SATA從1.5Gbps升級到3Gbps，低價的優勢在內接儲存市場無敵稱霸王；如今，SATA III的6Gbps，飛上了更高的雲端，其誘人的龐大頻寬，不僅威脅到高階企業市場，也是拉拔USB 3.0的催化劑；SATA III加上了USB 3.0的光環，無論在HDD還是SSD市場，始終還是要縱橫天下。
SATA儲存介面王：
SATA今日稱王，不是篡位奪權而是權力進化論。打開硬碟儲存介面史，有兩個歷史定位的老前輩ST-506與SASI，前者是IDE的雛型，後者卻是SCSI的前身。而兩者的創始人皆是Alan Field Shugart。
<<< ST-506介面。>>>(原文圖表請參見本刊8-9月號印刷版)
<<< SASI 介面。>>>
注：SASI的全名是Shugart Associate System Interface。
IDE的標準規格，嚴格說來該是ANSI Standard X3.221-1994標準化的ATA-1。然後隨著時間環境點滴變化，ATA的升級馬不停蹄。直到SATA的出現，開創了另一種新的局面，也埋下了往前奔跑的伏筆。
規格名稱 通稱 規格化時期 傳送速度(MB/sec)
PIO Single Mode DMA Multi Mode DMA Ultra DMA SATA
ATA-1 IDE 1994年 3.3/5.2/8.3 2.1/4.2/8.3 4.2 N/A N/A
ATA-2 EIDE 1996年 3.3/5.2/8.3/11.1/16.7 4.2/13.3/16.7
ATA-3 EIDE 1997年 N/A
ATA/ATAPI-4 UltraATA/33 1998年 16.7/25.0/33.3
ATA/ATAPI-5 UltraATA/66 2000年 16.7/25.0/33.3 /44.4/66.6
ATA/ATAPI-6 UltraATA/100 2002年 16.7/25.0/33.3/ 44.4/66.6/100.0
ATA/ATAPI-7 UltraATA/133 2005年 16.7/25.0/33.3/44.4/66.6/100.0/133.3 SATA/150
<<< ATA的一路進化史跡。>>>
<<< 較新的ATA-8。>>>
回顧一張有歷史歲月泛黃的英特爾IDF簡報，早已預告了SATA的遠圖霸業；只是，6Gbps的版本竟然來得比預期還要晚了2年多。
<<< SATA的藍圖霸業在 2000年之際確立。取自IDF fall 2000。>>>
當前的局勢，看來還是以3Gbps SATA為應用大宗。
<<< H55與H57晶片組。>>>
好一個凡事向錢看的年代呀。曾幾何時，很多免費的規格，竟然也開始伸手要錢了。錢非萬能，然而，沒錢卻是萬萬不能啊。要命的年代!
HDMI 1.4要錢，SATA的新舊規格通通索錢。VESA制定的規範也是一樣的。反正通通要逼您加入會員，乖乖地繳交年費。這事有點不對路不合邏輯，若是從事於這方面的開發，花錢買文件還說的過去。對於下游產品的製造商或是組裝商甚至經銷商，譬如筆電，僅是使用晶片組提供的連接埠罷了，既不從事相關開發，也幾乎不會涉及內部的技術；加入會員有何利益實在看不出來，徒然浪費可愛的金錢罷了。如果依照連接埠來繳交合情合理權利金，才算是合理吧，才算是有佛心。不過，看來比登天還難。
<<< SATA伸手要錢錢。要3.0規格，拿出25美元來。>>>
<<< 想看DisplayPort 1.2，也一樣拿出錢來!。>>>
套一句慧慈的經典話語『Oh! My God』。這就是現實與事實。
SATA III進化戰鬥版、現身江湖：
SATA ，乃 是 Serial ATA (Serial Advanced Technology Attachment)的縮寫名稱，它是屬於一種電腦IO匯流排，主要的功能是作為主機板和大量儲存裝置，比如硬碟以及光碟機等之間的資料傳輸之用。
今日，SATA分別有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gbit/s和SATA 6Gbit/s三種規格的存在。
後兩者往往使用SATA II (Gen 2)與SATA III(Gen 3)來稱呼或表示。不過規格還是有更新，因此，才會有SATA 2.5版與SATA 2.6版的存在。
*. SATA 1.0： 1.5Gbps，2000年。
*. SATA 2.0： 3Gbps，2002。
*. SATA 2.5：2005，統合SATA 1.0a與SATA 2.0。
*. SATA 2.6：2007，追加了1.8吋產品專用Micro ATA連接器以及嵌入式Mini SATA。
*. SATA 3.0：6Gbps，2009/5/27規格策定完了，獨立控制器先行出現，晶片組的內建該是AMD走在前頭吧 (2010的890GX)。
SATA規格係由SATA-IO (Serial ATA International Organization)所進行策劃制定。當然也有Logo的規範。
<<< SATA的相關Logo。>>>
SATA也有衍生的eSATA，係針對外接上的應用；不過，無敵介面王升級版USB 3.0的出現，也許是致命的風暴剋星，給於eSATA一擊重拳。eSATA的產品日漸撤退，比如說，東芝原本的某些液晶電視內建eSATA，已經消失了蹤影；隨身碟似乎也是走著同樣的命運腳步。USB 3.0才是外接的王道。
<<< 6Gbps SATA硬碟早已現出江湖上。>>>
<<< 率先支援6Gbps SATA的890GX晶片組。>>>
由於晶片組對於6Gbps SATA的支援少的可憐，還有一個略帶委曲求全的辦法，那就是買一塊介面卡插到PCI Express gen2的插槽上。不過，此種方案從邏輯上來說，並非美策；畢竟，PCI Express gen2的頻寬雖有5Gbps，無法徹底發揮6Gbps的實力；PC Express gen3雖然可以解消這個問題，可是來日卻是難以預期。
<<< 6Gbps SATA介面卡範例。>>>
不知何故，主機板業者似乎不敢得罪所謂的「玩家族群」，駱個蟀個做一大堆；譬如說，所謂的HTPC(Home Theater PC)，實在看不出其邏輯存在的合理性，要把玩家庭劇院就利用客廳環境，欣賞藍光的卓越畫質逼迫力。PC的使用環境，怎麼完環繞啊。光是兩個喇叭，桌上的佈線醜到不行。
