Serial Attached SCSI

SAS-Anschluss einer Festplatte
PCIe ×4 8×-SAS-RAID-Controller (Low Profile)

Serial Attached SCSI (SAS) ist eine Computerschnittstelle, die 2004 die Nachfolge der vorhergehenden parallelen SCSI-Schnittstelle antrat.

Hintergrund

Der Vorläufer von SAS war die parallele SCSI-Schnittstelle, die mit ihrem letzten Standard Ultra-320 SCSI an physikalische Grenzen gestoßen war. Unter anderem darf bei einer parallelen Übertragung die Signallaufzeit auf den einzelnen Datenleitungen nicht zu sehr differieren, damit das langsamste und das schnellste Bit noch zum Bit-Abtast-Zeitpunkt ausgewertet werden können. Zur weiteren Steigerung der Datendurchsatzrate wurde daher eine neue, serielle Schnittstelle konzipiert. Da bereits einige Jahre vorher bei Desktop-PCs die serielle Schnittstelle Serial ATA (SATA) eingeführt wurde, lag es nahe, zur Verringerung von Entwicklungs- und Herstellungskosten den SCSI-Nachfolger mit einem zu SATA kompatiblen Modus zu versehen. Ultra-640 SCSI wurde zwar noch als paralleler Standard definiert, doch wurden keine solchen Geräte mehr gebaut.

Technik

Auf der Bitübertragungsschicht arbeitet SAS seriell mit einer Symbolrate von 3 Gbit/s (SAS-1, 2004) bis 22,5 Gbit/s (SAS-4, 2017). Die vierte Generation mit 22,5 Gbit/s, etwas effizienterer Kodierung und integrierter Vorwärtsfehlerkorrektur ist 2017 erschienen. Bis einschließlich SAS-3 wird als Modulation auf der Sicherungsschicht wie bei SATA ein 8b10b-Code verwendet, d. h. 8 Bit Nutzdaten werden in 10 Kanalbits übertragen. Gegenüber SATA wird auf den Kabeln ein größerer Spannungshub (± 1,2 V[1]) verwendet, um eine Reichweite von bis zu 6 m zu gewährleisten. Für SAS-4 wird eine 128b/150b-Kodierung verwendet.[2] Dadurch entsprechen die genannten Übertragungsraten jeweils 300, 600, 1200 oder 2400 MB/s Nettodatendurchsatz.

SAS Generationen im Überblick[1][3]
Gene-
ration
NameSymbolrateDatendurchsatz
(Netto)
KodierungErscheinungs-
jahr
SAS-1SAS03 Gbit/s0300 MB/s8b/10b2004
SAS-2SAS 6G06 Gbit/s0600 MB/s2009
SAS-3SAS 12G12 Gbit/s1200 MB/s2013
SAS-4SAS 24G22,5 Gbit/s2400 MB/s128b/150b[2]2017
SAS-5SAS 48G45 Gbit/s4800 MB/sin Entwicklung[4]

Im Gegensatz zu seinem Vorgänger Parallel SCSI ist SAS eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Zum einen entfallen dadurch die bei Parallel SCSI typischen Terminatoren, die dort eine Signalspiegelung an Kabelenden vermeiden. Zum anderen entfällt so die Notwendigkeit, den Laufwerken manuell SCSI-IDs zu vergeben: Jedes SAS-Gerät hat eine weltweit eindeutige Adresse.

Der SAS-Standard sieht weiter oben im Protokollstapel drei Protokolle vor, um Gerätekommunikation zu ermöglichen:

  • SAS SCSI Protocol (SSP), die serielle Variante des SCSI-Protokolls. SAS-Endgeräte und SAS-Controller nutzen dieses, um miteinander zu kommunizieren.
  • Serial ATA Tunneling Protocol (STP), das das SATA-Protokoll tunnelt. Dadurch ist es möglich, SATA-Laufwerke an SAS-Controllern einzusetzen.
  • SAS Management Protocol (SMP), für das Management von Expandern.

