A Serial ATA merevlemez összeköttetési szabvány a hosszas fejlesztési munkálatok után lassan elnyeri végleges formáját, és az idei évben általánosan elterjedhet a piacon. Milyen változásokat hoz azonban a technológia elterjedése?

Az első párhuzamos ATA technológiára épülő merevlemezes meghajtók a '80-as évek második felében jelentek meg. Az IDE (Integrated Drive Electronics - Integrált meghajtóelektronika) néven is ismert technológia a '80-as évek végétől folyamatos fejlődésen ment keresztül, és ennek megfelelően jónéhány alváltozata napvilágot látott. Az újabb és újabb ATA specifikációk megjelenésének többnyire az adatátviteli sebesség növelése volt a célja, de bizonyos egyéb korlátokat is le kellett győzni az idők folyamán.

Az első ATA szabvány 3,3 MByte/s-os adatátviteli sebesség elérését tette lehetővé, amely ma már nevetségesen alacsonynak tűnhet, de a maga korában, az akkori eszközök kiszolgálásához tökéletesen elegendő volt. A párhuzamos ATA megoldások utolsó változatát a merevlemez gyártó Maxtor fejlesztette ki, de a 133 MByte/s maximális adatátviteli sebességet ígérő Ultra ATA-133 technológiát más merevlemez gyártók nem implementálták, hanem az Ultra ATA-100 bevezetését követően egyből az új, soros kommunikáción alapuló Serial ATA felé vették az irányt.

Az első ATA merevlemez meghajtók 10-40 MByte adat rögzítésére voltak képesek. A mai változatok ennek már a sokszorosát képesek tárolni, és a legújabb meghajtók a 300 GByte-os tárolókapacitás határt is átlépték. Joggal merülhet fel azonban a kérdés, hogy megfelelő lehet-e a mai korszerű merevlemezekhez az a technológia, amelyet a mérnökök mintegy 15 éve folyamatosan javítgatnak, foltozgatnak. A választ leginkább talán úgy lehetne megfogalmazni, hogy megfelelő éppen lehet, optimális azonban aligha. A jövőre vonatkozó skálázhatóság pedig már teljesen más kérdés.

Párhuzamos (balra) és a Serial ATA

A párhuzamos ATA szabvány egy 16 bit széles, forrás-szinkronizált adatvonalon továbbítja az információt az eszközök között. A "forrás-szinkronizált" nagyjából annyit jelent, hogy az órajelet a vezérlő magába az adatfolyamba ágyazza. Ez a megoldás az adatátviteli sebesség, illetve az órajel növekedésével egyre több problémát vet fel. Ezek közül talán a legsúlyosabb a jelvisszaverődés, a zaj, illetve a jeltorzulás. Ezen problémák hatásának csökkentése érdekében az Ultra ATA-66 -ról Ultra ATA-100 -ra való váltáskor a fejlesztők 3,3 voltra csökkentették a korábban 5 voltos TTL (tranzisztor-tranzisztor logika) jelszintet. Az adatátvitel biztonságát zavaró zajt az Ultra ATA-66 óta duplázott (80-as) érszámú szalagkábellel igyekeztek kiszűrni a mérnökök, amelyből sorban minden második ér (szál) gyakorlatilag csak árnyékolási feladatot lát el, és sem adatot, sem vezérlési információt nem közvetít az egységek között.


A problémák ezzel azonban nem oldódtak meg. A megbízható működés az új megoldásokkal is csak úgy garantálható, ha a szalagkábel hossza nem haladja meg a 18 hüvelyket (46 cm). Ez pedig különösen a termetes számítógép házakban uralkodó viszonylag nagy távolságok miatt okoz gyakran gondot, és azt eredményezte, hogy a kábelek a legtöbb esetben csak erőltetve érnek el a vezérlőtől a meghajtókig. Ez pedig sem a kábelnek, sem az adatátvitel biztonságának nem kedvez. A 80 eres szalagkábelek a vékony vezetékek miatt ráadásul könnyen sérülnek, amely sérülés enyhébb esetben általában csak az adatátviteli sebesség Ultra DMA-33-ra csökkentésére készteti a vezérlőelektronikát, súlyosabb esetben azonban az adatátvitel bizonytalanná válását, megszakadását is okozhatja.

