全面认识SAS技术和SAS硬盘

业界在数年前就已经提出的SAS(Serial Attached SCSI)硬盘规格也早已有成品上市，但是SAS的推广时机在05年还不够成熟，存储设备提供商也只是推出几款产品作为先头部队，SAS硬盘的大规模普及还要看06年，根据国外相关市场预测机构的估计，在今年，SAS硬盘将会抢占SCSI市场的三分之一，这个数目确实不小，而且这种新的硬盘设计规格也拥有更多的优势，我们相信在06年，SAS硬盘一定会在中高端市场有所作为。因此，今天我们就来谈谈SAS技术和SAS硬盘。
　　存储设备的分类
　　网络存储设备目前大致可分为3类，即高端、中端和近端(Near-Line)。高端存储设备主要是光纤通道，应用于任务级的关键数据的大容量实时存储。中端存储设备主要是SCSI，应用于商业级的关键数据的大容量存储。近端是近年来新出现的存储领域，其产品主要是串行ATA(Serial ATA，缩写为SATA)，应用于非关键数据的大容量存储，目的是替代以前使用磁带的数据备份。
      由于SATA的硬盘价格越来越低，容量越来越大，可以用于数据备份。用硬盘作数据备份还有一个优点，就是携带和存储方便。传统的企业级存储由于考虑到性能和稳定性，以SCSI硬盘和光纤通道为主要存储平台，ATA则多用于非关键性资料或桌面个人计算机上，不过SATA的兴起正逐渐改变企业存储的形式。
　　前迈拓公司全球服务器产品部门营销总监Brendan Collins表示，SAS技术将大幅改变企业内部存储结构，并在若干年后成为存储设备的主要标准。由于成本的降低和性能的提高，基于SAS技术的硬盘将取代SCSI硬盘甚至光纤通道，成为未来企业存储系统或服务器硬盘的主流。
什么是SAS
　　SAS是新一代的SCSI技术，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，提供与串行ATA (Serial ATA，缩写为SATA)硬盘的兼容性。
　　SAS的接口技术可以向下兼容SATA。SAS系统的背板(Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器，也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。因为SAS驱动器的端口与SATA驱动器的端口形状看上去类似，所以SAS驱动器和SATA驱动器可以同时存在于一个存储系统之中。但需要注意的是，SATA系统并不兼容SAS，所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。由于SAS系统的兼容性，IT人员能够运用不同接口的硬盘来满足各类应用在容量上或效能上的需求，因此在扩充存储系统时拥有更多的弹性，让存储设备发挥最大的投资效益。
　　SAS技术还有简化内部连接设计的优势，存储设备厂商目前投入相当多的成本以支持包括光纤通道阵列、SATA阵列等不同的存储设备，而SAS连接技术将可以通过共用组件降低设计成本。
SAS的特点
　　串行SCSI是点到点的结构，可以建立磁盘到控制器的直接连接。具有以下特点:
　　1、更好的性能:
　　点到点的技术减少了地址冲突以及菊花链连结的减速;
　　为每个设备提供了专用的信号通路来保证最大的带宽;
　　全双工方式下的数据操作保证最有效的数据吞吐量;
　　2、简便的线缆连结:
　　更细的电缆搭配更小的连接器;
　　3、更好的扩展性:
　　可以同时连结更多的磁盘设备。
　　由于串行SCSI(SAS)是点到点的结构，因此除了提高性能之外，每个设备连接到指定的数据通路上提高了带宽。SAS的电缆结构节省了空间，从而提高了使用SAS硬盘服务器的散热、通风能力。一般情况下，较大的并行电缆会带来电子干扰，SAS的电缆结构可以解决这个问题。此外SAS结构有非常好的扩展能力，最多可以连接16384个磁盘设备。
