市場上將SAS和SATA與上一代儲存互連技術之優點作比較的文章不在少數。而在本文中，我們將針對三種最普遍的企業級和近似企業級的磁碟連結協定：Ultra 320 SCSI、SAS和SATA之資料吞吐能力進行比較。上述磁碟連結協定的效能優勢、連結性、擴充性及針對SAS和SATA技術的未來產品藍圖，使它們成為許多新系統的技術選擇。
配置與規格
現行的許多系統將Ultra 320平行SCSI用於開機磁碟、區域資料儲存和標準尺寸的外部磁碟陣列。而近兩年上市的系統則將SAS磁碟運用於開機磁碟、區域資料儲存和標準及大型尺寸的外部磁碟陣列。SATA採用與同樣的SAS基礎架構，並以較低的成本大幅提升了儲存容量。
衡量儲存子系統效能的兩個主要標準是資料傳輸量和I/O速率。資料傳輸量通常以MB/s表示，用來測量最高持續資料傳輸速率。一般而言，最高持續資料傳輸速率通常可以經由純讀或純寫操作的序列資料串流檢測，而資料塊的大小為64KB或更大。I/O速率則是系統每秒鐘能夠完成的I/O的最大值。最大I/O速率通常也是通過讀或寫操作的序列資料串流進行測量，而且資料塊的大小為單一磁區、或者是512個位元組。
大部份用戶應用程式的I/O是隨機的，也就是對於資料的需求會在磁碟的不同位置之間產生。由於一次隨機的I/O包括移動磁碟的磁頭（搜尋時間）、等待磁盤旋轉至正確的位置（旋轉延遲）以及移動資料所需的時間，因此隨機I/O並不會在序列I/O吞吐的階段產生。磁碟機、RAID控制器和檔案系統中的資料快取（Data Caches）雖能減輕、但是不能完全消除隨機定址所帶來的影響。將資料分散至多個磁碟，以及只使用磁碟的一部分來儲存資料，是一種增加隨機I/O傳輸量的普遍技術。相較之下，SAS和SATA具有更高的連接性，能容納比平行SCSI更大的容量，同時也擁有較好的隨機傳輸量效能。在考慮隨機和順序I/O的同時，具有最高序列資料傳輸量的I/O解決方案，就成為支援最高的整體I/O傳輸量的最佳選擇。而為了達到效能規劃的目的，在選擇改善隨機傳輸量的方法之前，最好先確定儲存子系統擁有足夠的序列頻寬和連接性。
由於SAS和SATA解決方案已在實驗室中開發了相當長的一段時間，因此，我們對於這些介面與磁碟機在各種儲存配置中的實際能力已有相當程度的了解。本文中所使用傳輸量的數值乃出自同類最佳解決方案的測量結果，而這些結果可以作為規劃儲存配置的基礎，以滿足具體應用需求。
效能變化：平行（Parallel）與序列（Serial）磁碟之比較
連接性及效能是與平行Ultra 320解決方案密切相關的。控制器通常擁有一個或兩個SCSI通道，而每個通道所支援的最大速率為270MB/s。每個通道能夠連結1到15台裝置，並共用270MB/s的頻寬。然而在執行Ultra 320 SCSI當中的效能變化是有限的，並且可能受到下列因素影響：
磁碟數量（每個通道1至15個）
操作模式（Ultra 320、Ultra160、Ultra2等等）
PCI-X匯流排頻寬和頻率（32和64位元、64、100和133MHz）
在執行SAS和SATA的序列點到點（point-to-point）時，連接性與性能是分離的，並且可針對每個系統的需求，個別進行最佳化。而其效能變化可能來自於：
磁碟數量（每個控制器最多126個；每個網域最大為16K）
操作模式（SAS 3Gb/s、SATA 1.5Gb/s、SATA 3Gb/s）
與系統記憶體的連接頻寬、PCI-Express或PCI-X匯流排頻寬和頻率
控制器與磁碟之間的連接頻寬（在使用擴充器的情況下）
連接性的變化範圍可以透過控制器、擴充器和磁碟的拓撲結構進行管理；至於採用何種方式管理則取決於主動元件可支援的最大定址數量。
