Im klassischen professionellen SCSI-Markt zählen abseits von Performance Argumente wie Skalierbarkeit und Verfügbarkeit. Hier bringt Serial Attached SCSI gegenüber seinen parallelen Vorfahren entscheidende Änderungen mit. Das parallele SCSI hat mit dem aktuellen Ultra320-SCSI den Höhepunkt des technisch sinnvoll Machbaren erreicht. Wie bei anderen Schnittstellen und Bussystemen erfolgt auch bei SCSI der Umstieg auf den seriellen Betrieb.
Im ersten Schritt soll Serial Attached SCSI Übertragungsraten von bis zu 300 MByte/s (1000er-Basis) erreichen, die Roadmap sieht bis 2010 Übertragungsraten von bis zu 1200 MByte/s vor.
Serial Attached SCSI (SAS) verspricht Software-Kompatibilität, günstigere Steckverbinder, bessere Skalierbarkeit, höhere Geschwindigkeit sowie Unterstützung von SATA-Festplatten. Serial Attached SCSI bringt nicht nur Potenzial für weitere Entwicklungen mit, sondern bietet auch deutlich mehr Flexibilität als seine Vorgänger. Dafür sorgen unter anderem die Anleihen bei SATA und Fibre Channel, die in Serial Attached SCSI einflossen.
Serial Attached SCSI
Mit Ultra320-SCSI ist die parallele SCSI-Schnittstelle nach über 20 Jahren in ihrer jetzigen Form ausgereizt. Zu aufwändig und teuer wäre es, den Anforderungen der nahen Zukunft mit einem parallelen Interface zu begegnen. Bereits bei Ultra320-SCSI waren Techniken wie AAF erforderlich, um einen sauberen Signaltransport zu gewährleisten. Bei Ultra640-SCSI wären die Reflexionen bereits so stark wie die Signale selbst. Der elektrische Aufwand zur Realisierung wäre immens - und ein weiterer Fortschritt nur noch schwerlich absehbar.
Serial Attached SCSI ist wie SATA eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung und kein paralleler Bus. Zwischen dem SAS-Host-Bus-Adapter und den einzelnen Endgeräten verwendet SAS wie SATA einzelne Verbindungen. Damit entfallen auch die für SCSI bisher typischen Problematiken hinsichtlich Verkabelung und Terminierung. Darüber hinaus wird ausgeschlossen, dass ein defektes Kabel oder Endgerät die anderen beeinflusst. SAS übernimmt die für SATA eingeführten Kabel mit einer Steckverbindung, die Verwechslungen ausschließt. SATA-Geräte lassen sich an SAS nutzen, jedoch nicht umgekehrt.
In der ersten Stufe sieht SAS eine Bandbreite von 3 Gbit/s vor. Dies soll eine Datentransferrate von 300 MByte/s genügen. Anders als bei Ultra320-SCSI müssen sich die Endgeräte die Bandbreite nicht teilen. Wie unser Test (Webcode: a1076) von Ultra320-SCSI zeigt, gerät ein Single-Channel-Controller bereits mit vier angeschlossenen Festplatten an seine Grenze. Darüber hinaus erfolgt bei SAS die Datenübertragung im Vollduplex-Modus. In Sachen Kabellängen unterstützt SAS wie SATA eine interne Kabellänge von einem Meter, die Spezifikation sieht zudem externe Kabel von bis zu zehn Metern Länge vor.
Neu: Dual-Porting
Das in der SAS-Spezifikation vorgesehene Dual-Porting erlaubt den Anschluss einer SAS-Festplatte an zwei unterschiedliche Host-Adapter. Damit lassen sich redundante Architekturen einfach realisieren. Zusätzlich erlaubt SAS die Zusammenfassung von Ports in einer Art Kanalbündelung, um die Performance zu erhöhen. Bisher verfügten nur Fibre-Channel-Festplatten im 3,5-Zoll-Formfaktor über eine Dual-Port-Lösung. Mit Serial Attached SCSI hält dieses Feature nun auch bei 2,5-Zoll-Festplatten Einzug. Bei SAS besitzt jeder Port eine individuelle Adresse, sodass ein simultaner Zugriff von beiden Host-Controllern aus erfolgen kann. Damit weist SAS einen entscheidenden Vorteil gegenüber Ultra320-SCSI und SATA auf.