　　串行SCSI(SAS)硬盘使用与S-ATA相同的接口，但是使用较多的信号，因此SAS硬盘不能与S-ATA硬盘控制器连结。SAS是通用接口，支持SAS和S-ATA，SAS控制器可以支持SAS和SATA磁盘。S-ATA使用SAS控制器的信号子集，因此SAS控制器支持S-ATA硬盘。
　　初期的SAS硬盘使用2.5英寸封装，这样可以使机架服务器支持更多的硬盘，现在已经有厂商推出标准3.5英寸的SAS硬盘;初期产品的转速是10000RPM，而现在15000RPM的产品也已经问世。SAS硬盘与相同转速的SCSI硬盘相比有相同或者更好的性能。串行接口减少了线缆的尺寸，允许更快的传输速度，SAS硬盘传输数据可以达到3.0Gbit/sec。
　　每个SAS电缆有4根电缆，2根输入2根输出。SAS可以同时进行数据的读写，全双工的数据操作提高数据的吞吐效率。
SAS的发展史
　　2001年11月26日，Compaq、IBM、LSI逻辑、Maxtor和Seagate联合宣布成立SAS工作组。
　　在2003年的CEBIT大会上，惠普和希捷早已推出了SAS界面的硬盘样品。当时，英特尔和Emulex也表示，将计划开发支持SAS和SATA界面的处理器。去年11月，Adaptec也推出了SAS控制器出样，新品的平均数据带宽为3Gbps，峰值带宽达5Gbps。
　　未来，第二代和第三代的SAS界面将提供6-12Gbps的数据带宽，并支持HostRAID。
　　现在开发SAS架构的存储设备企业包括希捷、前迈拓、LSI Logic和Adaptec等。
SAS产品市场的发展趋势
　　在新一代以SAS为基础的应用结构下，SAS与SATA企业用硬盘是彼此能够截长补短非常理想的储存组件。SAS硬盘是为需求量较大及具备关键性处理任务的应用装置所设计的产品，而SATA硬盘则适合于近线储存及其它对于储存需求量较小的中小型企业所应用。
　　预计今年，低端的存储系统将由SATA取代SCSI硬盘，而高、中端的外部存储系统将大部分采用光纤通道。但存储系统价格的迅速下滑等因素却让业界对SAS硬盘的态度大幅改变。在产品价格快速下降的趋势下，存储设备厂商势必通过更具有成本优势的技术制造存储设备，而SAS硬盘正是符合这种需求的产品。另外，SAS系统和SATA系统的兼容性，以及I-SCSI连接标准的实行，也都会推动SAS系统的发展。
　　由于企业市场一向对新技术较为保守，也许SAS技术的普及不会像SATA技术那样迅速，但是这也只是时间问题。前迈拓公司预计，到2009年将有三分之二的外部存储设备采用SAS技术，以连接SAS或SATA硬盘。
SAS硬盘应用
　　存储设备的反应速度，除了各环节间的配合与操作系统的影响之外，硬盘的反应速度其实具有关键性的地位。企业级的工作站或存储设备，一般来说，都采用光纤信道(Fibre Channel，FC)与SCSI硬盘作为内部的存储媒体。但是随着SCSI硬盘在扩增性上的限制，SAS(Serial Attached SCSI)硬盘展露头角。由于服务器厂商有越来越多采用SAS硬盘作为内部的存储媒体，那么在存储市场里，SAS硬盘是否会成为FC硬盘的劲敌?NetApp表示小型负载的应用可以采用SAS硬盘，可兼具预算与效能的考虑。
　　既然SAS硬盘比较适合小型负载的应用，那么哪些应用为小型负载的状况呢?NetApp解释，例如在1,000人以下的电子邮件系统，或者规模不大的ERP、CRM系统，很多国内中小企业就相当适合。而像是大型的ERP、CRM系统，或是在线实时交易系统等，因为传输量大，反应速度需要实时快速，所以还是应当采用更高端的光纤信道硬盘。
SAS适配器
　　SAS适配器其实就类似于SCSI控制芯片，因为现在的主板上基本都没有集成支持SAS的控制芯片，所以需要使用额外的扩展卡，就类似于SCSI控制卡这种概念。目前提供这种控制卡的主要是业界著名的LSI Logic和Adaptec。
　　★LSI Logic
　　LSI最新的支持SAS接口的硬盘卡去年8月在东京也已经开始销售，型号为SAS3442X，采用服务器主板常见的PCI-X接口，售价在5万8590日元。此款产品仅提供了1个SAS硬盘接口，付送的数据线提供了4个扩展硬盘接口。
