Serial Attached SCSI

Serial Attached SCSI (SAS) — последовательный компьютерный интерфейс, разработанный для подключения различных устройств хранения данных, например, жёстких дисков и ленточных накопителей. SAS разработан для замены параллельного интерфейса SCSI и основывается во многом на терминологии и наборах команд SCSI.

НЖМД с интерфейсом SAS: слева - НЖМД типоразмера 2,5 дюйма, справа — типоразмера 3,5 дюйма, в самом низу — конфета для сравнения

SAS обратно совместим с интерфейсом SATA: устройства 3 Гбит/с и 6 Гбит/с SATA могут быть подключены к контроллеру SAS, но не наоборот.

Последняя реализация SAS обеспечивает передачу данных со скоростью до 24 Гбит/с на одну линию, и на момент начала 2021 года встречается только в линейках Kioxia.

Протокол SAS разработан и поддерживается комитетом T10^[1]. Консорциум производителей различного оборудования под названием SCSI Trade Association (SCSITA) занимается продвижением различных технологий, связанных с SCSI, в том числе SAS.

Введение

Типичная система с интерфейсом SAS состоит из следующих компонентов:

Инициаторы (англ. Initiators)

Инициатор — устройство, которое порождает запросы на обслуживание для целевых устройств и получает подтверждения по мере исполнения запросов. Чаще всего инициатор выполняется в виде СБИС.

Целевые устройства (англ. Targets)

Целевое устройство содержит логические блоки и целевые порты, которые осуществляют приём запросов на обслуживание, исполняет их; после того, как закончена обработка запроса, инициатору запроса отсылается подтверждение выполнения запроса. Целевое устройство может быть как отдельным жёстким диском, так и целым дисковым массивом.

Подсистема доставки данных (англ. Service Delivery Subsystem)

Является частью системы ввода-вывода, которая осуществляет передачу данных между инициаторами и целевыми устройствами. Обычно подсистема доставки данных состоит из кабелей, которые соединяют инициатор и целевое устройство. Дополнительно, кроме кабелей, в состав подсистемы доставки данных могут входить расширители SAS.

Расширители (экспандеры) (англ. Expanders)

Расширители (экспандеры) SAS — устройства, входящие в состав подсистемы доставки данных и позволяющие облегчить передачу данных между устройствами SAS; например, расширитель позволяет подключить несколько целевых устройств SAS к одному порту инициатора. Подключение через расширитель является абсолютно прозрачным для целевых устройств.

Терминология

• Одиночная дифференциальная пара, ведущая от одного устройства к другому (в одном направлении), называется PHY (от physical).
• Пара PHY, образующая дуплексный канал, называется «physical link».
• Один или несколько physical link образуют port. Если порт содержит более одного physical link, то такой порт называется «wide port».
• Каждый port имеет sas_address. Все physical link, анонсирующие один и тот же sas_address, автоматически объединяются в один wide port (например, если у HBA есть 2 4x SAS-интерфейса, то, подключив их все вместе к enclosure, можно получить wide port 8x).

Сравнение SAS и параллельного SCSI

• SAS использует последовательный протокол передачи данных между несколькими устройствами и, таким образом, использует меньшее количество сигнальных линий.
• Интерфейс SCSI использует общую шину. Таким образом, все устройства подключены к одной шине, и с контроллером одновременно может работать только одно устройство. Интерфейс SAS использует соединения точка-точка — каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом.
• В отличие от SCSI, SAS не нуждается в терминации шины пользователем.
• В SCSI имеется проблема, связанная с тем, что время распространения сигнала по разным линиям, составляющим параллельный интерфейс, может различаться. Интерфейс SAS лишён этого недостатка.
• SAS поддерживает большое количество устройств (> 16384), в то время как интерфейс SCSI поддерживает 8, 16, или 32 устройства на шине.
• SAS обеспечивает более высокую пропускную способность (1,5, 3, 6,12 или 24 Гбит/с). Такая пропускная способность может быть обеспечена на каждом соединении инициатор-целевое устройство, в то время как на шине SCSI пропускная способность шины разделена между всеми подключёнными к ней устройствами.
• контроллеры SAS могут поддерживать подключение устройств с интерфейсом SATA, при прямом подключении — с использованием протокола SATA, при подключении через SAS-экспандеры — с использованием туннелирования через протокол STP (SATA Tunneled Protocol).
• SAS, так же, как и параллельный SCSI, использует команды SCSI для управления и обмена данными с целевыми устройствами.