Szintén probléma, hogy az egyre finomabb technológiával készülő chipek a jövőben már nem lesznek képesek hatékonyan kezelni a 3,3-5 V körüli jelszinteket, amelyeket a párhuzamos ATA szabvány alkalmaz.

Serial ATA interfész Barracuda V-ön

Látható tehát, hogy a sokasodó problémák elkerülhetetlenné tették egy merőben új, jelentős tartalékokkal rendelkező, a jövőben tovább skálázható technológia kifejlesztését, illetve bevezetését. A Serial ATA technológia alapspecifikációjának kidolgozásakor már megdőlt az a korábban általánosan elfogadott "tény", miszerint a párhuzamos adatátviteli megoldások nagyobb sebességet tesznek lehetővé, mint a soros megoldások. Bár több adatvonal egyidejű alkalmazásával az átviteli sávszélesség egy bizonyos határig viszonylag könnyedén növelhető, e határ fölött ismét a soros megoldások kerülnek előtérbe. Ennek oka elsősorban az, hogy a párhuzamos megoldások esetében sokkal nehezebb megoldani az egyes csatornák zajszűrését és árnyékolását, valamint az adatok átvitelre való előkészítése és átvitel utáni visszaalakítása is sokkal bonyolultabb elektronikát igényel. Mindezen tényezők elsősorban a párhuzamos megoldások költségeit növelik meg, de bizonyos fizikai korlátokba is ütközhetnek. Célszerűnek látszott tehát a fejlesztők számára, hogy a jelenlegi párhuzamos ATA technológiát egy soros megoldással váltsák le. Innen ered a technológia neve is, a "Serial ATA" ugyanis "Soros ATA"-t jelent. Ennek megfelelően néhány évvel ezelőtt, illetve egészen pontosan 2000 februárjában megalakult a Serial ATA Working Group (Soros ATA Munkacsoport) elnevezésű csoport, amelynek feladata kezdetben az új összeköttetési technológia kifejlesztése volt, a jövőben pedig a specifikáció további fejlesztése lesz. A chipóriás Intel Corp. Intel Architecture Laboratories részlege által vezetett csoport jelenleg több, mint 80 tagot számlál, meghatározó tagjai között pedig olyan óriáscégek is megtalálhatóak, mint az APT Technologies, a Dell Computer, az IBM, a Maxtor Corp., és a Seagate Technologies.

A Serial ATA specifikáció 1.0-ás vázlata 2000 decemberében készült el.

A Serial ATA megoldások legalább négy eres (szálas) kábelt használnak, amelyekből kettő - kettő az adatok küldésére, illetve fogadására használatos. A szabvány emellett meghatározatlan számú kiegészítő földelő vezeték mellékelését is lehetővé teszi. A Serial ATA specifikáció 1 méterben határozza meg az adatkábel maximális hosszát, így a technológia elméletileg akár külső készülékek csatlakoztatását is lehetővé teszi. A vékonyabb, telefon kábelre emlékeztető Serial ATA vezetékek nagyobb szabadságot engednek a számítógép házak tervezőinek, és nem akadályozzák a levegő szabad áramlását a házban, mint a széles szalagkábelek. Márpedig az egyre nagyobb teljesítményű, egyre több hőt termelő egységek megjelenésével ezen utóbbi tényező is fontos szemponttá vált.


