Serial ATA简介

一、何谓Serial ATA？

        为Serial Advanced Technology Attachment的缩写，是一种串列通讯协定（serial protocol）.

        支援高速的资料传输主要是用在主机板与硬盘之间，支援ATA及ATAP1介面储存装置如：HDD、CD-ROM、CD-RW、DVD-ROM…

        Serial ATA有两对信号线，分别用来传输双向数据资料，另可配置15PIN的电源线可提供3V、5V及12V的电源或使用其他电源。

        Serial ATA  装置占有独立的SATA通道，不需要设定跳线也不必与其他装置分享通道频宽。

       未来将支援热插拔，不用重新开机，不需要再重新配置系统就可以直接连接到电脑。

       已经可以达到1.5Gbps(150MB/S)的高速传输速度，已经超过了Parallel ATA最高速133 MB/S的极限，未来将迈向300 MB/S及600 MB/S。

       占有价格与技术优势的SATA必将成为PC硬盘汇流排的标准。

二、并列传输

  

（低的频率即可传输大量的资料；无法用高的时脈来传输，因为考虑到多对间资料传输的同步问题，其控制较难。）

三、串列传输介绍

Byte 2        Byte 1        Byte 0

1、一个时脈只传输1个位元，需8个或以上时脈才能组成一个位元组。

2、只需一对线就可传输。

3、如为高传输，需加隔离层（防杂讯干扰）。

4、需以高时脈换取资料传输速度-----考虑小的对内延迟差（intra pair skew）,需较小的上升时间（risetime）.

5、DATA RATE(MB/s)=时脈/8（or 10）

6、介面：USB、1394、SATA…

四、串列传输与并列传输的比较

4.1、Parallel ATA的限制：

虽然Parallel ATA过去成功扮演重要的角色，但是仍然有许多等待解决的研发议题，这些议题却往往被忽略，包含有：

4.1.1、5Voltage的信号位准要求：Parallel ATA的5Volt的信号位准要求，已渐渐不符合工业标准极励降低位准的趋势。

4.1.2、40Pin的接脚：Parallel ATA从以前的IDE介面转为Ultra ATA,却一直没有解决40Pin接脚的问题，因此，无论Host端或Device端，他所占的空间，都已不符合未来的需求。

4.1.3、讯号线结构的问题：对于Parallel ATA而言，目前18inch长度的限制成为一个相当严重的问题，因为这样的长度使许多设计内部机构的应用相当不便；且因Parallel ATA为40Pin的扁平排线，不易扭曲任意方向，且容易在机壳内产生高热。

4.2、Serial ATA的优势。与Parallel ATA相比，Serial ATA的优势包含有：

4.2.1、低电压讯号位准:

Serial ATA的位准电压为Differential 500mV,相较于Parallel ATA的5Voltage,更符合PC工业的要求,且耗能上也极具优势.

4.2.2、脚位数的优势:

Serial ATA的接头包含一组7Pin的讯号接脚及另一组15Pin的电源接脚.两组接脚可以分开而成为各自独立的接头,因此,除了整体变小外,变换空间也较大.

4.2.3、讯号线结构:

Serial ATA的讯号线使用长度限制为最长为1Meter,因为只有两对讯号线,所以在空间上,远优于Parallel ATA的扁平宽排线,使机壳朝更小化设计更加容易.

4.2.4、速度上的优势:

    Parallel ATA 的传输速度很难再往上提升,但对Serial ATA 而言,目前的150MB/s只是初期版本的设计,将来将朝300MB/s迈进.