Bei SATA soll der im Herbst 2003 vorgestellte Port Selector für einen redundanten Datenpfad sorgen. Mit dessen Hilfe lassen sich ebenfalls zwei Host-Controller an ein SATA-Gerät anschließen. Da das Endgerät jedoch nur einen Port besitzt, kann jeweils nur einer der beiden Controller zugreifen. Das Umschalten der Ports muss zwischen den beiden Host-Controllern abgestimmt werden und dabei muss sichergestellt sein, dass die Ports beim Umschalten nicht aktiv sind. Ein simultaner Zugriff wie bei Serial Attached SCSI ist nicht möglich.
Auf dem Intel Developer Forum im Februar 2004 demonstrierte Seagate bereits eine 2,5-Zoll-SAS-Festplatte im Dual-Port-Betrieb. Bei der Demonstration griffen zwei unabhängige Systeme auf die verwendete Savvio-Festplatte zu. Jedes System spielte dabei einen Video-Stream ab.
SAS-Topologie
Gegenüber dem traditionellen parallelen SCSI geht SAS in Sachen Skalierbarkeit auf Expansionskurs. Punkt-zu-Punkt-Verbindungen erlauben höhere Bandbreiten als parallele Lösungen. Um allerdings mehr Geräte an einem Controller zu betreiben, als dieser Ports bietet, sind entsprechende Erweiterungseinheiten erforderlich. Mit den so genannten Expandern wird hierfür bei SAS eine neue Geräteklasse eingeführt. Diese Expander agieren als eine Art Switch zwischen dem Host-Adapter und den Endgeräten und übernehmen die Verwaltung derselben. An einen Edge-Expander lassen sich bis zu 128 SAS-Endgeräte anschließen. Ein so genannter Fanout-Expander verträgt bis zu 128 Edge-Expander-Sets, so dass sich in einer SAS-Umgebung mehr als 16.000 Endgeräte betreiben lassen. Das ist weniger als bei Fibre Channel, aber deutlich mehr als bei parallelem SCSI.
Eine derart hohe Anzahl an möglichen Endgeräten macht die Verwaltung komplexer, als dies beim bisherigen SCSI der Fall war. Beim parallelen SCSI erfolgt die Einstellung der Adressen hardwareseitig. Als Identifikation arbeitet SAS mit den WWN (World WideNames), die als eindeutige Kennung für SCSI-Geräte fungieren. In einer SAS-Umgebung betriebene SATA-Geräte bekommen von den Expandern eine WWN-Kennung zugewiesen.
Serielle Verkabelung
Wie erwähnt verwendet SAS die von SATA bekannten Kabel und adaptierte Steckverbinder. SCSI-Festplatten sind nicht als notorische Einzelgänger bekannt, sondern treten in der Regel in Gruppen auf. Das macht die Verkabelung bei parallelen SCSI-Einheiten entsprechend komplex. Neben den empfindlichen und teuren 68-poligen SCSI-Kabeln sind auch die aktuellen unterschiedlichen Steckverbindungen kein Garant für Flexibilität.
Abseits der elektrischen Auswirkungen, wie dem Übersprechen, bietet die serielle Verkabelung noch einen anderen - augenscheinlich profanen - Vorteil: SCSI-Festplatten arbeiten nicht nur ungern alleine, sie tun dies darüber hinaus mit hohen Umdrehungszahlen. Beide Faktoren zusammen erfordern ein durchdachtes Design hinsichtlich der Temperaturentwicklung. Dies um so mehr, da bei der Entwicklung von Storage-Lösungen der Raumbedarf zunehmend an Bedeutung gewinnt.
Bei einer seriellen Verkabelung lässt sich ein ausreichender Luftstrom deutlich leichter realisieren als beim aktuellen Parallel-SCSI.
Darüber hinaus erleichtern die kleineren Steckverbinder die Verwendung von Festplatten mit kleinerem Formfaktor. So entwickelt Seagate eine Enterprise-Festplatte für SAS im 2,5-Zoll-Format. Und last but not least sorgen die serielle Verkabelung sowie die Kompatibilität zu SATA für günstigere Backplanes. Je nach Anwendung lässt sich entscheiden, ob SAS- oder SATA-Drives zum Einsatz kommen, die vorhandene Umgebung bleibt identisch.
Kompatibilität
Eine wichtige Eigenschaft von Serial Attached SCSI ist die Kompatibilität zum bisherigen SCSI. Eine Anpassung von Applikationen und Betriebssystemen an SAS ist nicht oder nur geringfügig notwendig. Serial Attached SCSI arbeitet mit drei Protokollen:
Das SSP (Serial SCSI Protocol) ist die serielle Umsetzung des bestehenden SCSI-Protokolls. Das STP (Serial Tunneling Protocol) kümmert sich um die Umsetzung der SATA-Befehle für die gegebenenfalls angeschlossenen SATA-Festplatten. Das SMP (SCSI Management Protocol) liefert die Verwaltungsinformationen und ist damit auch für das Management der Vielzahl der möglichen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zuständig. Alle drei Protokolle teilen sich kompatible Verbindungen und das Hardware-Interface. Wie SATA und Fibre Channel bedient sich Serial Attached SCSI der 8B/10B-Kodierung für die Übertragung.
