シリアル接続SCSI
SAS
シリアル接続SCSI
4本の赤いケーブルが幅広の黒い電気コネクタにつながっています
SASコネクタ
ビット幅1
デバイス数65,535
スピード
  • SAS-1 : 3 Gbit/s 全二重 (2004) [ 1 ]
  • SAS-2 : 6 Gbit/s 全二重 (2009)
  • SAS-3 : 12 Gbit/s 全二重 (2013)
  • SAS-4 : 22.5 Gbit/s 全二重 (2017) [ 2 ]
スタイルシリアル
ホットプラグインターフェースはい

コンピューター分野において、シリアル接続SCSI（SAS ）は、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、テープドライブなどのコンピューターストレージデバイスとの間でデータをやり取りするポイントツーポイントのシリアルプロトコルです。SA​​Sは、1980年代半ばに初めて登場した旧式のパラレルSCSI（Parallel Small Computer System Interface、通常は「スカジー」と発音されます[ 3 ] [ 4 ]）バス技術に代わるものです。SA​​Sは、その前身と同様に、標準のSCSIコマンドセットを使用します。SASは、シリアルATA （SATA）バージョン2以降との互換性をオプションで提供しています。これにより、SATAドライブをほとんどのSASバックプレーンまたはコントローラーに接続できます。逆に、SASドライブをSATAバックプレーンに接続することはできません。[ 5 ]

国際情報技術標準化委員会(INCITS)の T10 技術委員会がSAS プロトコルの開発と保守を行い、SCSI Trade Association (SCSITA) がこの技術を推進しています。

導入

サーバーあたり24台のSASハードディスクドライブを搭載したストレージサーバー

一般的なシリアル アタッチド SCSI システムは、次の基本コンポーネントで構成されます。

  1. イニシエーター：ターゲットデバイスによる処理のためにデバイスサービスおよびタスク管理要求を発信し、他のターゲットデバイスから同じ要求に対する応答を受信するデバイス。イニシエーターは、マザーボード上のオンボードコンポーネント（多くのサーバー向けマザーボードの場合）として提供される場合もあれば、アドオンホストバスアダプターとして提供される場合もあります。
  2. ターゲット: 論理ユニットとターゲットポートを含むデバイス。デバイスサービスおよびタスク管理の処理要求を受信し、同じ要求に対する応答をイニシエーターデバイスに送信します。ターゲットデバイスには、ハードディスクドライブやディスクアレイシステムなどがあります。
  3. サービスデリバリーサブシステム：イニシエータとターゲット間で情報を伝送するI/Oシステムの一部。通常、イニシエータとターゲットを接続するケーブル（エクスパンダやバックプレーンの有無は問わない）がサービスデリバリーサブシステムを構成します。
  4. エクスパンダー：サービス配信サブシステムの一部を形成し、SASデバイス間の通信を容易にするデバイス。エクスパンダーは、複数のSASエンドデバイスを単一のイニシエーターポートに接続することを容易にします。[ 6 ]

歴史

  • SAS-1: 3.0 Gbit/s、2004年に導入[ 7 ]
  • SAS-2: 6.0 Gbit/s、2009年2月から利用可能
  • SAS-3: 12.0 Gbit/s、2013年3月から利用可能
  • SAS-4: 22.5 Gbit/s（「24G」と呼ばれる）[ 8 ] 2017年に規格が完成[ 7 ] [ 2 ]
  • SAS-5: SAS-4にコネクタ定義を追加し、新しいフォームファクタに対応し、信号の整合性を改善した機能強化。開発は2018年5月に開始された[ 9 ]

識別とアドレス指定

SASドメインはSCSIドメインのSAS版であり、サービスデリバリーサブシステムを介して相互に通信するSASデバイスのセットから構成されます。SASドメイン内の各SASポートには、SASドメイン内でポートを一意に識別するSCSIポート識別子（ワールドワイドネーム）が付与されます。これは、イーサネットデバイスのMACアドレスと同様に、デバイスメーカーによって割り当てられ、通常は世界中で一意です。SA​​Sデバイスはこれらのポート識別子を使用して、相互通信のアドレスを指定します。

