Современные системы хранения данных не только развиваются до терабитных объемов и имеют более высокие скорости передачи данных, но и потребляют меньше энергии и занимают меньшую площадь. Эти системы также нуждаются в улучшенных возможностях подключения для обеспечения большей гибкости. Разработчикам необходимы более компактные межсоединения для обеспечения требуемых сегодня или в будущем скоростей передачи данных. Создание и развитие стандарта, постепенно совершенствующегося от зарождения до зрелости, — задача непростая. Особенно в ИТ-индустрии любая технология постоянно совершенствуется и развивается, как и спецификация Serial Attached SCSI (SAS). Как преемник параллельного SCSI, спецификация SAS существует уже довольно давно.
За годы существования SAS его характеристики значительно улучшились, хотя базовый протокол остался прежним, в основном изменений не так много. Однако характеристики внешнего интерфейсного разъема претерпели множество изменений, что является адаптацией SAS к рыночной среде. Благодаря этим «постепенным шагам к тысяче миль» в постоянном совершенствовании, характеристики SAS стали все более зрелыми. Интерфейсные разъемы различных спецификаций называются SAS, а переход от параллельного к последовательному соединению, от параллельной технологии SCSI к последовательной технологии SCSI (SAS), значительно изменил схему прокладки кабелей. Предыдущий параллельный SCSI мог работать в одностороннем или дифференциальном режиме по 16 каналам со скоростью до 320 Мбит/с. В настоящее время на рынке все еще используется интерфейс SAS3.0, более распространенный в сфере корпоративных хранилищ, но его пропускная способность в два раза выше, чем у SAS3, который долгое время не обновлялся, и составляет 24 Гбит/с, что примерно на 75% меньше пропускной способности обычных твердотельных накопителей PCIe3.0×4. Новейший разъем MiniSAS, описанный в спецификации SAS-4, меньше по размеру и обеспечивает более высокую плотность размещения. Размер нового разъема Mini-SAS вдвое меньше оригинального разъема SCSI и на 70% меньше разъема SAS. В отличие от оригинального параллельного кабеля SCSI, как SAS, так и Mini SAS имеют четыре канала. Однако, помимо более высокой скорости, большей плотности размещения и большей гибкости, наблюдается также увеличение сложности. Из-за меньшего размера разъема производитель оригинального кабеля, сборщик кабелей и системный проектировщик должны уделять пристальное внимание параметрам целостности сигнала по всей кабельной сборке.
Не все производители кабелей способны обеспечить высококачественную высокоскоростную передачу сигналов, отвечающую требованиям целостности сигнала систем хранения данных. Производителям кабелей необходимы высококачественные и экономически эффективные решения для новейших систем хранения данных. Для производства стабильных и долговечных высокоскоростных кабельных сборок необходимо учитывать несколько факторов. Помимо поддержания качества обработки и механической обработки, конструкторам необходимо уделять пристальное внимание параметрам целостности сигнала, которые обеспечивают возможность производства современных высокоскоростных кабелей для запоминающих устройств.
Спецификация целостности сигнала (Какой сигнал является полным?)
К основным параметрам целостности сигнала относятся вносимые потери, перекрестные помехи на ближнем и дальнем концах, обратные потери, искажение разностной пары внутри сигнала, а также амплитуда разностного сигнала по отношению к синфазному. Хотя эти факторы взаимосвязаны и влияют друг на друга, для изучения их основного воздействия можно рассматривать каждый фактор по отдельности.
Вносимые потери (Основы высокочастотных параметров 01 - параметры затухания)
Вносимые потери — это потеря амплитуды сигнала от передающего конца кабеля к принимающему, которая прямо пропорциональна частоте. Вносимые потери также зависят от количества проводов, как показано на диаграмме затухания ниже. Для внутренних компонентов ближнего действия в кабеле 30 или 28-AWG качественный кабель должен иметь затухание менее 2 дБ/м на частоте 1,5 ГГц. Для внешних SAS-каналов 6 Гбит/с с использованием 10-метровых кабелей рекомендуется кабель со средним сечением 24, который имеет затухание всего 13 дБ на частоте 3 ГГц. Если вам нужен больший запас сигнала при более высоких скоростях передачи данных, выбирайте кабель с меньшим затуханием на высоких частотах для более длинных кабелей.
Перекрестные помехи (Основы параметров высокочастотного диапазона 03 - Параметры перекрестных помех)
Количество энергии, передаваемой от одной пары сигналов или разностей к другой. В случае кабелей SAS, если перекрестные помехи на ближнем конце (NEXT) недостаточно малы, это вызовет большинство проблем со связью. Измерение NEXT производится только на одном конце кабеля и представляет собой количество энергии, передаваемой от пары выходных сигналов передачи к паре входных сигналов приема. Перекрестные помехи на дальнем конце (FEXT) измеряются путем подачи сигнала для пары сигналов передачи на одном конце кабеля и наблюдения за тем, сколько энергии остается в сигнале передачи на другом конце кабеля.
Проблема NEXT в кабельной сборке и разъеме обычно вызвана плохой изоляцией дифференциальных сигнальных пар, что может быть следствием использования розеток и вилок, неполного заземления или ненадлежащего обращения в зоне оконечной заделки кабеля. Системный проектировщик должен убедиться, что производитель кабелей устранил все три проблемы.
Кривые потерь для распространенных кабелей с сопротивлением 100 Ом длиной 24, 26 и 28 мм.
Качественная кабельная сборка, соответствующая «Спецификации SFF-8410 для испытаний и требований к характеристикам медных кабелей HSS», показывает, что значение NEXT должно быть менее 3%. Что касается S-параметра, значение NEXT должно быть больше 28 дБ.
Возвратные потери (Основы высокочастотных параметров 06 - Возвратные потери)
Коэффициент отражения измеряет количество энергии, отражаемой от системы или кабеля при подаче сигнала. Эта отраженная энергия может вызвать падение амплитуды сигнала на приемном конце кабеля и привести к проблемам с целостностью сигнала на передающем конце, что может вызвать проблемы с электромагнитными помехами для системы и ее разработчиков.
Эти потери на отражение вызваны несоответствием импедансов в кабельной сборке. Только тщательное решение этой проблемы позволяет избежать изменения импеданса сигнала при прохождении через розетку, вилку и клемму, минимизируя тем самым изменение импеданса. Текущий стандарт SAS-4 обновлен до значения импеданса ±3 Ом по сравнению с ±10 Ом в стандарте SAS-2, и требования к качественным кабелям должны оставаться в пределах номинального допуска 85 или 100±3 Ом.
Искаженное искажение
В кабелях SAS существуют два типа искажений: между разностными парами и внутри разностных пар (разностный сигнал в теории целостности сигнала). Теоретически, если на один конец кабеля поступает несколько сигналов, они должны одновременно достигать другого конца. Если эти сигналы не достигают одновременно, это явление называется искажением кабеля или задержкой-искажением. Для разностных пар искажение внутри разностной пары представляет собой задержку между двумя проводами разностной пары, а искажение между разностными парами — задержку между двумя наборами разностных пар. Большое искажение разностной пары ухудшает разностный баланс передаваемого сигнала, уменьшает амплитуду сигнала, увеличивает временной дрожание и вызывает проблемы электромагнитных помех. Разница между внутренним искажением кабеля хорошего качества и искажением внутри пары должна быть менее 10 пс.
Дата публикации: 30 ноября 2023 г.