況且，PC的聲音輸出，若是從音質面上來思考，那是很差的；您想PC的電源與接地信號夠乾淨嗎？ PC上的 DAC會使用高級元件嗎。唯一合乎邏輯的解決方案就是直接從USB數位輸出，再加上專用DAC，接上擴大機或是品質優的耳機；可是這種完法費大錢費功夫。
再者，從節能減碳的觀點來看，更是極力推廣使用足夠用的『綠電腦』；或許您不知，閣下手指之間的輕微搜尋，連動著數萬台資料中心，耗電量驚人。在家上網也會製造二氧化碳，根據報導，只要用家中桌上電腦搜尋一次，就會產生7公克的二氧化碳；Google耗電量驚人，因為遍佈全球的伺服器。想必這就是為何谷哥會積極投入能源產業的一大要因。
優質的SSD耗電約3W，硬碟難以匹敵；性能的表現更是傑出，對於動輒數萬台伺服器的資料中心(Data Center)，SSD確實是深具誘惑的玩意兒。SATA III對於企業用途SSD，也的確是帶來加乘效果。
<<< SSD的魅力難擋。>>>
<<< 6GBps SSD。RealSSD C300。>>>
<<< SSD也可以丟變化球，請留意電源該怎麼供給。>>>
6Gbps的速度，誠如USB 3.0的5Gbps；對於連接器與連接線的要求當然就比較嚴格啦。
SATA引以為傲的NCQ(Native Command Queue)，對於硬碟性能的提升有一定的貢獻；可是，刀有兩刃，有助力也有殺傷力。NCQ對於諸如串流(Streaming)的影音資料或是線上遊戲卻是有非正面性的影響；因此，SATA III對於NCQ的增強措施就硬是加入了QoS(Quality of Service)的機能。
SATA的技術觀點：
SATA的確好用，幾乎隨插即用；完全沿用了過去PATA上所累積的所有軟體資產，丟棄了PATA的包袱，改用點對點的連接方式，又有晶片組的內建與驅動程式的充分支援。這點不難確認，從裝置管理員畫面上，就可以看的一清二楚。
<<< 晶片組內建SATA控制器。>>>
<<< SATA採用了點對點的接續形態。取自SATA規格。>>>
若是來俯瞰SATA的架構，它如同PCI Express一般，多是階層式的架構；SATA共有四層架構，由上而下分別是「應用層(Application layer)」、「傳載層(Transport layer)」、「連結層(Link layer)」與「實體層(PHY)」；底下兩層容易理解，比較容易陷入迷惑的地方在於上層。
應用層是擔當了所有ATA命令的執行，而傳載層的任務就是雙端資料封包框的傳送，SATA採用了一種資料結構，稱之為FIS(Frame Information Structure)。主機與應用層之間的互動，其實就是成群的暫存器，與PATA相同；這就是為何SATA可以沿用所有PATA軟體資產的主要原因所在。
SATA野心龐大，除了取代PATA的內接式市場，還唾涎於背板(backplane)以及外接市場。不過，看起來還是以內接應用為大宗。背板市場可是企業專用的領域。
至於SAS，就是重重地依賴著SATA的底下三層，同時賺到低價又快速的優勢。
<<< SATA的階層架構。取自SATA規格。>>>
SATA的連接器與連接線，算是簡單明瞭；信號線與電源線各自分離，好處是減少不必要的干擾，缺點是需要兩條線，不像USB的簡單一條鞭。
<<< SATA的連接器暨連接線。>>>
如果就信號線來說，就是一對傳送一對接收，用地線的隔離，得以讓連接線的成本降到最低。而內部連接線的最大長度，定在一米。不難得知，傳送係採用了全雙工(Full Duplex)的方式。
<<< SATA傳送接收信號。>>>
再怎麼說，一旦跑到3Gbps、6Gbps的高水平領域；對於線材的要求還是必要的，就好像玩音響一般，欲獲得優越的音質，除了機器本身的慎重選擇之外，線材的適當運用也是必要的。
從技術面來說，要考量的因素，不外乎有底下這些基本參數：
—. 連接器與連接線的差動阻抗與共模阻抗：前者約 100歐姆。
—. 差入損失(Insertion loss) 。
—. 串音(Crosstalk (NEXT)) 。
—. ISI(Inter-symbol Interference) 參數。
—. 信號線對的時滯(Intra-Pair Skew)。
—. 滿足EMS需求。
所謂的「好線」，就是上述電氣特性卓越的線材。至於「發燒線」，騙錢者多；想一想一個簡單的邏輯，有哪一條線會將其差動特性阻抗與時滯資料，秀給您看。
在SATA 2.6中還追加入了Micro SATA(1.8吋裝置)與Mini SATA。USB的連接器種類已經搞得七暈八素，SATA也是一樣，內外連接器定了一堆，很容易令人搞混。搞PC的人就是有這種通病，徹底敗給蘋果。
<<< USB轉SATA-Mini SATA/Micro SATA配接器。>>>
<<< Mini SATA SSD。>>>
若從實體層來觀看，最為前端的類比部分，除了傳送與接收驅動線路之外；SATA還規劃一種稱之為「OOB(Out-of-band)信號」。
差動傳輸的理想，當然就是要將傳送信號的時滯(Skew)降到最低，畢竟這個時滯會引起高頻的抖動以及令人困擾的共模雜訊(也就是EMI來源之一)。
<<< 為了顧及傳送信號品質，時滯要盡力降到最低。>>>
原本SATA 1.5Gbps的內接，在連結上允許AC耦合或是DC耦合；SATA II以上就必須採用AC耦合。
<<< OOB信號。>>>
OOB信號在SATA介面上的用途，扮演著非常吃重的任務；與USB 3.0的LFPS有點類似。基本上來說，主要的用意有：
². 初始化(initialization)。
². 傳送速度的協商。
². 重置(Reset)。
². 從省電狀態的喚醒。
規格中有展示了一張PHY的功能方塊圖，可以揣摩出所需約略的功能。
<<< SATA的PHY功能方塊圖。>>>
OOB信號的實踐，實際上是仰賴著COMRESET/COMINIT與COMWAKE等三個PHY信號線。
—. COMRESET：主機對裝置的硬體重置。
—. COMINIT：裝置送往主機。
—. COMWAKE：主機或是裝置，可以激發該信號來將PHY從省電狀態抽離。