可用性比較
高度可用的平行SCSI、SAS與SATA儲存子系統，是透過各種RAID控制器和保護級別、控制器的冗餘路徑和控制器排錯功能所建構而成的。其中，SAS經由支援到達磁碟機的冗餘路徑來提高其可用性。在經過測試後，SAS磁碟通常具有比SATA磁碟較長的平均無故障時間（MTBF, Mean Time Between Failure）和較低的位元誤碼率（bit error rate）。
傳輸量比較
圖1 Ultra 320，SAS和SATA技術的最大傳輸量
圖1顯示了Ultra 320，SAS和SATA技術可以達到的最大傳輸量。每個垂直柱狀圖形表示目前控制器、主機電腦系統和磁碟所能支援的I/O讀取操作的最大傳輸量。由於控制器普遍存在於各種配置當中，因此，綠色的柱狀圖形表示1和2通道的Ultra 320；紫色及藍色柱狀圖形則分別代表SATA之窄連結（x1）和SAS之頻寬為2，4，8的寬連結（x2，x4，x8）。
圖1當中的水平軸則表示這些控制器中使用之各種主機端連結的頻寬限制。Ultra 320解決方案採用適用於頻寬32及64位元、頻率66、100和133MHz的原生PCI-X。一些SAS和SATA解決方案可用於和Ultra320同樣適用的PCI-X主機連結：SAS與SATA也可以運用在連結頻寬為x1，x2，x3和x8的原生PCI Express。
在多數情況下，序列I/O的寫入傳輸量非常接近於讀取傳輸量的限制。當然，對於寫入來說，如果使用了奇偶校驗或其他冗餘資料技術，RAID容量大小的I/O會非常慢。由於讀取通常設定較高的傳輸量限制，因此在本文中，我們將以讀取操作的傳輸量為主。
在圖1我們可以看到，Ultra 320控制器的最大傳輸量是SAS控制器最大值的三分之一。同樣，這個新的序列介面藉由選擇磁碟端的連結頻寬，提供調整資料傳輸量能力的機會。在使用該圖的過程中，資料傳輸量的可以高達表示磁碟端連結之柱狀圖形的最低限制，或是表示主機端的連結之水平線的最低點。兩者中較低的瓶頸就成為傳輸量的最大值。
下列的一些例子闡述了如何使用該圖來規劃儲存配置，以滿足資料傳輸量的目標。
在不考慮主機端匯流排的情況下，一條SATA x1傳輸量速率不會超過115MB/s。一條連結可以透過擴充器或連接埠倍增器連接多個所需的磁碟，藉由一個RAID磁區以獲得連結性或可用性。但是，若使用一條x1窄連結，最大傳輸量將不會超過115MB/s。
如果磁碟連接到PCI Express x1，PCI Express x2，PCI-X 66，或任何快於或寬於這三者的連結上，使用一條SAS x2連結之磁碟的傳輸量最多僅能達到195，390，480或540MB/s。另外，擴充器可用來增加可連結磁碟機的數量，但傳輸量將受主機端的連結、或是一條x2 SAS寬連結540MB/s的速率的限制。
若不考慮主機端的連結，與單一Ultra320通道連接的磁碟則受限於270MB/s的聚合傳輸量。
對於一個建置在SAS之上、以780MB/s傳輸量為目標的系統，需要以下配置：
至磁碟的連結至少為x4 SAS 1.0
PCI Express x4、PCI-X 133MHz或更佳的主機端鏈結
至少13個2.5”磁碟，或9個3.5”磁碟，而且這些磁碟能夠在任何多個不同的拓撲結構中，透過一個或多個擴充器進行連結
Ultra 320 SCSI的頻寬規劃更為單純，但是相對地儲存能力較低。選擇基本上不出1個或2個SCSI匯流排，而每條SCSI匯流排最多有15台設備。主機端的連接則是133MHz或速度較慢的PCI或PCI-X。目前市面上已有一些PCI Express Ultra 320介面卡，但是它們都使用具備原生PCI-X連結的控制器。因此，單獨使用Ultra320控制器並無法達到PCI Express x8的速度。