五、Serial ATA基本介绍

1、        线材：8个导体，其中两对信号线，4条地线。

2、        连接器：7个脚位，其中两对信号线脚位，3个接地脚位。

3、        长度限制：最长1Meter 。(Parallel ATA最长可达18inch)

4、        传输速度： 150 MB/s(1.5 Gbps)---SATA I

               300 MB/s(3.0 Gbps)---SATA II

               600 MB/s(6.0 Gbps)---SATA III

六、Serial ATA主要特色

1、        使用Differential讯号传输，讯号电压小，可抗干扰及高速传输---突破PATA的传输上限。

2、        成本接近PATA,由PATA转换到Serial ATA的成本也低，且软体相容。

3、        连接线最长1M、连接线小且扰曲度佳。

4、        信号对数少，连接器小可在PC、NB共用。

5、        散热佳、未来可提供热插拔功能。

七、Serial ATA的发展时程

成立于1980年的Parallel ATA介面，因其简单，高效能，低成本等优点，很快的就在Desktop and Notebook上占尽PC储存装置的优势，而成为主流产品。他的寿命之所以会很长，主要归功于不断地在速度及整体的效能上改善，例如，他的传输速度从原来3Mb/s到今日的100Mb/s,足足成长30几倍多。但是他的寿命，因许多限制，在此告一段落，接下来，将由Serial ATA继承他的角色，且改善这些限制。

   Serial ATA 主要由APT、Dell、IBM、Intel、Maxtor、Quantum及Seagate七家公司发起，2000年春节，正式在Intel的IDF对外宣布成立Serial ATA 协会。到了2001/08/29，在Intel的IDF里发表Serial ATA 1.0的规范，规范明定以1.5Gb/s为最初的传输速度。许多参与者也预计于2002年中期开始生产Serial ATA介面相关的产品，根据储存装置速度的发展趋势，下表可供参考。更多的讯息请参照：www.serialata.org网站上的资料。

        Generation 1

第一代        Generation 2

第二代        Generation 3

第三代

Approximate speed

近似速度(8b side)        1.2Gbits/s

(150 Mbytes/sec)        2.4Gbits/s        4.81 Gbits/s

Approximate speed

近似速度(10b side)        1.5Gbits/s        3.0Gbits/s        6.01 Gbits/s

Estimated　introduction date估计传入日期        mid 2001

2001年中旬        mid 2004

2004年中旬        mid 2007

2007年中旬

Connector/连接器        --        Same as Gen 1

和第一代相同        May be upgraded

可以升级

Cable/线缆        --        Same as Gen 1

和第一代相同        May be upgraded

可以升级

Signaling compatibility

信号兼容性        --        Compatible with Generation 1

和第一代兼容        Compatible with Generation 2-may be Compatible with Generation 1

和第二代兼容，可以兼容第一代

Remark:1.These speed specifications and schedules are subject to change

备注：1.这些速度规格和时间随时都可能改变。

八、Serial ATA 线材结构

十一、Serial ATA or Parallel ATA Cable 的比较

 

十二、Serial ATA 的市场状况与未来

1、        对应主板、晶片组支援

        华硕：宣布三款AGP 8X/串列ATA对应主板

        华硕：三款AGP 8X/串列ATA主板清晰图片曝光

        艾崴：发表KT400晶片组串列ATA主板KK400

        建基：发表首款串列ATA及动力回復功能主板

        华硕：发表845G晶片组串列ATA功能主板

        Intel:ICH5南桥支援Serial ATA介面

        华硕：推出主板用串列ATA功能升级传输模组

        Adaptec:发布首款Serial ATA控制晶片

        High Point:发表首款Serial ATA 150控制卡

        艾崴：率先发表Serial ATA 1.0规范控制卡

2、        相关硬碟产品

        IDF2002:希捷公布首款串列ATA酷鱼硬碟

        希捷：业界首款单碟60GB支援串列ATA介面硬碟

        希捷、超捷与英代而展示最新串列ATA II功能

        CeBIT2002:Maxtor展示Serial ATA硬碟产品

        Intal/希捷：展示Serial ATA介面酷鱼5硬碟

        Serial ATA的应用不仅含盖PC及NB的是市场，更跨足司服器家工作站的应用

        虽然Serial ATA在2003年初未能大量占据市场，但可以预见的，2003下半年至2004年上半年，将会大量出货。

        由目前的市况来看，Serial ATA已证实100％会取代PATA.