這些OOB信號有其信號與時序法則，也是SATA測試中很重要的一個環節。它的構成方式，即是由介面上的猝發 (Burst)信號與閒置(Idle)信號來建構的。
<<< OOB信號的構成理念。>>>
一個完整的OOB信號，係由6個猝發/閒置的週期構成。其中的閒置時間長短，可以判定出是COMRESET/COMINIT或是COMWAKE信號。
<<< COMRESET之OOB信號。>>>
<<< OOB的測試。>>>
<<< 實際的OOB波形。>>>
先從COMRESET來說起。該信號是主機端激發，對裝置做硬體重置。每一個猝發的時間106.7ns，閒置(Idle)時間320ns。裝置對於COMRESET會回應COMINIT，然後主機與裝置經由COMWAKE之後自行校準傳送器。接著下來就是速度的協商了。裝置會以所支援的最高速度位元率送出「校準序列(ALIGN sequence)」，若是沒有接到主機來的回應，表示主機未能採用這個速度。若是還有支援更低的速度，再度確認。如果連最低速度的溝通，都未能成立，就表示有錯誤發生。
<<< COMRESET的次序。>>>
COMINIT始終由裝置送往主機端，要求通信的初始化。就電氣觀點來說，作用頗類似COMRESET，只是需由裝置來激發。
<<< COMINIT的次序。>>>
SATA規格中使用的資料結構，有幾個名詞必須要先釐清，否則看了會很累。
第一個就是「基元(Primitive)」，它是一個四元組的資訊，順序上係由一個控制字元加上三個資料字元，用於連結層的傳載控制。
譬如說，OOB信號就會使用到「校準基元(ALIGN Primitive)」。
其次，來談及FIS(Frame Information Structure)；這是在SATA中一個極為重要的資料結構；畢竟，主機與裝置之間的資料交換單位，即是一個資料框封包的形式。規格中定義了多種FIS，各有其用途。 就列舉最為主要的FIS來解釋。
請掌握住一個觀念，SATA的存取方法，係使用了FIS的資料結構；從裝置讀取的狀態，會更新所謂的「影子暫存器(Shadow Register)」。
其一，Register-Host to Device (Reg HD)；乃是由主機送往裝置，比如說對裝置發行命令的場合。
<<< Reg HD 的FIS結構。>>>
其二，Register-Device to Host (Reg DH)；從裝置送往主機端，比如說傳送裝置的狀態變化。
<<< Reg DH的FIS結構。>>>
其三，資料FIS，方向可能是主機送往裝置或是裝置傳送給主機；通常是傳送諸如磁區的資料等。
<<< 資料FIS結構。>>>
茲舉一例「Identify Device」命令來觀察其細節上的流程。
<<< Read Identify的流程圖。>>>
在SATA連結層方面，係使用了眾多採用採用的8b/10b編碼方式，這是IBM在80年代初期所開發的編碼機制，「直流平衡」特性相當卓越，才會受到不少介面的採用，比如說，PCI Express、SATA、DisplayPort、USB 3.0等等。
<<< 連結層方塊圖範例。>>>
而8b/10b編碼機制，除了資料碼之外，還特意規劃了控制碼。而SATA用來載送控制碼的方式，就是前面所提到的「基元(Primitive)」。基元(Primitive)係由四個位元組的資料來構成，最前頭就是控制碼，也就是所謂的K-Code或者是K字元。
FIS的尾端會有CRC位元來保護。
<<< SATA所用的基元(Primitive)。>>>
ALIGN基元的最主要用意，乃是用來補償主機端與裝置端之間時脈的偏移；具體的做法是在每256DW插入，當如果接收端的時脈較遲的場合，就會捨棄這些基元。
SOF與EOF分別是在FIS前頭與後頭所加入的資料框。
R_OK與R_ERR的使用法是這樣子的；當資料框正常接收之後，回應R-OK。如果發生了諸如CRC等錯誤，則是回應R_ERR。
如果FIFO發生溢出不能夠送收資料的場合，送出HOLD；接收到HOLD的接收端則是回應20DW以內的HOLDA；暫時停止資料傳送。
資料擾碼 (Scramble)的主要目的，就是降低EMI。
英特爾自從ICH6R/ICH6-M之後，便開始支援AHCI模式。然而，ICH9、ICH8、ICH7 和 ICH6 晶片組，以及 ICH5 和 ICH5R 晶片組，並不使用 AHCI。蠻令人困惑的。
AHCI(Advanced Host Controller Interface)是完全獨立於SATA規範的另一份標準，係由英特爾所制定；視窗Vista之後才有完全支援，否則還需要驅動程式的支援。最大的特徵之一，就是支援了所謂NCQ(native Command Queuing)命令佇列的機能，這是SCSI時代的特點之一。NCQ可以說是針對硬碟的屬性來進行最佳化的一種技巧，簡單地說就是將讀寫的命令做分析，然後以最優的次序來執行。
<<< ACHI的基本概念。>>>
<<< NCQ概念圖。>>>
SATA重砲效應 - 全面威脅Fibre Channel儲存介面
<<< HDD介面的進化史。>>>
串列式ATA，簡稱為SATA介面，起初是規劃用來取代老舊的並列式磁碟介面，提供一個價格大眾化的替代方案。如今，SATA介面卻逐漸威脅到大型企業所使用磁碟陣列的SCSI介面以及Fibre Channel光纖通道介面，藉由普及商用化的SATA硬碟裝置，一些專門從事低價的製造商可以在快速成長的企業儲存市場中，藉由低價產品方案的迅速推出，挑戰傳統的企業供應商。
SATA II之後是關鍵所在、SATA 6Gbps是江湖大殺手：
之所以能夠替低價製造商帶來商業機會的最主要關鍵，是在於SATA第二代規範SATA II的出現。其資料傳輸速率是當初第一代規範的兩倍，達到每秒300MB的高速境界。該新規格同時也支援命令佇列(Command Queuing)的功能，允許主機端的控制器在前一個命令未完成之前，可以再送另一個新的命令到磁碟端，提升整個系統的性能表現。命令佇列(Command Queuing)功能對於磁碟韌體的撰寫可以說是一項挑戰。一旦工程就緒完成經過檢證之後，價格不貴的SATA II硬碟機的性能就可以直逼價格昂貴的SCSI硬碟甚至Fibre Channel硬碟。