További változás, hogy egy Serial ATA kábelre csak egy meghajtó kapcsolható, nem pedig kettő, mint a párhuzamos ATA esetében. Ez elsőre akár hátránynak is tűnhetne, aki azonban már szembesült a sokszor rosszul beállított, nehezen elérhető/látható jumperekkel (átkötésekkel), a Master - Slave (Mester - Szolga) viszonyból eredő problémákkal, a túlzottan rövid, és természetesen "pont rossz irányban álló" szalagkábelekkel, aligha bánja mindezt. A megoldás további előnye, hogy a meghajtók nem kényszerülnek az elérhető sávszélesség megosztására, mint az egy kábelen lévő párhuzamos ATA eszközök esetében, a készülékek közötti közvetlen kommunikáció hiánya pedig számos kompatibilitási problémát küszöbölhet ki.

A jelenlegi Serial ATA megoldások általában csak két soros csatlakozású meghajtó egyidejű használatát teszik lehetővé. Ennek oka elsősorban az, hogy a legtöbb egység továbbra is a párhuzamos ATA interfészt alkalmazza, a PCI csatlakozású Serial ATA bővítőkártyák pedig többletterhelést jelentenek a rendszernek. A PCI busz ráadásul az adatátviteli sávszélességet is korlátozza.

A Serial ATA további előnye, hogy az eszközök a vezérlőtől függetlenül is közvetlenül férhetnek hozzá a memóriához (DMA), a Hot-Swap technológia pedig működés közben is lehetővé teszi a meghajtók csatlakoztatását, cseréjét, és lekapcsolását. A soros ATA jelszint mindössze 250 millivoltra (0,25 volt) való csökkentésekor a fejlesztők a korszerű chipgyártási technológiák követelményeit tartották szem előtt.


A Serial ATA 1.0 szabvány hét eres kábel alkalmazását írja elő, amelyből három szálat kifejezetten a kiegészítő földelővezetékeknek tartottak fenn a mérnökök. Ez a kábel hozzávetőleg négyszer kisebb, valamint sokkal hajlékonyabb és strapabíróbb, mint a párhuzamos ATA szalagkábelei. A Serial ATA támogatású chipkészlettel készülő alaplapokon a közeljövőben akár négy soros ATA csatlakozó is lehet majd, a helyfoglalás a kis méretű, ugyanakkor könnyen kapcsolható, és megbízható csatlakozóknak köszönhetően nem lesz különösebb probléma. A helyfoglalás tekintetében elsősorban az jelenthet gondot, hogy a régebbi merevlemezes meghajtók, illetve az optikai meghajtók miatt a számítógépekben egy ideig még ott fog kígyózni a jó öreg szalagkábel is. A CD- és DVD meghajók gyártói ráadásul várhatóan nem fognak sietni a Serial ATA interfészre való átállással, mivel ezek az eszközök egyelőre nem igénylik a nagyobb adatátviteli sebességet, az új vezérlő implementálása pedig extraköltségekkel jár. A Serial ATA technológiát közelebbről szemügyre véve két jelentős előny tűnik ki a megnövelt jelintegritáson (jelépségen) kívül. Egyrészt az új szabvány szoftveresen kompatibilis a párhuzamos ATA eszközökkel, vagyis a programok nem fognak tudni különbséget tenni a párhuzamos és soros vezérlőre kapcsolódó ATA meghajtók között. A jelenlegi alkalmazások módosítására így nincsen szükség. Természetesen a Serial ATA vezérlő, illetve meghajtó használatához megfelelő eszközvezérlőt kell telepíteni a rendszerre.

A másik előny a megnövelt adatátviteli sebesség. Az Ultra ATA-100 szabvány 100 MByte/s sebességéhez képest a Serial ATA első generációja 150 MByte/s sávszélességet nyújt, ráadásul a számítógép, illetve a processzor sokkalta kisebb leterhelése mellett. A 150 MByte/s eléréséhez a Serial ATA 1,5 GHz-es órajelet használ, de a vezérlő az átviteli csatornán minden 8 bites adatot 10 bites, kódolt formában továbbít, ami mintegy 20 százalékos teljesítménycsökkenést eredményez.