        市面上已有之SATA装置有：SATA主机板、SATA硬碟、SATA Cable、晶片组、SATA for Server、SATA转PATA界面卡。

SATA插拔大会在2002/10举行，成功率达95％。

 

 

        由以下几点，可知SATA的技术已然成熟：

    SATA插拔大会在2002/10举行，成功率达95％。

市场相关产品已趋成熟

各大厂相继投入，发表新产品

发展时程与规划相近

        市场尚未起来之原因为：

1、        产品价格仍偏高

2、        PATA的应用尚可应付市场

十三、Serial ATA 1.0 Cable高频量测规范 

1、        差模阻抗(differential Impedance): 100±10 ohm(TDR Differential 70ps risetime)

2、        共模阻抗（Common Impedance）:25~40 ohm(TDR Common 70ps risetime)

3、        连接器阻抗（Connector Impedance）:100±15 ohm(TDR Differential 70ps risetime)

4、        线对间匹配阻抗（Cable pair matching impedance）:(max)5 ohm(TDR single-ended 70ps risetime)

5、        衰减（Attenuation）:(min)-6 dB@ NA: 10~4500MHz

6、        近端串音（Near-end Crosstalk）：-26dB(max)@ NA:10~4500MHz

7、        差分对内延迟差（Intra Pair skew）:(max)10ps (@TDR/TDT Differential mode)

8、        上升时间（Risetime）：（max）85ps @TDR/TDT Differential mode(20%~80% thresholds)

十四、量测参数说明

1、        量测讯号的基本型式

2、        差分对内延迟差：一对线之两导体的Single end讯号传输时间差。

 

3、上升时间：是数位讯号由0变为1所需的转换时间，R愈小，表示可传输的讯号频率越高。

 

3、        衰减：是指输出端功率P2比入射功率P1，讯号损耗剩下多少，频率愈高剩下愈少。并以dB的型式表示。

近端串音：两线路间互相干扰的电磁杂讯，随着频率的升高而增加。并以dB

的型式表示。

 

4、        Serial ATA不良分析

        RAW Cable: 主要为Skew 不良，其次为Risetime不良。（线愈长，Skew 愈大,但它与长度不成比例；介质结构、导体大小、芯线中心度…都会影响其电气特性.）

----量测中勿任意扭曲线材，剥线时不可拉动信号线，避免Shielding层与信号线短路，夹线需小心为之，夹线偏移可能造成量测误差。

        Cable Assembly: 主要为Skew、Connector Impedance、Near-end Crosstalk不良。

----线材本身要要求好的Skew及Risetime等；组装加工应特别考虑剥线、焊锡等问题,不良焊点改变特性；选用合适的Connector,避免其阻抗不良。

十五、总结  

过去几十年来,Parallel ATA成功的扮演储存介面的主流,但许多PC及储存装置相关协会或公司皆承认,Parallel ATA 已经到了极限,因此,于2000年成立的Serial ATA协会期许,未来PC市场,将以Serial ATA介面取代,成为下一代储存装置标准介面.Serial ATA继承Parallel ATA原有的优点,且排除Parallel ATA的限制,因此,Serial ATA协会预估,在2002年中旬,Serial ATA相关的产品将会一应俱全,渐渐取代Parallel ATA介面.

   截止目前为止,已有许多的Serial ATA相关的产品面世:如APT Technologies及Vitesse Semiconductor公布第一棵支援Serial ATA Host端的控制IC;Amphenol也公布讯号线的方案,用以降低SKEW,它包含两对26AWG,100Ω的遮蔽并行讯号线,每一对讯号的遮蔽层中包含两条讯号接地线,方便与Serial ATA的Gnd Pin连接;Molex也因主导Cable及Connector规范的制定,积极地开发相关产品;FCI公布他将量产Serial ATA接头的计划;最令人振奋的,Seagate已经发表支援Serial ATA的硬碟.

   近来end user委测Serial ATA件数明显比其他线材多的多，显示其重视Serial ATA的品质要求。SATA的市场已经看到技术及产品的支援均已实现，2003年底至2004年将有大量需求。

   要抢占市场先机，要先掌握好的品质，及低的价格。好的品质要有好的品质管制系统，测试系统是首要的。低的价格是以高的良率及管理来决定。

   现在持续的改善品质，及提升制程能力，是为将来的大量出货铺路。