雖然SATA的硬碟在2003年就已經開始出貨，SATA II的硬碟也在2004年晚期出現在市面上。然而，直到2005年中，英特爾公司的新一代晶片組完全支援SATA II規範Glenwood以及Lakeport，才會正式出貨。因此，SATA II在多數的個人電腦已經具備有 SATA II介面，而且變成大眾化的產品，而將價格壓低到普及化的程度。
SATA與SAS(serial attached SCSI)兩者皆是串列式的儲存介面標準，但兩者畢竟是不同的。如果說SATA是傳統ATA的升級規範，那麼 SAS即是原本傳統SCSI標準的串列式版本。SAS介面採用雙埠介面，係採用SATA連接器，也就是說同樣的連接器與連接線，都可以使用在SATA與SAS硬碟上。
SAS硬碟的定位是針對高性能與高擴充性的需求環境而來。具體來說，一般大眾化SATA硬碟的MTBF(mean time between failures)平均失效時間大約是600,000小時，而SAS硬碟的要求可是這個時間的兩倍以上。同時，SAS硬碟的轉速也比較快速，可以降低等待時間。由於這些額外性能的追加，又並非大量生產的特徵。因此，SAS硬碟的價格理所當然遠高於SATA硬碟。
SATA介面碰撞FC介面：
正如同SAS硬碟一樣，Fibre Channel硬碟也是針對企業市場所需求的高性能以及高度的信賴性而設計的。由於生產數量少，控制器的設計又更加複雜。FC硬碟的價格又高過於SAS硬碟。由於需要更長時間的設計工夫與驗證時間，在容量上追加的速度也就跟不上大眾化競爭產品的改朝換代速度。
因此，SATA硬碟在企業市場的興起就有跡可循了。起初，SATA硬碟的應用，價格因素遠重於可靠度。比如說，有不少的企業就將主要硬碟上的資料備份到次要的硬碟，取代掉以磁帶備份的傳統方式。此種方式對於企業來說極具有吸引力，無論是容量還是費用成本，SATA硬碟的方式皆不輸於磁帶的備份方式。備份硬碟的性能，不再是首要的考量因素，畢竟使用的時機還是有限，不是始終在動作。若是再利用硬碟陣列RAID的架構，SATA可靠度的問題就有解了。
此外，大眾化的硬碟也被廣泛運用在印表機伺服器或檔案伺服器的應用上。硬碟陣列RAID架構，運用大眾化的硬碟逐漸受到中型企業的厚愛，可以作為IP儲存的應用。這些企業不願意採用複雜又昂貴的Fibre Channel方案，來作為網路儲存的方式。
對於大型的企業來說，對於資料交易安全性的要求很高，昂貴的Fibre Channel方案，依然是他們的首要選擇。比如說線上處理的資料交易OLTP(on-line transaction processing)以及公司內部應用等。然而，已經有些公司開始轉向導入SAS硬碟方案，提供與Fibre Channel方案相同的可靠度，可是費用卻是更為節省。
這些企業藉由開關裝置與連接纜線建立了SAS的系統架構。由於SATA硬碟可以連接SAS介面的開關裝置與連接器。因此，一個SAS系統架構可以藉由SATA硬碟來降低系統費用。有些廠商推出了二對一的多工晶片，允許兩個SATA硬碟插進單一的SAS連接器，模擬成SAS雙埠的連接型態。雖然，SATA硬碟的壽命不及SAS硬碟。但是，可以藉由RAID磁疊陣列的方式來彌補這些缺點。
磁碟機等待時間也是一個重要的課題。然而，商機敏銳度高的廠商也意識到這方面的問題。也推出了企業需求等級的SATA硬碟，無論轉速還是等待時間，都可以和SAS硬碟或FC硬碟互相匹敵。雖然，企業等級的SATA硬碟，比大眾化的SATA產品有更高的價格，由於涵蓋了SATA的簡易設計方式，比起SAS硬碟或FC硬碟，成本還是比較低廉。因此，這種方案可能是世界上最好的方式之一。
總而言之，以SAS方案來取代FC磁碟，替企業打開了SAS與SATA交互運用的大門，無論是性能、費用成本以及容量，都可以滿足當前的主流應用。一段時間之後，SATA硬碟有相當的機會竄出，成為經濟效益最高且具有大容量儲存系統的最佳方式。尤其是6Gbps的SATA，簡直就是刀無虛發的江湖大殺手。
「6Gbps SATA + SSD」，毫無疑問地將會是企業期待下的新寵兒。來看一個數據吧。Micron於2010推出的6Gbps SSD，順序讀出速度超越350MB/sec。依據Engadget的測試報導， 6Gbps SSD 的讀取效能遠比 6Gbps 硬碟快上 175%。這種飛快的感覺，對於雲端企業來說，可說是老天送來的福音。
結語：
起初，SATA硬碟的運用，價格的重要性勝於可靠性。隨著技術的成熟與足夠的經驗累積，SATA硬碟的可靠度已經有一定的水平。反而有趣的卻是SSD 的興起，會是革命性的運動。只要價格開始落體式的滑落，SATA更加鞏固，可是硬碟的市場卻必須讓出幾分；此其一也。
另外還有一個有趣的話題，那就是iPod、iPhone與iPad的光環效應。蘋果並不是技術特別利害的企業，而是懂得減法哲學與工業設計美學加上軟硬體兼功的戰略運用，當然，賈伯斯的個人魅力不容忽視，如同宗教粉斯的膜拜英雄。
其實，Apple的東西並不是高竿到無人能及，可是台灣就是產不出另人愛不釋手的熱銷產品。有些公司更好笑，以為工業設計是萬能丹，得了一堆的iF、紅點等工業設計大獎；可是仔細來觀察，卻生不出來暢銷的產品。看看不少主機板背後的一堆端子，再與蘋果產品做個比較，也許就會有點感受了。
<<< 主機板背後的連接端子依然是繁瑣。>>>
[ 參考資料暨深度閱讀：]
1.http://www.serialata.org/，官方網站。
2.http://www.t13.org/。
3.http://www.ansi.org 。
4. Serial ATA International Organization：Serial ATA Revision 2.6，2007/2/15。
5.http://www.storagesearch.com/serialata.html 。
6.http://searchstorage.techtarget.com/。
7.http://www.dgway.com/products/IP/SATA-IP/dg_sata_ip_refdesign_host_en.pdf。
8. PC Watch網站。
