Serial Attached SCSI

SAS-Anschluss einer Festplatte

Serial Attached SCSI (SAS) ist eine Computerschnittstelle, die 2004 die Nachfolge der bisherigen parallelen SCSI-Schnittstelle antrat.

Hintergrund

Der Vorläufer von SAS war die parallele Schnittstelle SCSI mit ihrem finalen Standard Ultra-320 SCSI. Dieser stellte allerdings die physikalischen Grenzen von SCSI dar, da die Signallaufzeit der einzelnen Bits auf dem parallelen Bus zu unterschiedlich wurde. Die Taktrate am Bus musste so begrenzt werden, dass das langsamste und das schnellste Bit noch zum Bit-Abtast-Zeitpunkt ausgewertet werden konnten. Dieses Vorgehen widersprach aber der Zielsetzung, die Leistungsfähigkeit des Busses weiter zu steigern. Folglich wurde eine neue Schnittstelle konzipiert, die seriell ausgelegt war und somit größere Leistungsreserven bot. Da bereits einige Jahre vorher die serielle Schnittstelle Serial ATA (S-ATA) in Desktop-PCs eingeführt wurde, lag es außerdem nahe, den SCSI-Nachfolger weitgehend zu S-ATA kompatibel zu halten, um durch Wiederverwendbarkeit die Entwicklungs- und Herstellungskosten zu verringern.

Technik

SAS-Backplane

Auf der Bitübertragungsschicht arbeitet SAS seriell mit einer Übertragungsrate von 3 Gbit/s (erste Ausbaustufe, 2004), 6 Gbit/s (zweite Ausbaustufe, 2009) oder 12 Gbit/s (dritte Ausbaustufe, voraussichtlich 2013). Im Vergleich zu S-ATA wird auf den Kabeln ein größerer Spannungsbereich verwendet. Auf der Sicherungsschicht wird als Modulation wie bei S-ATA ein 8B10B-Code verwendet, d. h., zehn übertragene Bit enthalten acht Bit Nutzdaten. Dadurch entsprechen die genannten Übertragungsraten jeweils 300, 600 oder 1200 MB/s Nettodatendurchsatz.

Im Gegensatz zu seinem Vorgänger ist SAS eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Zum einen entfallen dadurch die bei SCSI typischen Terminatoren, die dort eine Signalspiegelung an Kabelenden vermeiden. Zum anderen entfällt so die Notwendigkeit, den Laufwerken manuell SCSI-IDs zu vergeben: Jedes SAS-Gerät hat eine weltweit eindeutige Adresse.

Der SAS-Standard sieht weiter oben im Protokollstapel drei Protokolle vor, um Gerätekommunikation zu ermöglichen:

• SAS SCSI Protocol (SSP), die serielle Variante des SCSI-Protokolls. SAS-Endgeräte und SAS-Controller nutzen dieses, um miteinander zu kommunizieren.
• S-ATA Tunneling Protocol (STP), das das S-ATA-Protokoll tunnelt. Dadurch ist es möglich, S-ATA-Laufwerke an SAS-Controllern einzusetzen.
• SAS Management Protocol (SMP), für das Management von Expandern.

Expander

SAS ist nicht nur als Verbindungsprotokoll zwischen Controller und Endgeräten konzipiert, sondern erlaubt mit Hilfe so genannter „Expander“ auch, eine Speicherdomäne aus SAS-Geräten aufzubauen. Diese Geräte haben eine ähnliche Funktion wie die aus der Netzwerkwelt bekannten Switches. Dabei wird zwischen zwei Expander-Typen unterschieden:

• Der Edge Expander bündelt theoretisch bis zu 128 Endgeräte (praktisch erhältlich bis zu 36) auf ein einzelnes SAS-Kabel. Indem dieses an den Controller angeschlossen wird, ist es möglich, wesentlich mehr Geräte an einem Controller zu betreiben als dieser Ports bietet. Es können bis zu zwei Edge Expander pro Controller benutzt werden.
• Reichen die durch Edge Expander erweiterten Möglichkeiten nicht aus, kommen Fanout Expander ins Spiel. Diese können zwischen Controller und Edge Expander gestellt werden und fächern dabei den einzelnen Controlleranschluss auf bis zu 128 auf (engl. fan out). Durch Einsatz beider Expander-Typen erhöht sich die theoretische Maximalanzahl an Endgeräten auf 128×128=16384 Laufwerke.