Expander

SAS ist nicht nur als Verbindungsprotokoll zwischen Controller und Endgeräten konzipiert, sondern erlaubt mit Hilfe sogenannter „Expander“ auch, eine Speicherdomäne aus SAS-Geräten aufzubauen. Diese Geräte haben eine ähnliche Funktion wie die aus der Netzwerkwelt bekannten Switches. Dabei wird zwischen zwei Expander-Typen unterschieden:

  • Der Edge Expander bündelt theoretisch bis zu 128 Endgeräte (praktisch erhältlich bis zu 36) auf ein einzelnes SAS-Kabel. Indem dieses an den Controller angeschlossen wird, ist es möglich, wesentlich mehr Geräte an einem Controller zu betreiben als dieser Ports bietet. Es können bis zu zwei Edge Expander pro Controller benutzt werden.
  • Reichen die durch Edge Expander erweiterten Möglichkeiten nicht aus, kommen Fanout Expander ins Spiel. Diese können zwischen Controller und Edge Expander gestellt werden und fächern dabei den einzelnen Controlleranschluss auf bis zu 128 auf (englisch fan out). Durch Einsatz beider Expander-Typen erhöht sich die theoretische Maximalanzahl an Endgeräten auf 128×128=16384 Laufwerke.

Leitungsbündelung und Dual Porting

SFF-8484-Kabel

SAS-Festplatten haben üblicherweise zwei SAS-Anschlüsse. Diese können entweder zur Leistungssteigerung gebündelt werden, so dass sie zusammen bis zu 24 GBit/s übertragen können (dritte Generation). Oder man setzt sie zum Dual Porting ein, das es erlaubt, die beiden Ports der Festplatte an unterschiedlichen Host-Adaptern anzuschließen. Damit sind redundante Architekturen einfach zu realisieren. Bereits auf dem Intel Developer Forum im Februar 2004 demonstrierte Seagate eine 2,5-Zoll-SAS-Festplatte im Dual-Porting-Betrieb. Bei der Demonstration griffen zwei unabhängige Systeme auf die verwendete Festplatte zu, die jeweils einen Video-Stream von dieser Platte abspielten.

Stecker und Kabel

SAS übernimmt die SATA-Steckverbindungen in leicht abgeänderter Form: Die Buchsen sind mit einem Steg zwischen Daten- und Stromanschluss versehen, die Stecker entsprechend mit einem Keil. Dadurch können keine SATA-Kabel in SAS-Geräte gesteckt werden, wohl aber SAS-Kabel in SATA-Geräte. Diese Eigenschaft wurde aufgrund der geplanten Abwärtskompatibilität zu SATA bewusst entwickelt.

Im Laufe der Zeit haben sich verschiedene Steckertypen etabliert, die in mehreren SFF-Standards spezifiziert sind:[5]