Bár a Serial ATA vezérlő folyamatosan képes tartani a 150 MByte/s adatátviteli sebességet, ez az érték a közeljövőben aligha lesz elérhető. Ennek oka elsősorban az, hogy az adatok egyelőre a PCI buszon keresztül áramolnak, amely legfeljebb 133 MByte/s adatátviteli sebességre képes. Ez a sávszélesség ráadásul csak abban az esetben érhető el, ha a rendszer többi eleme éppen nem bonyolít adatátvitelt a buszon keresztül, ilyen pedig a valóságban csak ritkán fordul elő. Tovább rontja a helyzetet, hogy a jelenlegi alaplapi chipkészletek a valóságban csak mintegy 80-90 MByte/s sebességet képesek elérni a PCI buszon keresztül.

A Serial ATA teljes teljesítménye ezért addig nem lesz elérhető, amíg meg nem jelennek az első olyan alaplapi chipkészletek, amelyekben az integrált Serial ATA vezérlő nem a PCI buszon keresztül éri el a rendszer többi elemét. Az igazsághoz persze az is hozzátartozik, hogy a jelenlegi leggyorsabb, 7200-as percenkénti fordulatszámú, nagy adatsűrűségű ATA meghajtók sem képesek 40 - 50 MByte/s-nál nagyobb folyamatos, fizikai adatátvitelre. Ennek ellenére a leterhelt PCI busz kedvezőtelenül befolyásolhatja az elérhető összteljesítményt. A helyzet ráadásul tovább romlik a RAID eszközök alkalmazása esetén.

A Serial ATA rövidtávú előnyei közé tartozik, hogy az új technológiával tovább növelhető a számítógéphez csatlakoztatható ATA eszközök száma.


A Serial ATA összefoglalva a jelenlegi, párhuzamos ATA megoldások leváltására megalkotott, jelentős teljesítménytartalékokkal és skálázhatósággal rendelkező technológia. A Serial ATA Working Group ütemterve szerint a jelenlegi Serial ATA 1X szabványt 2004 táján leváltja a Serial ATA 2X, amely kétszeres, 300 MByte/s adatátviteli sebesség elérését teszi majd lehetővé. A technológia skálázhatósága kiváló, a megoldás további fejlődése már jelenleg biztosított, így - a 600 MByte/s sebességű Serial ATA 4X bevezetésével - a szabvány várhatóan legalább tíz évig, komolyabb módosítás nélkül is meg fog felelni az ipar elvásárainak, állítják a szakértők.

Az új technológia általános elterjedése az alaplapi chipkészletekbe integrált támogatás megjelenésének függvénye. Erre pedig a chipsetgyártók jelenlegi tervei szerint az év közepéig sem kell várnunk. Sőt mi több, az új Serial ATA meghajtók alig drágábbak a párhuzamos interfészre épülő változatoknál, így az év második felétől otthoni célra mindenképpen a Serial ATA meghajtót érdemes választania annak, aki új számítógépet vásárol.

Ami a Serial ATA meghajtók beépítését illeti, a felhasználónak még a párhuzamos ATA megoldásoknál megszokott jumperekkel sem kell bajlódnia. Az új soros kábel az alaplaphoz és a meghajtóhoz is könnyedén csatlakoztatható, nem úgy, mint a szalagkábelek döntő többsége. A csatlakozó egyik oldalán kialakított "L" alakú perem ráadásul megakadályozza a helytelen bekötést. Az egyetlen kellemetlen meglepetés a Serial ATA meghajtókon található tápcsatlakozóhoz szükséges kábel hiánya lehet, mivel a számítógép házakban egyelőre még nem található ilyen. Ezt a problémát egy, a számítástechnikai szaküzletekben beszerezhető, bár általánosnak jelenleg még nem számító átalakító oldja meg.