磁碟效能資料
目前，企業級磁碟有兩種尺寸規格，而磁碟的尺寸規格對最高持續資料傳輸速率具有顯著影響。對Ultra320和SAS而言，一個3.5吋磁碟通常可支援90MB/s的可持續傳輸量，雖然每個製造商之間會有些許差異，並且取決於測試哪一部分磁碟表面，但這仍是一個用於規劃的實用數值。一個2.5吋Ultra320或SAS磁碟則可支援60MB/s的可持續傳輸量。而當我們再去看SATA磁碟的這個數字卻是更低的。一個3.5吋的SATA磁片將支援大約60MB/s的可持續傳輸量，2.5吋磁片則只能支援不超過45MB/s的可持續傳輸量。這些傳輸量數位被設定為一個序列資料串流，並且不甚為軸轉速所影響。而隨機I/O所支援的資料速率完全不同，而且還受到轉速、磁碟筆劃（根據磁碟筆劃數量而配置的磁碟容量大小），I/O尺寸和I/O排序數量的影響。但是，持續的序列傳輸量為每個磁碟預期能達到的速率訂立了上限。
發展藍圖
瞭解這些介面未來的走向，可能會對今天選擇一個解決方案產生巨大的影響。Ultra320是平行SCSI產品線的尾聲，而目前並沒有增加Ultra320的資料傳輸量或連結性的計劃。這個介面在過去的20多年的時間裡成長驚人，並且也發展得非常成功。
新的序列SCSI介面現正處於發展初期，並將在未來幾年中，將不斷發展其連結性和性能。SAS之標準已達6Gb/s，並且已經有計劃擴展至12Gb/s。一些以3Gb/s序列連結速率執行SATA 2之SATA解決方案也正在逐漸成型。不久以後，SATA配置將能夠支援1.0Gb/s以上的速率。藉由管理使用工具、擴充器、連接埠倍增器，以及具有較快速率和較高容量的磁碟擴充SAS和SATA的效能的趨勢也開始出現。未來，SAS和SATA將隨著效能、連結性和管理能力的提高而持續發展。
配置與規格
現行的許多系統將Ultra 320平行SCSI用於開機磁碟、區域資料儲存和標準尺寸的外部磁碟陣列。而近兩年上市的系統則將SAS磁碟運用於開機磁碟、區域資料儲存和標準及大型尺寸的外部磁碟陣列。SATA採用與同樣的SAS基礎架構，並以較低的成本大幅提升了儲存容量。
衡量儲存子系統效能的兩個主要標準是資料傳輸量和I/O速率。資料傳輸量通常以MB/s表示，用來測量最高持續資料傳輸速率。一般而言，最高持續資料傳輸速率通常可以經由純讀或純寫操作的序列資料串流檢測，而資料塊的大小為64KB或更大。I/O速率則是系統每秒鐘能夠完成的I/O的最大值。最大I/O速率通常也是通過讀或寫操作的序列資料串流進行測量，而且資料塊的大小為單一磁區、或者是512個位元組。
大部份用戶應用程式的I/O是隨機的，也就是對於資料的需求會在磁碟的不同位置之間產生。由於一次隨機的I/O包括移動磁碟的磁頭（搜尋時間）、等待磁盤旋轉至正確的位置（旋轉延遲）以及移動資料所需的時間，因此隨機I/O並不會在序列I/O吞吐的階段產生。磁碟機、RAID控制器和檔案系統中的資料快取（Data Caches）雖能減輕、但是不能完全消除隨機定址所帶來的影響。將資料分散至多個磁碟，以及只使用磁碟的一部分來儲存資料，是一種增加隨機I/O傳輸量的普遍技術。相較之下，SAS和SATA具有更高的連接性，能容納比平行SCSI更大的容量，同時也擁有較好的隨機傳輸量效能。在考慮隨機和順序I/O的同時，具有最高序列資料傳輸量的I/O解決方案，就成為支援最高的整體I/O傳輸量的最佳選擇。而為了達到效能規劃的目的，在選擇改善隨機傳輸量的方法之前，最好先確定儲存子系統擁有足夠的序列頻寬和連接性。