9.http://www.mindspeed.com/web/download/download.jsp?docId=28618。
10.http://www.jdsu.com/products/communications-test-measurement/products/storage-protocol-test/sata-protocol.html。
11.http://www.kumikomi.net/info/et2008/21_12.pdf。
12.http://www.interfacebus.com/Design_Connector_Serial_ATA.html。
13.http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_ATA。
14. SSD強攻企業伺服器市場，陳乃塘。
15. 愛戀SSD，，陳乃塘。
SATA儲存介面王：
SATA今日稱王，不是篡位奪權而是權力進化論。打開硬碟儲存介面史，有兩個歷史定位的老前輩ST-506與SASI，前者是IDE的雛型，後者卻是SCSI的前身。而兩者的創始人皆是Alan Field Shugart。
<<< ST-506介面。>>>(原文圖表請參見本刊8-9月號印刷版)
<<< SASI 介面。>>>
注：SASI的全名是Shugart Associate System Interface。
IDE的標準規格，嚴格說來該是ANSI Standard X3.221-1994標準化的ATA-1。然後隨著時間環境點滴變化，ATA的升級馬不停蹄。直到SATA的出現，開創了另一種新的局面，也埋下了往前奔跑的伏筆。
規格名稱 通稱 規格化時期 傳送速度(MB/sec)
PIO Single Mode DMA Multi Mode DMA Ultra DMA SATA
ATA-1 IDE 1994年 3.3/5.2/8.3 2.1/4.2/8.3 4.2 N/A N/A
ATA-2 EIDE 1996年 3.3/5.2/8.3/11.1/16.7 4.2/13.3/16.7
ATA-3 EIDE 1997年 N/A
ATA/ATAPI-4 UltraATA/33 1998年 16.7/25.0/33.3
ATA/ATAPI-5 UltraATA/66 2000年 16.7/25.0/33.3 /44.4/66.6
ATA/ATAPI-6 UltraATA/100 2002年 16.7/25.0/33.3/ 44.4/66.6/100.0
ATA/ATAPI-7 UltraATA/133 2005年 16.7/25.0/33.3/44.4/66.6/100.0/133.3 SATA/150
<<< ATA的一路進化史跡。>>>
<<< 較新的ATA-8。>>>
回顧一張有歷史歲月泛黃的英特爾IDF簡報，早已預告了SATA的遠圖霸業；只是，6Gbps的版本竟然來得比預期還要晚了2年多。
<<< SATA的藍圖霸業在 2000年之際確立。取自IDF fall 2000。>>>
當前的局勢，看來還是以3Gbps SATA為應用大宗。
<<< H55與H57晶片組。>>>
好一個凡事向錢看的年代呀。曾幾何時，很多免費的規格，竟然也開始伸手要錢了。錢非萬能，然而，沒錢卻是萬萬不能啊。要命的年代!
HDMI 1.4要錢，SATA的新舊規格通通索錢。VESA制定的規範也是一樣的。反正通通要逼您加入會員，乖乖地繳交年費。這事有點不對路不合邏輯，若是從事於這方面的開發，花錢買文件還說的過去。對於下游產品的製造商或是組裝商甚至經銷商，譬如筆電，僅是使用晶片組提供的連接埠罷了，既不從事相關開發，也幾乎不會涉及內部的技術；加入會員有何利益實在看不出來，徒然浪費可愛的金錢罷了。如果依照連接埠來繳交合情合理權利金，才算是合理吧，才算是有佛心。不過，看來比登天還難。
<<< SATA伸手要錢錢。要3.0規格，拿出25美元來。>>>
<<< 想看DisplayPort 1.2，也一樣拿出錢來!。>>>
套一句慧慈的經典話語『Oh! My God』。這就是現實與事實。
SATA III進化戰鬥版、現身江湖：
SATA ，乃 是 Serial ATA (Serial Advanced Technology Attachment)的縮寫名稱，它是屬於一種電腦IO匯流排，主要的功能是作為主機板和大量儲存裝置，比如硬碟以及光碟機等之間的資料傳輸之用。
今日，SATA分別有SATA 1.5Gbit/s、SATA 3Gbit/s和SATA 6Gbit/s三種規格的存在。
後兩者往往使用SATA II (Gen 2)與SATA III(Gen 3)來稱呼或表示。不過規格還是有更新，因此，才會有SATA 2.5版與SATA 2.6版的存在。
*. SATA 1.0： 1.5Gbps，2000年。
*. SATA 2.0： 3Gbps，2002。
*. SATA 2.5：2005，統合SATA 1.0a與SATA 2.0。
*. SATA 2.6：2007，追加了1.8吋產品專用Micro ATA連接器以及嵌入式Mini SATA。
*. SATA 3.0：6Gbps，2009/5/27規格策定完了，獨立控制器先行出現，晶片組的內建該是AMD走在前頭吧 (2010的890GX)。
SATA規格係由SATA-IO (Serial ATA International Organization)所進行策劃制定。當然也有Logo的規範。
<<< SATA的相關Logo。>>>
SATA也有衍生的eSATA，係針對外接上的應用；不過，無敵介面王升級版USB 3.0的出現，也許是致命的風暴剋星，給於eSATA一擊重拳。eSATA的產品日漸撤退，比如說，東芝原本的某些液晶電視內建eSATA，已經消失了蹤影；隨身碟似乎也是走著同樣的命運腳步。USB 3.0才是外接的王道。
<<< 6Gbps SATA硬碟早已現出江湖上。>>>
<<< 率先支援6Gbps SATA的890GX晶片組。>>>
由於晶片組對於6Gbps SATA的支援少的可憐，還有一個略帶委曲求全的辦法，那就是買一塊介面卡插到PCI Express gen2的插槽上。不過，此種方案從邏輯上來說，並非美策；畢竟，PCI Express gen2的頻寬雖有5Gbps，無法徹底發揮6Gbps的實力；PC Express gen3雖然可以解消這個問題，可是來日卻是難以預期。