　　LSI逻辑去年9月则宣布已开始向主要的OEM客户供应LSI 3Gb/s串行 SCSI(SAS)28和36端口扩展器IC样品，该新品--LSISASx28 和 LSISASx36进一步拓宽了LSI逻辑在IC、HBA、MegaRAID卡以及SAS ROMB解决方案等领域业界领先的SAS产品线，也更增强了其作为技术创新者的市场地位。
　　主要的产品特性包括:用于网络安全应用及启动设备功能的基于物理层的分区(phy-based zoning for network security applications and initiator functionality)，如自动检测和自动配置(self-discovery and self-configuration)。该产品主要通过一个ARM处理器实现处理及扩展SAS功能。LSI逻辑目前正积极进行在客户端的产品演示工作。
　　LSISASx28 和 x36扩展器IC为内、外部 SEP提供了一个通用的可编程模块，便于产品开发及客户的无缝移植(seamless customer migration)。此外，还可以为客户降低向后兼容LSISASx12 和LSISASx12A外部SEP接口的风险。这两种高端口数扩展器每个端口都支持1.5和3Gb/s SATA和SAS的数据传输速率，并提供了一种灵活、可升级、高性能的解决方案。大量的测试已验证了该SAS扩展器 IC 和LSI逻辑的其他SAS元器件产品完全的互操作性。
　　LSI逻辑新的高端口数扩展器建立在业界最完善的SAS产品线基础上，该产品线包括12端口扩展器、4和8端口PCI-X及PCI Express控制器IC，LSISAS1078 PCI Express到片上SAS RAID(RAID-on-Chip)解决方案、HBA、MegaRAID适配器卡以及ROMB解决方案。
　　根据最新的报道，LSI逻辑(LSI Logic)公司已经于近日宣布出货LSI 3Gb/s SAS(Serial Attached SCSI)36端口和28端口扩展器(expander)的量产单元。
　　★Adaptec
　　Adaptec不是第一个在市场上推出SAS产品的厂商，不过，Adaptec一出手就不凡，发布了包括SAS HBA、RAID卡、内部存储和外部子系统在内的最宽广的SAS产品线。
　　去年年底，Adaptec同时推出了4块板卡、1款软件和两个外部存储阵列。串行连接SCSI 48300卡具有8个3.0Gb/s SAS/SATA端口，用于提高多媒体和I/O密集型应用的性能，提供RAID 0、1和10数据保护;串行连接SCSI RAID 4800SAS和4805SAS控制器是高性能8端口SAS RAID卡，可通过PCI-X(4800SAS)或PCIe(4805SAS)主机接口安装到服务器，并且都支持SAS或SATA硬盘。
     配置了128MB带ECC保护的DDR2 DRAM和标准的RAID 0、1、10、5和50功能，控制器核心采用Adaptec RAID Code(ARC)，提供增强型数据保护并简化包括热插拔、热备、RAID类别转换、在线容量扩展和优化磁盘利用在内的众多RAID功能的维护;335SAS是高可靠、带4个可热插拔3.5英寸硬盘仓的内部存储柜，可接入SAS和SATA硬盘，包括一个小巧的CD-ROM仓，具有理想的性能和可靠性。
      每个SAS或SATA Ⅱ RAID控制器卡可支持最多两个存储柜;SANbloc 5000f RAID子系统是FC-SAS外部存储解决方案，适用于DAS或SAN，提供高性能输入输出，可安装SAS硬盘作为高可靠的主存储，或接入SATA硬盘提供经济有效的存储容量，也可以在同一系统中混接两种硬盘，并可通过SANbloc S50 JBOD获得容量扩充，支持SMI-S和Microsoft VDS等行业软件标准;SANbloc S50 JBOD是高性能SAS-SAS JBOD产品，可用作DAS、基于主机的RAID阵列，或作为Adaptec SANbloc 5000f的扩展存储，支持SAS或SATA硬盘。
