭，转眼一年时间过去了，Intel终于在2001年春季IDF上放出话来：秋季IDF发布最终的SATA 1.0规范。

其实2000年11月21日Intel就已发布了SATA 1.0草案，不过SATA走向实用阶段的条件还不具备：

一方面系统总线存在瓶颈。按照Intel的想法，SATA将首先以（PCI）适配卡的形式出现，然后才会集成到芯片组中去。问题是普通PC的PCI总线仍是带宽只有133MB/s的PCI-32/33，还没有SATA接口的速度快；纵使芯片组集成SATA接口，少说也得2个吧？Intel芯片组MCH与ICH间Hub-Link 266MB/s的带宽已经不够，更别提（与Ultra ATA相同的）4个了。虽说SATA的星形有总线不能比拟的优势，但在上行带宽不足的情况下被抵消了不少，而且有瓶颈存在的话终归腰杆不硬。

另一方面设备供应商也持观望态度。Seagate在2000年秋季IDF上演示了第一块SATA硬盘，可大家都知道其实是Ultra ATA/100硬盘加上APT的转换板，有效率损失，还不如纯粹的Ultra ATA/100；再说作为并行ATA的替代者，主板芯片组不集成SATA接口的话怎么能够普及？何况Ultra ATA/100还没到成为瓶颈的时候，也乐得让它发挥余热。

就在SATA进展缓慢之时，Maxtor于2001年7月31日发布了Ultra ATA/133，目标直指Ultra ATA/100与SATA之间的空当——既比前者快，又打了PCI总线的擦边球。

其实要以接口速度倍增的一贯规律来论，Ultra ATA/100的天下本来就该是Ultra ATA/133的。不过作为SATA工作组元老之一的Maxtor本意可不是为Ultra ATA/133讨回公道，而是借此提高自己在业内的影响——反正SATA还没有动真格的不是？Promise、VIA等一些厂商也乐得有个推出新产品的由头。看清了这个形势，就不难理解其他硬盘厂商和Intel的不为所动——Ultra ATA/100肯定能坚持至SATA赶到，Ultra ATA/133注定是一个厂商标准。

Barracuda ATA ⅤS的SATA连接器

2001年8月29日，Intel果然如约发表了SATA 1.0规范。如同打开了尘封已久的大门，硬盘厂商们积蓄已久的热情立刻爆发出来，到了2002年2月25日春季IDF召开之日，Maxtor、Samsung、WD和已退出台式机硬盘领域的Fujitsu（富士通）都以本机（Native）SATA接口的硬盘参加了互操作性演示，Seagate的Barracuda ATA ⅤS更是在6月24日宣布成为第一款量产的本机SATA硬盘，预计在第三季度末上市。

虽然有消息说Samsung将在第三季度推出的单碟80GB产品中采用Ultra ATA/133接口，但SATA的腾飞之势已不可阻挡。毫无疑问，随着Intel等厂商推出集成SATA接口的主板芯片组，SATA必将成为2003年的热门话题。