<<< 6Gbps SATA介面卡範例。>>>
不知何故，主機板業者似乎不敢得罪所謂的「玩家族群」，駱個蟀個做一大堆；譬如說，所謂的HTPC(Home Theater PC)，實在看不出其邏輯存在的合理性，要把玩家庭劇院就利用客廳環境，欣賞藍光的卓越畫質逼迫力。PC的使用環境，怎麼完環繞啊。光是兩個喇叭，桌上的佈線醜到不行。
況且，PC的聲音輸出，若是從音質面上來思考，那是很差的；您想PC的電源與接地信號夠乾淨嗎？ PC上的 DAC會使用高級元件嗎。唯一合乎邏輯的解決方案就是直接從USB數位輸出，再加上專用DAC，接上擴大機或是品質優的耳機；可是這種完法費大錢費功夫。
再者，從節能減碳的觀點來看，更是極力推廣使用足夠用的『綠電腦』；或許您不知，閣下手指之間的輕微搜尋，連動著數萬台資料中心，耗電量驚人。在家上網也會製造二氧化碳，根據報導，只要用家中桌上電腦搜尋一次，就會產生7公克的二氧化碳；Google耗電量驚人，因為遍佈全球的伺服器。想必這就是為何谷哥會積極投入能源產業的一大要因。
優質的SSD耗電約3W，硬碟難以匹敵；性能的表現更是傑出，對於動輒數萬台伺服器的資料中心(Data Center)，SSD確實是深具誘惑的玩意兒。SATA III對於企業用途SSD，也的確是帶來加乘效果。
<<< SSD的魅力難擋。>>>
<<< 6GBps SSD。RealSSD C300。>>>
<<< SSD也可以丟變化球，請留意電源該怎麼供給。>>>
6Gbps的速度，誠如USB 3.0的5Gbps；對於連接器與連接線的要求當然就比較嚴格啦。
SATA引以為傲的NCQ(Native Command Queue)，對於硬碟性能的提升有一定的貢獻；可是，刀有兩刃，有助力也有殺傷力。NCQ對於諸如串流(Streaming)的影音資料或是線上遊戲卻是有非正面性的影響；因此，SATA III對於NCQ的增強措施就硬是加入了QoS(Quality of Service)的機能。
SATA的技術觀點：
SATA的確好用，幾乎隨插即用；完全沿用了過去PATA上所累積的所有軟體資產，丟棄了PATA的包袱，改用點對點的連接方式，又有晶片組的內建與驅動程式的充分支援。這點不難確認，從裝置管理員畫面上，就可以看的一清二楚。
<<< 晶片組內建SATA控制器。>>>
<<< SATA採用了點對點的接續形態。取自SATA規格。>>>
若是來俯瞰SATA的架構，它如同PCI Express一般，多是階層式的架構；SATA共有四層架構，由上而下分別是「應用層(Application layer)」、「傳載層(Transport layer)」、「連結層(Link layer)」與「實體層(PHY)」；底下兩層容易理解，比較容易陷入迷惑的地方在於上層。
應用層是擔當了所有ATA命令的執行，而傳載層的任務就是雙端資料封包框的傳送，SATA採用了一種資料結構，稱之為FIS(Frame Information Structure)。主機與應用層之間的互動，其實就是成群的暫存器，與PATA相同；這就是為何SATA可以沿用所有PATA軟體資產的主要原因所在。
SATA野心龐大，除了取代PATA的內接式市場，還唾涎於背板(backplane)以及外接市場。不過，看起來還是以內接應用為大宗。背板市場可是企業專用的領域。
至於SAS，就是重重地依賴著SATA的底下三層，同時賺到低價又快速的優勢。
<<< SATA的階層架構。取自SATA規格。>>>
SATA的連接器與連接線，算是簡單明瞭；信號線與電源線各自分離，好處是減少不必要的干擾，缺點是需要兩條線，不像USB的簡單一條鞭。
<<< SATA的連接器暨連接線。>>>
如果就信號線來說，就是一對傳送一對接收，用地線的隔離，得以讓連接線的成本降到最低。而內部連接線的最大長度，定在一米。不難得知，傳送係採用了全雙工(Full Duplex)的方式。
<<< SATA傳送接收信號。>>>
再怎麼說，一旦跑到3Gbps、6Gbps的高水平領域；對於線材的要求還是必要的，就好像玩音響一般，欲獲得優越的音質，除了機器本身的慎重選擇之外，線材的適當運用也是必要的。
從技術面來說，要考量的因素，不外乎有底下這些基本參數：
—. 連接器與連接線的差動阻抗與共模阻抗：前者約 100歐姆。
—. 差入損失(Insertion loss) 。
—. 串音(Crosstalk (NEXT)) 。
—. ISI(Inter-symbol Interference) 參數。
—. 信號線對的時滯(Intra-Pair Skew)。
—. 滿足EMS需求。
所謂的「好線」，就是上述電氣特性卓越的線材。至於「發燒線」，騙錢者多；想一想一個簡單的邏輯，有哪一條線會將其差動特性阻抗與時滯資料，秀給您看。
在SATA 2.6中還追加入了Micro SATA(1.8吋裝置)與Mini SATA。USB的連接器種類已經搞得七暈八素，SATA也是一樣，內外連接器定了一堆，很容易令人搞混。搞PC的人就是有這種通病，徹底敗給蘋果。
<<< USB轉SATA-Mini SATA/Micro SATA配接器。>>>
<<< Mini SATA SSD。>>>
若從實體層來觀看，最為前端的類比部分，除了傳送與接收驅動線路之外；SATA還規劃一種稱之為「OOB(Out-of-band)信號」。
差動傳輸的理想，當然就是要將傳送信號的時滯(Skew)降到最低，畢竟這個時滯會引起高頻的抖動以及令人困擾的共模雜訊(也就是EMI來源之一)。
<<< 為了顧及傳送信號品質，時滯要盡力降到最低。>>>
原本SATA 1.5Gbps的內接，在連結上允許AC耦合或是DC耦合；SATA II以上就必須採用AC耦合。
<<< OOB信號。>>>
OOB信號在SATA介面上的用途，扮演著非常吃重的任務；與USB 3.0的LFPS有點類似。基本上來說，主要的用意有：
². 初始化(initialization)。
². 傳送速度的協商。
². 重置(Reset)。
². 從省電狀態的喚醒。
