搭配SAS/SATA　PCIe打入儲存市場

具備更高傳輸速率的固態硬碟(SSD)現身。繼日立(Hitachi)之後，希捷(Seagate)亦於SCSI Trade Association技術研討會上展示12Gbit/s的SSD，顯見未來具備更高傳輸速率的SSD產品將日益普及。

然而SSD透過SAS介面不斷提高傳輸速率的同時，價格也不斷攀升，且現有的SATA與SAS傳輸介面的傳輸速率卻未能突顯SSD的高傳輸速率特性，因此業者已將目光焦點鎖定傳輸速率更高的PCI Express(PCIe)，並推出各式新標準規範。

突顯SSD高速讀寫效能　PCIe新規現身

由於目前SATA與SAS的標準為針對傳統硬碟所設計，用於SSD時，無法充分發揮SSD的高速特性，因此直接透過PCI Express連接SSD的概念已崛起。

圖1　艾薩台灣區技術工程部資深經理王岳忠表示，新的PCI Express儲存規格將不會取代既有的SATA或SAS介面，原因在於，傳統硬碟不會於儲存市場消失。

艾薩(LSI)台灣區技術工程部資深經理王岳忠(圖1)表示，SSD的儲存速度與效能使其成為未來大勢所趨，現階段為能讓SSD與個人電腦相容，須透過SATA介面轉接為PCI Express訊號，不過，透過一層訊號的轉換，傳輸速率上就無法有更佳的表現。

另外，SSD硬碟為配合SATA與SAS須模擬為傳統硬碟的運作方式，也將使SSD無法有效展現高讀寫速度的優勢。王岳忠進一步解釋，事實上，SSD內部為完全的數位訊號，不若傳統硬碟具備機械式的讀寫頭與磁區。然而SATA介面的設計會主動詢問個人電腦(PC)開機須要用到哪些磁區或是其他參數，這些都是SSD不具備的部分，因此SSD得模擬為傳統硬碟，將影響其效能表現。

事實上，受限於磁頭轉速、密度等機械限制，目前傳統SAS硬碟傳輸速率理論值為600MB/s(6Gbit/s)；而SATA硬碟實際速率僅可達理論值的四分之一，即150MB/s。

標準SATA SSD速率則可達500MB/s，已相當接近600MB/s的理論值，若再加上PCI Express 3.0，將可更加提升SSD的存取速度。

為解決上述問題，讓PCI Express直接與SSD連結的方式，已獲得儲存產業界的重視，並衍生新的標準規範。如從傳統硬碟延伸的SATA Express與SCSI Express，以及從記憶體角度出發的非揮發性記憶體(NVM)Express。

王岳忠指出，從各標準規範名稱即可看出應用領域，SATA Express(SATA-E)用於成本較低的SATA SSD，鎖定消費性市場；SCSI Express即為企業儲存用SAS硬碟，NVM Express則是針對SSD內部快閃記憶體所設計的傳輸介面。

目前SCSI Express與NVM Express仍處於規格討論的階段，SATA Express已於2011年底定，三者皆採用PCI Express 3.0可達8Gbit/s的規格，由於SCSI Express須相容於SATA Express，預期問世時間將較慢。

值得注意的是，三種新規格鎖定的儲存市場稍有重疊，難免發生競爭狀況。王岳忠認為，SAS SSD成本高、容量小，但夠穩定，也可透過雙通道的介面布建大型的儲存系統，此為單通道的SATA無法企及的優點；而NVM Express打造大型的儲存裝置時將遇到瓶頸，因此目前尚無法判定何種新介面將勝出市場，艾薩不會押寶某一種技術。

近期艾薩也推出支援PCI Express的儲存介面卡。王岳忠指出，在標準規範尚未全面底定前，目前各家業者支援PCI Express的產品皆為各自為政的狀況，且無法互通。

SATA Express集成本、效能優勢於一身

就標準制定的情形來看，結合SATA與PCI Express技術優點的SATA Express新標準已正式底定。包括英特爾(Intel)在內的SATA與PCIe晶片商皆已加速產品研發，並預計2012年底陸續推出。至於終端產品則將於2013年問世，可望在消費性電子儲存與大資料量傳輸應用領域嶄露鋒芒。

圖2　太克科技時域事業群BERT產品組合產品經理John C Calvin表示，SATA Express可相容所有SATA介面儲存產品，但該新技術並不以取代SATA為宗旨。

太克科技(Tektronix)時域事業群BERT產品組合產品經理John C Calvin(圖2)表示，現階段，消費者對於消費型儲存裝置效能的要求越來越高，但同時也須滿足低成本特性，因此以PCI Express 3.0為主要技術架構、SATA 3.0為介面接口的SATA Express規範遂被提出。