Сравнение SAS и SATA

Различия SAS- и SATA-разъёмов жёстких дисков^[2]

• SAS имеет частичную совместимость с SATA-устройствами лишь на уровне разъёмов и кабелей для подключения отдельных дисков. Устройства SATA используют другой физический уровень (в том числе разный уровень напряжений^[3]) и другой набор команд (ATA). Для подключения SATA-устройства к домену SAS (то есть к SAS-экспандеру) используется специальный протокол STP (англ. Serial ATA Tunneling Protocol), описывающий согласование идентификаторов SAS и SATA^[4].
• Устройства SATA 1 и SAS поддерживают тегированные очереди команд TCQ (англ. Tagged Command Queuing). В то же время устройства SATA версии 2 поддерживают как TCQ, так и NCQ (англ. Native Command Queuing). В современных дисках SAS максимальная глубина очереди равна 256, для дисков SATA — 32.
• Современные диски SAS имеют два физических порта. Это позволяет использовать такие диски в схемах с повышенной отказоустойчивостью, например, в 2-контроллерных системах хранения данных. Для некоторых СХД возможно применение дисков SATA в сочетании с дополнительными SATA-интерпозерами, обеспечивающими двухпортовое подключение^[5].
• Протокол SAS обеспечивает полнодуплексную передачу данных, в то время как SATA работает в полудуплексном режиме^[6][7].
• С дисками SAS может быть реализована сквозная проверка целостности данных (англ. End-to-end Data Protection)^[8].

Инфраструктура SAS

Разъёмы

Как правило, разъёмы SAS значительно меньше разъёмов традиционного интерфейса SCSI, что позволяет использовать разъёмы SAS для подключения компактных накопителей размером 2,5 дюйма.

Существует несколько вариантов разъёмов SAS^[9]:

Изображение	Кодовое название	Также известен как	Внешн./внутр.	К-во контактов	К-во линков	Комментарий
	SFF-8482	SAS-разъём	Внутренний		1	Форм-фактор, совместимый с SATA-устройствами. Позволяет подключить SATA-диск к SAS-контроллеру или бэкплейну SAS. Однако диски с интерфейсом SAS не могут быть подключены к контроллеру SATA, так как разъём SFF-8482 имеет «ключ», не позволяющий подключить обычный SATA-кабель. На рисунке изображён разъём кабеля. Для обеспечения совместимости бэкплейнов SAS как с дисками, так и контроллерами SATA используется разъём SFF-8482 со стороны дисков и SATA-разъёмы для подключения контроллера. Кабели с разъёмом SFF-8482 используются для подключения SAS и SATA дисков напрямую к контроллеру.
	SFF-8484	SAS 4x 32-pin	Внутренний	32 (19)	4 (2)	Разъём с высокой плотностью контактов; в стандарте SFF определены разъёмы для подключения 2 или 4 устройств. В настоящее время считается устаревшим. Вместо SFF-8484 используются разъёмы SFF-8087 (мини-SAS) и SFF-8643 (мини-SAS HD).
	SFF-8485					Определяет en:SGPIO (расширение стандарта SFF 8484) — последовательное соединение, обычно используемое для управления светодиодной индикацией в бэкплейнах SAS.
	SFF-8470	Разъём типа Infiniband CX4	Внешний	32	4	Внешний разъём с высокой плотностью контактов. В настоящее время считается устаревшим. Вместо SFF-8470 используются разъёмы SFF-8088 (внешний мини-SAS) и SFF-8644 (внешний мини-SAS HD).
	SFF-8087	Внутренний мини-SAS, iPASS	Внутренний	36	4	Внутренний разъём с высокой плотностью контактов.
	SFF-8088	Внешний мини-SAS	Внешний	26	4	Внешний разъём с высокой плотностью контактов. Разработан для SAS-2 (SAS-2) (6 Гбит/с на каждый линк)
	SFF-8643	Внутренний мини-SAS HD	Внутренний	36	4	Внутренний разъём с высокой плотностью контактов. Разработан для SAS-3 (12 Гбит/с на каждый линк)
	SFF-8644	Внешний мини-SAS HD	Внешний	36	4	Внешний разъём с высокой плотностью контактов. Разработан для SAS-3 (12 Гбит/с на каждый линк)

Кабели

Спецификациями SAS 2.1 и 3.0 предусмотрена максимальная длина кабелей для внешних подключений^[10]:

• 10 метров для пассивных медных кабелей;
• 25 метров для активных медных кабелей;
• 100 метров для оптических кабелей^[11].