由於SAS和SATA解決方案已在實驗室中開發了相當長的一段時間，因此，我們對於這些介面與磁碟機在各種儲存配置中的實際能力已有相當程度的了解。本文中所使用傳輸量的數值乃出自同類最佳解決方案的測量結果，而這些結果可以作為規劃儲存配置的基礎，以滿足具體應用需求。
效能變化：平行（Parallel）與序列（Serial）磁碟之比較
連接性及效能是與平行Ultra 320解決方案密切相關的。控制器通常擁有一個或兩個SCSI通道，而每個通道所支援的最大速率為270MB/s。每個通道能夠連結1到15台裝置，並共用270MB/s的頻寬。然而在執行Ultra 320 SCSI當中的效能變化是有限的，並且可能受到下列因素影響：
磁碟數量（每個通道1至15個）
操作模式（Ultra 320、Ultra160、Ultra2等等）
PCI-X匯流排頻寬和頻率（32和64位元、64、100和133MHz）
在執行SAS和SATA的序列點到點（point-to-point）時，連接性與性能是分離的，並且可針對每個系統的需求，個別進行最佳化。而其效能變化可能來自於：
磁碟數量（每個控制器最多126個；每個網域最大為16K）
操作模式（SAS 3Gb/s、SATA 1.5Gb/s、SATA 3Gb/s）
與系統記憶體的連接頻寬、PCI-Express或PCI-X匯流排頻寬和頻率
控制器與磁碟之間的連接頻寬（在使用擴充器的情況下）
連接性的變化範圍可以透過控制器、擴充器和磁碟的拓撲結構進行管理；至於採用何種方式管理則取決於主動元件可支援的最大定址數量。
可用性比較
高度可用的平行SCSI、SAS與SATA儲存子系統，是透過各種RAID控制器和保護級別、控制器的冗餘路徑和控制器排錯功能所建構而成的。其中，SAS經由支援到達磁碟機的冗餘路徑來提高其可用性。在經過測試後，SAS磁碟通常具有比SATA磁碟較長的平均無故障時間（MTBF, Mean Time Between Failure）和較低的位元誤碼率（bit error rate）。
傳輸量比較
圖1 Ultra 320，SAS和SATA技術的最大傳輸量
圖1顯示了Ultra 320，SAS和SATA技術可以達到的最大傳輸量。每個垂直柱狀圖形表示目前控制器、主機電腦系統和磁碟所能支援的I/O讀取操作的最大傳輸量。由於控制器普遍存在於各種配置當中，因此，綠色的柱狀圖形表示1和2通道的Ultra 320；紫色及藍色柱狀圖形則分別代表SATA之窄連結（x1）和SAS之頻寬為2，4，8的寬連結（x2，x4，x8）。
圖1當中的水平軸則表示這些控制器中使用之各種主機端連結的頻寬限制。Ultra 320解決方案採用適用於頻寬32及64位元、頻率66、100和133MHz的原生PCI-X。一些SAS和SATA解決方案可用於和Ultra320同樣適用的PCI-X主機連結：SAS與SATA也可以運用在連結頻寬為x1，x2，x3和x8的原生PCI Express。
在多數情況下，序列I/O的寫入傳輸量非常接近於讀取傳輸量的限制。當然，對於寫入來說，如果使用了奇偶校驗或其他冗餘資料技術，RAID容量大小的I/O會非常慢。由於讀取通常設定較高的傳輸量限制，因此在本文中，我們將以讀取操作的傳輸量為主。
在圖1我們可以看到，Ultra 320控制器的最大傳輸量是SAS控制器最大值的三分之一。同樣，這個新的序列介面藉由選擇磁碟端的連結頻寬，提供調整資料傳輸量能力的機會。在使用該圖的過程中，資料傳輸量的可以高達表示磁碟端連結之柱狀圖形的最低限制，或是表示主機端的連結之水平線的最低點。兩者中較低的瓶頸就成為傳輸量的最大值。