SAS硬盘
　　在希捷收购迈拓之前，迈拓已经推出了自己的SAS硬盘，而且还计划发布更高容量的产品，不过现在在SAS唱主角的也就只剩希捷了，而日立、富士通则 只是推出了相关产品而无法大量供货。
　　★希捷
　　Seagate在04年推出过两款SAS硬盘，分别是Cheetah 15k.4和Savvio 10k.1，采用SAS接口，可以提高硬盘的性能，包括更强的系统稳定性以及总体而言更低的系统维护管理的开销。值得一提的是Savvio 10k.1是一款2.5英寸硬盘。
　　去年年底，采用Serial Attached SCSI (SAS)接口介面，容量为37GB的希捷Cheetah 15K.4硬盘(型号:ST336754SS)终于上市，其电机转速高达15000RPM，内建8MB数据缓存，平均搜寻时间为3.5毫秒，最低零售价为4万1790日元(约合人民币2900元)。
　　目前市面上看到的SAS硬盘基本都是希捷的Savvio，Cheetah还不多见。
　　★前迈拓
　　迈拓被收购之前推出过两款很经典的Atlas 10K V和Atlas 15K II，这两款硬盘还曾经获奖，而业界第一款300GB的高容量SAS硬盘--Atlas 10K V也是迈拓的杰作。
　　Atlas 15K II和 Atlas 10K V在型号上就已经标出了各自的硬盘转数，分别是15000RPM和10000RPM，而两款硬盘都采用了双通道SAS接口，使企业存储系统的可用性更高。
　　★日立
　　去年下半年，日立公司最新的采用Serial Attached SCSI(SAS)和4Gb/s Fibre Channel(4GFC)接口的Ultrastar 15K147系列硬盘产品已经进入量产阶段。
　　日立的3.5英寸 Ultrastar 15K147硬盘提供了超高的性能，平均搜寻时间为3.3毫秒，平均潜伏周期2毫秒，马达转速15，000rpm，内置16MB容量的缓存，分别提供36GB，73GB，147GB三种不同容量版本。
　　4GFC规格硬盘设计用于网络，文件共享，工作组，科研和工程学环境等方面的数据存储。半双工模式下每个端口的接口数据传输率高达400MB/S，全双工模式则可以达到800MB/S。高性能的4GFC接口全兼容之前的2Gb/s和1Gb/s规格硬件，并在保持原有设备的优势性功能特性基础上，提供高达2倍的数据传输性能。
　　★富士通
　　富士通美国分公司在SAS Plugfest 2004大会上展出了他们的小型架构(SFF)硬盘新品。
　　去年3月，富士通正式发布了自己首款采用Serial Attached SCSI(SAS)规格的硬盘产品—MAV20xxRC，这也将是世界上第一款采用SAS规格的硬盘产品。该产品转速为10000rpm，大小为2.5英寸，平均寻道时间为4ms、快取容量为8Mb、SAS传送速度理论值达3Gbps，并且其工作时的耗电量仅为4.5W。首次推出的产品容量将为73Gb与36Gb两种。
总结
　　作为一种新的存储接口技术，SAS不仅在功能上可与Fibre Channel媲美，还具有兼容SATA的能力，因而被业界公认为取代并行SCSI的不二之选。据吴刚介绍，SAS的优势主要体现在:灵活性，可以兼容SATA，为用户节省投资;扩展性，一个SAS域最多可以直连16384个设备;性能卓越，点对点的架构使性能随端口数量增加而提高;更合理的电缆设计，在高密度环境中提供更有效的散热。
      衡量一种技术的优劣通常有4个基本指标，即性能、可靠性、可扩展性和成本。回顾串行磁盘技术的发展历史，从光纤通道，到SATA，再到SAS，几种技术各有所长。光纤通道最早出现的串行化存储技术，可以满足高性能、高可靠和高扩展性的存储需要，但是价格居高不下;SATA硬盘成本倒是降下来了，但主要是用于近线存储和非关键性应用，毕竟在性能等方面差强人意;SAS应该算是个全才，可以支持SAS和SATA磁盘，很方便地满足不同性价比的存储需求，是具有高性能、高可靠和高扩展性的解决方案。