規格中有展示了一張PHY的功能方塊圖，可以揣摩出所需約略的功能。
<<< SATA的PHY功能方塊圖。>>>
OOB信號的實踐，實際上是仰賴著COMRESET/COMINIT與COMWAKE等三個PHY信號線。
—. COMRESET：主機對裝置的硬體重置。
—. COMINIT：裝置送往主機。
—. COMWAKE：主機或是裝置，可以激發該信號來將PHY從省電狀態抽離。
這些OOB信號有其信號與時序法則，也是SATA測試中很重要的一個環節。它的構成方式，即是由介面上的猝發 (Burst)信號與閒置(Idle)信號來建構的。
<<< OOB信號的構成理念。>>>
一個完整的OOB信號，係由6個猝發/閒置的週期構成。其中的閒置時間長短，可以判定出是COMRESET/COMINIT或是COMWAKE信號。
<<< COMRESET之OOB信號。>>>
<<< OOB的測試。>>>
<<< 實際的OOB波形。>>>
先從COMRESET來說起。該信號是主機端激發，對裝置做硬體重置。每一個猝發的時間106.7ns，閒置(Idle)時間320ns。裝置對於COMRESET會回應COMINIT，然後主機與裝置經由COMWAKE之後自行校準傳送器。接著下來就是速度的協商了。裝置會以所支援的最高速度位元率送出「校準序列(ALIGN sequence)」，若是沒有接到主機來的回應，表示主機未能採用這個速度。若是還有支援更低的速度，再度確認。如果連最低速度的溝通，都未能成立，就表示有錯誤發生。
<<< COMRESET的次序。>>>
COMINIT始終由裝置送往主機端，要求通信的初始化。就電氣觀點來說，作用頗類似COMRESET，只是需由裝置來激發。
<<< COMINIT的次序。>>>
SATA規格中使用的資料結構，有幾個名詞必須要先釐清，否則看了會很累。
第一個就是「基元(Primitive)」，它是一個四元組的資訊，順序上係由一個控制字元加上三個資料字元，用於連結層的傳載控制。
譬如說，OOB信號就會使用到「校準基元(ALIGN Primitive)」。
其次，來談及FIS(Frame Information Structure)；這是在SATA中一個極為重要的資料結構；畢竟，主機與裝置之間的資料交換單位，即是一個資料框封包的形式。規格中定義了多種FIS，各有其用途。 就列舉最為主要的FIS來解釋。
請掌握住一個觀念，SATA的存取方法，係使用了FIS的資料結構；從裝置讀取的狀態，會更新所謂的「影子暫存器(Shadow Register)」。
其一，Register-Host to Device (Reg HD)；乃是由主機送往裝置，比如說對裝置發行命令的場合。
<<< Reg HD 的FIS結構。>>>
其二，Register-Device to Host (Reg DH)；從裝置送往主機端，比如說傳送裝置的狀態變化。
<<< Reg DH的FIS結構。>>>
其三，資料FIS，方向可能是主機送往裝置或是裝置傳送給主機；通常是傳送諸如磁區的資料等。
<<< 資料FIS結構。>>>
茲舉一例「Identify Device」命令來觀察其細節上的流程。
<<< Read Identify的流程圖。>>>
在SATA連結層方面，係使用了眾多採用採用的8b/10b編碼方式，這是IBM在80年代初期所開發的編碼機制，「直流平衡」特性相當卓越，才會受到不少介面的採用，比如說，PCI Express、SATA、DisplayPort、USB 3.0等等。
<<< 連結層方塊圖範例。>>>
而8b/10b編碼機制，除了資料碼之外，還特意規劃了控制碼。而SATA用來載送控制碼的方式，就是前面所提到的「基元(Primitive)」。基元(Primitive)係由四個位元組的資料來構成，最前頭就是控制碼，也就是所謂的K-Code或者是K字元。
FIS的尾端會有CRC位元來保護。
<<< SATA所用的基元(Primitive)。>>>
ALIGN基元的最主要用意，乃是用來補償主機端與裝置端之間時脈的偏移；具體的做法是在每256DW插入，當如果接收端的時脈較遲的場合，就會捨棄這些基元。
SOF與EOF分別是在FIS前頭與後頭所加入的資料框。
R_OK與R_ERR的使用法是這樣子的；當資料框正常接收之後，回應R-OK。如果發生了諸如CRC等錯誤，則是回應R_ERR。
如果FIFO發生溢出不能夠送收資料的場合，送出HOLD；接收到HOLD的接收端則是回應20DW以內的HOLDA；暫時停止資料傳送。
資料擾碼 (Scramble)的主要目的，就是降低EMI。
英特爾自從ICH6R/ICH6-M之後，便開始支援AHCI模式。然而，ICH9、ICH8、ICH7 和 ICH6 晶片組，以及 ICH5 和 ICH5R 晶片組，並不使用 AHCI。蠻令人困惑的。
AHCI(Advanced Host Controller Interface)是完全獨立於SATA規範的另一份標準，係由英特爾所制定；視窗Vista之後才有完全支援，否則還需要驅動程式的支援。最大的特徵之一，就是支援了所謂NCQ(native Command Queuing)命令佇列的機能，這是SCSI時代的特點之一。NCQ可以說是針對硬碟的屬性來進行最佳化的一種技巧，簡單地說就是將讀寫的命令做分析，然後以最優的次序來執行。
<<< ACHI的基本概念。>>>
<<< NCQ概念圖。>>>
SATA重砲效應 - 全面威脅Fibre Channel儲存介面
<<< HDD介面的進化史。>>>
串列式ATA，簡稱為SATA介面，起初是規劃用來取代老舊的並列式磁碟介面，提供一個價格大眾化的替代方案。如今，SATA介面卻逐漸威脅到大型企業所使用磁碟陣列的SCSI介面以及Fibre Channel光纖通道介面，藉由普及商用化的SATA硬碟裝置，一些專門從事低價的製造商可以在快速成長的企業儲存市場中，藉由低價產品方案的迅速推出，挑戰傳統的企業供應商。
SATA II之後是關鍵所在、SATA 6Gbps是江湖大殺手：