下列的一些例子闡述了如何使用該圖來規劃儲存配置，以滿足資料傳輸量的目標。
在不考慮主機端匯流排的情況下，一條SATA x1傳輸量速率不會超過115MB/s。一條連結可以透過擴充器或連接埠倍增器連接多個所需的磁碟，藉由一個RAID磁區以獲得連結性或可用性。但是，若使用一條x1窄連結，最大傳輸量將不會超過115MB/s。
如果磁碟連接到PCI Express x1，PCI Express x2，PCI-X 66，或任何快於或寬於這三者的連結上，使用一條SAS x2連結之磁碟的傳輸量最多僅能達到195，390，480或540MB/s。另外，擴充器可用來增加可連結磁碟機的數量，但傳輸量將受主機端的連結、或是一條x2 SAS寬連結540MB/s的速率的限制。
若不考慮主機端的連結，與單一Ultra320通道連接的磁碟則受限於270MB/s的聚合傳輸量。
對於一個建置在SAS之上、以780MB/s傳輸量為目標的系統，需要以下配置：
至磁碟的連結至少為x4 SAS 1.0
PCI Express x4、PCI-X 133MHz或更佳的主機端鏈結
至少13個2.5”磁碟，或9個3.5”磁碟，而且這些磁碟能夠在任何多個不同的拓撲結構中，透過一個或多個擴充器進行連結
Ultra 320 SCSI的頻寬規劃更為單純，但是相對地儲存能力較低。選擇基本上不出1個或2個SCSI匯流排，而每條SCSI匯流排最多有15台設備。主機端的連接則是133MHz或速度較慢的PCI或PCI-X。目前市面上已有一些PCI Express Ultra 320介面卡，但是它們都使用具備原生PCI-X連結的控制器。因此，單獨使用Ultra320控制器並無法達到PCI Express x8的速度。
磁碟效能資料
目前，企業級磁碟有兩種尺寸規格，而磁碟的尺寸規格對最高持續資料傳輸速率具有顯著影響。對Ultra320和SAS而言，一個3.5吋磁碟通常可支援90MB/s的可持續傳輸量，雖然每個製造商之間會有些許差異，並且取決於測試哪一部分磁碟表面，但這仍是一個用於規劃的實用數值。一個2.5吋Ultra320或SAS磁碟則可支援60MB/s的可持續傳輸量。而當我們再去看SATA磁碟的這個數字卻是更低的。一個3.5吋的SATA磁片將支援大約60MB/s的可持續傳輸量，2.5吋磁片則只能支援不超過45MB/s的可持續傳輸量。這些傳輸量數位被設定為一個序列資料串流，並且不甚為軸轉速所影響。而隨機I/O所支援的資料速率完全不同，而且還受到轉速、磁碟筆劃（根據磁碟筆劃數量而配置的磁碟容量大小），I/O尺寸和I/O排序數量的影響。但是，持續的序列傳輸量為每個磁碟預期能達到的速率訂立了上限。
發展藍圖
瞭解這些介面未來的走向，可能會對今天選擇一個解決方案產生巨大的影響。Ultra320是平行SCSI產品線的尾聲，而目前並沒有增加Ultra320的資料傳輸量或連結性的計劃。這個介面在過去的20多年的時間裡成長驚人，並且也發展得非常成功。
新的序列SCSI介面現正處於發展初期，並將在未來幾年中，將不斷發展其連結性和性能。SAS之標準已達6Gb/s，並且已經有計劃擴展至12Gb/s。一些以3Gb/s序列連結速率執行SATA 2之SATA解決方案也正在逐漸成型。不久以後，SATA配置將能夠支援1.0Gb/s以上的速率。藉由管理使用工具、擴充器、連接埠倍增器，以及具有較快速率和較高容量的磁碟擴充SAS和SATA的效能的趨勢也開始出現。未來，SAS和SATA將隨著效能、連結性和管理能力的提高而持續發展。