事實上，SATA與SAS各有優劣勢，主要應用區隔在於SATA鎖定消費型儲存裝置產品，而SAS則是聚焦伺服器與大型的儲存裝置。Calvin認為，SATA具備低成本、低功耗與低雜訊特性，惟儲存容量與效能不及SAS；但採用PCI Express的SATA Express不僅承襲SATA優點，且進一步提升SATA效能，因此相當受到市場矚目。

日前SATA Express規格已正式定案，2013年第三季測試規範也將塵埃落定，將加速SATA Express產品的推出。Calvin指出，隨著今年底SATA Express晶片發布，儲存裝置將為最先推出的終端裝置。包括專注於PCI Express與SATA傳輸介面研發的業者，皆將投入SATA Express的發展，其中，英特爾將是最大的推動者。

據了解，SATA Express兩條纜線的設計可用於消費性領域，而四條纜線的設計也可用於伺服器市場。Calvin強調，SATA Express四條纜線的總傳輸速率雖然仍不及SAS，但差距不大，不過SATA Express成本較SAS低許多，因此未來SATA Express在伺服器市場也將開啟一片天。

值得注意的是，為縮短SATA Express產品上市時間，SATA-IO協會也將於今年秋天確定未來SATA Express產品認證的形式。Calvin分析，若是透過認證實驗室進行產品規格與相容性測試(IOT)，業者可隨時將產品送交認證，毋須等待1年僅幾次的插拔大會，有助加速產品上市時程。

借助PCIe　Thunderbolt亦相中儲存市場

由於Thunderbolt採用PCI Express與DisplayPort技術架構，因此在PCI Express受到儲存產業重視的同時，市場也出現Thunderbolt有意透過PCI Express技術特性，進軍儲存市場的說法。

傳威(TranSwitch)業務拓展總監林銘賢指出，目前採用個人電腦儲存裝置，仍需要PCI Express轉為SATA訊號，才能順利連結，若直接用PCI Express輸入/輸出(I/O)接腳進行連接，速度將可更上一層樓，這也是儲存產業推出加入PCI Express技術的新傳輸介面原因。推測Thunderbolt將利用PCI Express先進入儲存裝置市場，待時機成熟，再改打Thunderbolt技術。

不過，PCI Express在儲存市場仍有成本較高的問題待解，林銘賢分析，現階段PCI Express製程中，實體層(PHY Layer)的設計仍占太多的資源，且導入儲存市場須重新設計PHY，都是造成PCI Express價格居高不下的原因。未來進入更先進與更小的製程節點後，成本將不再是阻礙PCI Express大展身手的問題。

對於業者認為Thunderbolt欲借PCI Express進入儲存市場，王岳忠認為，Thunderbolt發展機會不大，原因在於，Thunderbolt採用的是PCI Express 2.0的版本，四條纜線理論值最高傳輸速率為500MB/s，對個人電腦使用者而言雖已足夠，但用於企業儲存市場仍無法滿足需求。

太克科技高速串行標準高級技師Jit-Loke Lim也表示，雖然Thunderbolt內部採用PCI Express技術，但與Thunderbolt進軍儲存市場並無太大關係，未來Thunderbolt將在儲存裝置架構中扮演儲存裝置對外的傳輸技術；儲存裝置內部的傳輸介面仍將以SATA與SAS為主。

不過，Thunderbolt串接裝置的特性，接近磁碟陣列(RAID)的概念，因此個人工作室、影音編輯等將最適合Thunderbolt發揮的應用市場。英特爾亞太區技術行銷服務事業群產品行銷經理黃中成則強調，該公司對Thunderbolt的規畫，主要將鎖定消費性電子市場，因此儲存或是雲端資料中心將不是Thunderbolt預計發展的領域。

分析PCI　Express獲得儲存產業重視的原因，創惟科技行銷部資深技術行銷經理魏駿雄認為，SATA 3.0與SAS 2.0目前傳輸速率為6Gbit/s，但PCI Express 3.0可達8Gbit/s，再加上PCI Express可透過二的倍數擴增到八條纜線，總傳輸頻寬將高出SATA與SAS數倍，因此針對通道數多與需要高效能的伺服器應用，以及企業儲存系統，PCI Exprerss介面即獲得青睞，因此包括NAND Flash、網路伺服器與個人電腦(PC)業者，皆紛紛推展PCI Express介面的產品。

Calvin強調，雖然PCI Express於儲存產線逐漸受到重視，但成本將影響其市場普及度，預期高階市場為PCI Express儲存介面主要應用領域。