之所以能夠替低價製造商帶來商業機會的最主要關鍵，是在於SATA第二代規範SATA II的出現。其資料傳輸速率是當初第一代規範的兩倍，達到每秒300MB的高速境界。該新規格同時也支援命令佇列(Command Queuing)的功能，允許主機端的控制器在前一個命令未完成之前，可以再送另一個新的命令到磁碟端，提升整個系統的性能表現。命令佇列(Command Queuing)功能對於磁碟韌體的撰寫可以說是一項挑戰。一旦工程就緒完成經過檢證之後，價格不貴的SATA II硬碟機的性能就可以直逼價格昂貴的SCSI硬碟甚至Fibre Channel硬碟。
雖然SATA的硬碟在2003年就已經開始出貨，SATA II的硬碟也在2004年晚期出現在市面上。然而，直到2005年中，英特爾公司的新一代晶片組完全支援SATA II規範Glenwood以及Lakeport，才會正式出貨。因此，SATA II在多數的個人電腦已經具備有 SATA II介面，而且變成大眾化的產品，而將價格壓低到普及化的程度。
SATA與SAS(serial attached SCSI)兩者皆是串列式的儲存介面標準，但兩者畢竟是不同的。如果說SATA是傳統ATA的升級規範，那麼 SAS即是原本傳統SCSI標準的串列式版本。SAS介面採用雙埠介面，係採用SATA連接器，也就是說同樣的連接器與連接線，都可以使用在SATA與SAS硬碟上。
SAS硬碟的定位是針對高性能與高擴充性的需求環境而來。具體來說，一般大眾化SATA硬碟的MTBF(mean time between failures)平均失效時間大約是600,000小時，而SAS硬碟的要求可是這個時間的兩倍以上。同時，SAS硬碟的轉速也比較快速，可以降低等待時間。由於這些額外性能的追加，又並非大量生產的特徵。因此，SAS硬碟的價格理所當然遠高於SATA硬碟。
SATA介面碰撞FC介面：
正如同SAS硬碟一樣，Fibre Channel硬碟也是針對企業市場所需求的高性能以及高度的信賴性而設計的。由於生產數量少，控制器的設計又更加複雜。FC硬碟的價格又高過於SAS硬碟。由於需要更長時間的設計工夫與驗證時間，在容量上追加的速度也就跟不上大眾化競爭產品的改朝換代速度。
因此，SATA硬碟在企業市場的興起就有跡可循了。起初，SATA硬碟的應用，價格因素遠重於可靠度。比如說，有不少的企業就將主要硬碟上的資料備份到次要的硬碟，取代掉以磁帶備份的傳統方式。此種方式對於企業來說極具有吸引力，無論是容量還是費用成本，SATA硬碟的方式皆不輸於磁帶的備份方式。備份硬碟的性能，不再是首要的考量因素，畢竟使用的時機還是有限，不是始終在動作。若是再利用硬碟陣列RAID的架構，SATA可靠度的問題就有解了。
此外，大眾化的硬碟也被廣泛運用在印表機伺服器或檔案伺服器的應用上。硬碟陣列RAID架構，運用大眾化的硬碟逐漸受到中型企業的厚愛，可以作為IP儲存的應用。這些企業不願意採用複雜又昂貴的Fibre Channel方案，來作為網路儲存的方式。
對於大型的企業來說，對於資料交易安全性的要求很高，昂貴的Fibre Channel方案，依然是他們的首要選擇。比如說線上處理的資料交易OLTP(on-line transaction processing)以及公司內部應用等。然而，已經有些公司開始轉向導入SAS硬碟方案，提供與Fibre Channel方案相同的可靠度，可是費用卻是更為節省。
這些企業藉由開關裝置與連接纜線建立了SAS的系統架構。由於SATA硬碟可以連接SAS介面的開關裝置與連接器。因此，一個SAS系統架構可以藉由SATA硬碟來降低系統費用。有些廠商推出了二對一的多工晶片，允許兩個SATA硬碟插進單一的SAS連接器，模擬成SAS雙埠的連接型態。雖然，SATA硬碟的壽命不及SAS硬碟。但是，可以藉由RAID磁疊陣列的方式來彌補這些缺點。
磁碟機等待時間也是一個重要的課題。然而，商機敏銳度高的廠商也意識到這方面的問題。也推出了企業需求等級的SATA硬碟，無論轉速還是等待時間，都可以和SAS硬碟或FC硬碟互相匹敵。雖然，企業等級的SATA硬碟，比大眾化的SATA產品有更高的價格，由於涵蓋了SATA的簡易設計方式，比起SAS硬碟或FC硬碟，成本還是比較低廉。因此，這種方案可能是世界上最好的方式之一。
總而言之，以SAS方案來取代FC磁碟，替企業打開了SAS與SATA交互運用的大門，無論是性能、費用成本以及容量，都可以滿足當前的主流應用。一段時間之後，SATA硬碟有相當的機會竄出，成為經濟效益最高且具有大容量儲存系統的最佳方式。尤其是6Gbps的SATA，簡直就是刀無虛發的江湖大殺手。
「6Gbps SATA + SSD」，毫無疑問地將會是企業期待下的新寵兒。來看一個數據吧。Micron於2010推出的6Gbps SSD，順序讀出速度超越350MB/sec。依據Engadget的測試報導， 6Gbps SSD 的讀取效能遠比 6Gbps 硬碟快上 175%。這種飛快的感覺，對於雲端企業來說，可說是老天送來的福音。
結語：
起初，SATA硬碟的運用，價格的重要性勝於可靠性。隨著技術的成熟與足夠的經驗累積，SATA硬碟的可靠度已經有一定的水平。反而有趣的卻是SSD 的興起，會是革命性的運動。只要價格開始落體式的滑落，SATA更加鞏固，可是硬碟的市場卻必須讓出幾分；此其一也。
另外還有一個有趣的話題，那就是iPod、iPhone與iPad的光環效應。蘋果並不是技術特別利害的企業，而是懂得減法哲學與工業設計美學加上軟硬體兼功的戰略運用，當然，賈伯斯的個人魅力不容忽視，如同宗教粉斯的膜拜英雄。
其實，Apple的東西並不是高竿到無人能及，可是台灣就是產不出另人愛不釋手的熱銷產品。有些公司更好笑，以為工業設計是萬能丹，得了一堆的iF、紅點等工業設計大獎；可是仔細來觀察，卻生不出來暢銷的產品。看看不少主機板背後的一堆端子，再與蘋果產品做個比較，也許就會有點感受了。
<<< 主機板背後的連接端子依然是繁瑣。>>>
[ 參考資料暨深度閱讀：]
1.
2.
3.
4. Serial ATA International Organization：Serial ATA Revision 2.6，2007/2/15。
5.
6.
7.
8. PC Watch網站。
9.
10.
11.
12.
13.
14. SSD強攻企業伺服器市場，陳乃塘。
15. 愛戀SSD，，陳乃塘。