Leitungsbündelung und Dual Porting

SAS-Festplatten haben üblicherweise zwei SAS-Anschlüsse. Diese können entweder zur Leistungssteigerung gebündelt werden, so dass sie zusammen bis zu 12 GB/s übertragen können (zweite Ausbaustufe). Oder man setzt sie zum Dual Porting ein, das es erlaubt, die beiden Ports der Festplatte an unterschiedlichen Host-Adaptern anzuschließen. Damit sind redundante Architekturen einfach zu realisieren. Bereits auf dem Intel Developer Forum im Februar 2004 demonstrierte Seagate eine 2,5-Zoll-SAS-Festplatte im Dual-Porting-Betrieb. Bei der Demonstration griffen zwei unabhängige Systeme auf die verwendete Festplatte zu, die jeweils einen Video-Stream von dieser Platte abspielten.

Stecker und Kabel

SFF-8484-Kabel

SAS übernimmt die S-ATA-Steckverbindungen in leicht abgeänderter Form: Die Buchsen sind mit einem Steg zwischen Daten- und Stromanschluss versehen, die Stecker entsprechend mit einem Keil. Dadurch können keine S-ATA-Kabel in SAS-Geräte gesteckt werden, wohl aber SAS-Kabel in S-ATA-Geräte. Diese Eigenschaft wurde aufgrund der geplanten Abwärtskompatibilität zu S-ATA bewusst entwickelt.

Im Laufe der Zeit haben sich verschiedene Steckertypen etabliert, die in mehreren SFF-Standards spezifiziert sind:

Bild	Name	Andere Namen	Extern/Intern	Anz. Verbinder	Geräte	Kommentar
	SFF-8482		intern	7	1	Für interne Verbindungen, kompatibel zu S-ATA-Laufwerken. Das Bild zeigt einen laufwerksseitigen Stecker.
	SFF-8484		intern	32 (19)	4 (2)	Für zwei- oder vierkanalige interne Verbindungen.
	SFF-8485					Definiert SGPIO (Erweiterung von SFF 8484), ein serielles Protokoll z.B. für LED Anzeigen verwendet.
	SFF-8470	Infiniband Stecker	extern	32	4	Für vierkanalige externe Verbindungen, auch bei InfiniBand in Anwendung. Wird auch als interner Stecker verwendet.
	SFF-8087	intern mini-SAS, intern mSAS	intern	36	4	Molex Stecker. Für vierkanalige interne Verbindungen. Wesentlich kleiner als SFF 8484. Auch für zukünftigen 10 Gbit/s Standard.
	SFF-8088	Extern mini-SAS, extern mSAS	extern	26	4	Molex Stecker, für vierkanalige externe Verbindungen. Auch für zukünftigen 10 Gbit/s Standard.

Vergleich zwischen SAS und S-ATA

Schnittstelle	SAS (zweite Ausbaustufe)	S-ATA (Serial ATA 6.0 Gbit/s)
Übertragungsrate je Port	6,0 GBit/s ≘ 600 MB/s	6,0 GBit/s ≘ 600 MB/s
Codierung	8B10B-Code	8B10B-Code
Spannungshub (Tx/Rx)	800–1600 mV / 275–1600 mV	600–900 mV / 325–900 mV
Impedanz	100 Ω	100 Ω
Verbindungsart	vollduplex	halbduplex
Leitungsbündelung	Port Aggregation	nein
Dual Channel	bei Festplatte (12 GBit/s ≘ 1200 MB/s)	nein
Anschlusstechnik	Multi-Initiator	Single-Host oder Multilane

• 

  Festplattenanschluss Unterseite

• 

  Festplattenanschluss Oberseite

• 

  SAS-Backplane

• 

  SFF-8484-Steckverbinder

Weblinks

 Commons: SAS connectors – Sammlung von Bildern

• Offizielle SAS-Seite der SCSI Trade Association
• SAS-Steckerspezifikationen
• Fortschrittliche Steckerlösungen setzen Potenzial von SAS-1200 frei – Workshop auf SearchStorage.de
• "Update - Grundlagen: Serial Attached SCSI" beim Storage-Portal speicherguide.de
• "Grundlagen: Serial-Attached-SCSI-2 (SAS-2)" beim Storage-Portal speicherguide.de
• T10 Technical Committee (Zuständig für den SAS-Standard)