Serial Attached SCSI und Serial ATA verwenden den gleichen Steckertyp. Eine Kerbe am Stecker verhindert, dass sich eine SAS-Festplatte an einen SATA-Controller anschließen lässt. SAS arbeitet mit höheren Spannungen als SATA, da das Signal gegebenenfalls längere Strecken oder Backplanes überwinden muss. Bei der Initialisierung der SAS-Umgebung erfolgt die Erkennung der einzelnen Endgeräte mit der Zuweisung des entsprechenden Protokolls und der Signale je nach SATA- oder SAS-Endgerät.
SCSI-Roadmap
Das im Jahr 2002 eingeführte Ultra320-SCSI ist die letzte parallele Version von SCSI. Branchenkenner gehen momentan innerhalb der installierten SCSI-Umgebungen von einem Anteil von zehn Prozent Ultra320-SCSI aus. Das ursprünglich als Nachfolger geplante Ultra640-SCSI ist nicht mehr in der Diskussion. Gründe dafür dürften unter anderem die erwähnten technischen Schwierigkeiten bei der Umsetzung sein. So sorgt etwa die Verkabelung für extreme Probleme. Eine einfache Migration auf einen neuen Standard wäre deshalb kaum möglich.
Erste Produkte mit Serial Attached SCSI soll es im Jahr 2004 mit einer Datenübertragungsrate von 300 MByte/s geben, konkret wird die zweite Jahreshälfte als Einführungsdatum von Endprodukten genannt. Im Jahr 2004 geht man bei SCSI-Festplatten von sequenziellen Datentransferraten von 127 MByte/s aus. 2006 sollen es 238 MByte/s sein. Damit wäre ein SAS-300-Kanal inklusive Overhead schon ausgereizt. Für das Jahr 2007 ist deshalb die nächste SAS-Variante mit einer Bandbreite von 600 MByte/s geplant. Bereits ab Anfang 2005 wollen die Hersteller konkret am nächsten SAS-Standard arbeiten. Neben der höheren Geschwindigkeit soll diese SAS-Version auch neue Features beinhalten. Serial SCSI 1200 soll 2010 an den Start gehen. Die Bandbreite von 1200 MByte/s wäre dann auch nötig, denn eine Festplatte liefert nach Ansicht der SCSI Trade Association zu diesem Zeitpunkt bereits 830 MByte/s sequenzielle Datentransferrate.
SAS - Status quo 2004
Anfang 2004 demonstrierten mit Hitachi, Maxtor und Seagate drei Festplattenhersteller das Erreichen von 3 Gbit/s über SAS. Angesteuert wurden die Festplatten von dem LSI Logic SAS-Controllerchip SAS1064, der Anfang 2004 vorgestellt worden war. Endprodukte wie einen Host Bus Adapter mit vier oder acht Ports sowie einen Expander hat LSI Logic zumindest angekündigt.
Konkreter war Seagate bei der Vorstellung der 2,5-Zoll-Festplatte Savvio: als Zeitpunkt für die Markteinführung der SAS-Variante wurde September/Oktober 2004 genannt. Die 2,5-Zoll-Festplatte Savvio arbeitet mit einer Umdrehungszahl von 10.000 U/min. In einer 1- und 2-Plattern-Konfiguration bietet Seagate die Savvio entsprechend mit 36 und 73 GByte Kapazität an.
Hitachi zeigte seine funktionsfähigen 2,5-Zoll-Serverfestplatten auf dem ersten SAS-Plugfest. Fujitsu stellte bei gleicher Gelegenheit einen Prototyp seiner 2,5-Zoll-Festplatte mit Serial Attached SCSI vor. Im Dezember 2003 hatte Fujitsu die Testphase des 2,5-Zoll-Drives mit einer Datenrate von 3 Gbit/s angekündigt. Die Festplatte für den Enterprise-Einsatz soll mit einer Kapazität von bis zu 73,5 GByte auf den Markt kommen. Auf dem SAS-Plugfest finden Tests hinsichtlich der Interoperabilität der Komponenten statt, mehr als ein Dutzend Unternehmen zeigen dort ihre SAS-Lösungen. Zwei weitere dieser Events sind für das zweite und dritte Quartal 2004 angekündigt.
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