BildNameandere Namenextern/
intern
Anzahl
Verbinder
GeräteBemerkungen
SAS-drive-connector.jpgSFF-8482intern00701Für interne Verbindungen, kompatibel zu SATA-Laufwerken.
Das Bild zeigt die laufwerksseitige Buchse.
SFF-8484 straight connector.jpgSFF-8484intern032 (19)04 (2)Für zwei- oder vierkanalige interne Verbindungen.
SFF-8485Definiert SGPIO (Erweiterung von SFF 8484), ein serielles Protokoll.
Beispielsweise für LED-Anzeigen verwendet.
SFF 8470.jpgSFF-8470InfiniBand-Steckerextern03204Für vierkanalige externe Verbindungen, auch bei InfiniBand in Anwendung.
Wird auch als interner Stecker verwendet.
SFF 8087.jpgSFF-8087intern mini-SAS,
intern mSAS,
iPASS (Supermicro)
intern03604Molex-Stecker, für vierkanalige interne Verbindungen.
Wesentlich kleiner als SFF 8484, auch für 12 Gbit/s.
SFF 8088.jpgSFF-8088extern mini-SAS,
extern mSAS
extern02604Molex-Stecker, für vierkanalige externe Verbindungen, auch für 12 Gbit/s.
Die Anzahl/Position der Rillen am Stecker kann sich unterscheiden,
um die Steckerrichtung festzulegen („IN“ oder „OUT“).[6]
Stecker mit drei Rillen können für IN und OUT verwendet werden.
SFF-8643 SMC.jpgSFF-8643intern mini-SAS HDintern03604Stecker für vierkanalige interne Verbindungen, auch für 12 Gbit/s,
auch vom Controller zu Laufwerken als Fan-Out.
Nochmals kleiner als SFF-8087.
SFF-8644 cable.jpgSFF-8644extern mini-SAS HDextern04Stecker für vierkanalige, externe Verbindungen, auch für 12 Gbit/s
SFF-8654.jpgSFF-8654[7]intern slim-SASintern384Stecker für interne SAS-Verbindung. Wird z. B. von Lenovo / IBM auf

Server-Mainboard verwendet.

Vergleich zwischen SAS und SATA

SchnittstelleSAS
(SAS-3, dritte Generation)
SATA
(Serial ATA 6,0 Gbit/s, SATA Revision 3.x)
Übertragungsrate je Port12 GHz Symbolrate ≙ 1200 MB/s Brutto-Datenrate6 GHz Symbolrate ≙ 600 MB/s Brutto-Datenrate
Leitungscode8b10b-Code8b10b-Code
Spannungshub (Tx/Rx)800–1600 mV / 275–1600 mV600–900 mV / 325–900 mV
Impedanz100 Ω100 Ω
Verbindungsartvollduplexhalbduplex (vollduplex nicht unterstützt)[8]
LeitungsbündelungPort Aggregationnein
Dual Channelbei Festplatte/SSD
2× 12 GHz Symbolrate ≙ 2400 MB/s Brutto-Datenrate
nein
AnschlusstechnikMulti-InitiatorSingle-Host oder Multilane

Weblinks

Commons: Serial Attached SCSI – Sammlung von Bildern

Einzelnachweise

  1. a b SAS – Serial Attached SCSI. Abgerufen am 30. April 2020.
  2. a b SAS Protocol Layer −4 (SPL-4) draft 08b; 5.5 SPL packet (PDF) INCITS. 18. Juli 2016. Abgerufen am 21. Juli 2016.
  3. Serial Attached SCSI – Thomas-Krenn-Wiki. Abgerufen am 30. April 2020.
  4. t10.org (PDF)
  5. snia.org
  6. SAS Integrators Guide. SCSITA. 21. April 2006. Abgerufen am 29. September 2017.
  7. Slimline SAS SFF-8654 connector pinout diagram @ pinoutguide.com. Abgerufen am 9. Juni 2021.
  8. tomshardware.com

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hotplug-fähige SAS-Backplane – Innenansicht eines Vierfach-Rahmens
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Slim-SAS-Stecker (SFF-8654)
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SAS Vierfach-Anschlußkabel intern nach SFF-8484
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SFF 8088 SAS connector (AKA external Mini-SAS)
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SAS Steckverbinder für Vierfach-Anschlußkabel intern nach SFF-8484
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Anschlussleiste SAS-Festplatte
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Anschlussleiste SAS-Festplatte
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Serial Attached SCSI drive connector
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Supermicro AOC-S3108L-H8iR SAS RAID controller. Low-profile PCI Express 3.0 x8 card. Provides 8 SAS3 ports, 2GB DRAM cache, hardware RAID 0, 1, 5, 6, 10, 50, 60. Supports optional SuperCap module to protect cached data during power failures (not provided on this photo).
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SAS Backplane hotplug-fähig. Rückansicht eines Vierfach-Rahmens
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SFF 8470 SAS connector (AKA Infiniband connector)