さらに、すべてのSASデバイスにはSCSIデバイス名があり、これによって世界中でSASデバイスが一意に識別されます。ポート識別子でデバイスを十分に識別できるため、これらのデバイス名を目にすることはあまりありません。

比較すると、パラレルSCSIではSCSI IDはポート識別子とデバイス名です。ファイバーチャネルでは、ポート識別子はWWPNで、デバイス名はWWNNです。

SASでは、SCSIポート識別子とSCSIデバイス名はどちらもSASアドレス（64ビット値、通常はNAA IEEE Registered形式）の形式をとります。SCSIポート識別子をデバイスのSASアドレスと呼ぶ人もいますが、これは混乱を招くためです。SA​​Sアドレスは、ファイバーチャネルのWWNと本質的に同じであるため、ワールドワイドネーム（WWN）と呼ばれることもあります。SASエクスパンダーデバイスの場合、SCSIポート識別子とSCSIデバイス名は同一のSASアドレスです。

パラレルSCSIとの比較

SATAとの比較

SASとSATAの間には物理的な違いはほとんどありません。[ 12 ]

  • SASプロトコルはSASドメイン内で複数のイニシエーターを提供するが、SATAには同様の規定はない。[ 12 ]
  • ほとんどのSASドライブはタグ付きコマンドキューイングを提供していますが、ほとんどの新しいSATAドライブはネイティブコマンドキューイングを提供しています。[ 12 ]
  • SATAはパラレルATAコマンドセットをベースに拡張されたコマンドセットを使用し、ネイティブコマンドキューイング、ホットプラグ、TRIMなどの機能が追加されています。SASはSCSIコマンドセットを使用し、エラー回復、予約、ブロック再利用などのより広範な機能を備えています。Basic ATAはダイレクトアクセスストレージ用のコマンドのみを備えています。ただし、CD / DVDドライブなどのデバイスでは、 SCSIコマンドをATAPI [ 12 ]経由でトンネリングできます。
  • SASハードウェアはデバイスへのマルチパスI/Oを可能にしますが、SATA（ SATA 2.0より前）はそれを可能にしませんでした。[ 12 ]仕様により、SATA 2.0はポート拡張を実現するためにポートマルチプライヤを使用しており、一部のポートマルチプライヤメーカーはポートマルチプライヤハードウェアを使用してマルチパスI/Oを実装しています。
  • SATA はパラレル ATA の汎用後継として販売されており、消費者市場で一般的になっていますが、より高価な SAS は重要なサーバー アプリケーションを対象としています。
  • SASのエラー回復とエラー報告はSCSIコマンドを使用します。これはSATAドライブで使用されるATA SMARTコマンドよりも多くの機能を持っています。[ 12 ]
  • SASはSATA（送信400～600 mV、受信325～600 mV）よりも高い信号電圧（送信800～1,600 mV、受信275～1,600 mV）を使用します。この高い電圧により、SASをサーバーバックプレーンで使用できるなどの利点があります。[ 12 ]
  • SASは信号電圧が高いため、最長10m（33フィート）のケーブルを使用できますが、SATAではケーブル長が1m（3.3フィート）またはeSATAでは2m（6.6フィート）に制限されています。[ 12 ]
  • SASは全二重ですが、SATAは半二重です。SA​​Sトランスポート層は、リンクの全速度で同時に双方向にデータを転送できるため、リンク上で実行されるSCSIコマンドは、デバイスとの間で同時にデータを転送できます。しかし、そのようなSCSIコマンドは稀であり、SASリンクは一度に1つのコマンド専用にする必要があるため、これは通常、単一のデバイスでは利点になりません。[ 13 ]

特徴

技術的な詳細

シリアル アタッチド SCSI 規格は、上位から下位の順に、アプリケーション、トランスポート、ポート、リンク、PHY、物理の複数の層を定義します。シリアル アタッチド SCSI は、以下の 3 つのトランスポート プロトコルで構成されます。

  • シリアル SCSI プロトコル (SSP) - SCSI デバイスとのコマンド レベルの通信用。
  • シリアル ATA トンネリング プロトコル (STP) – SATA デバイスとのコマンド レベルの通信用。
  • シリアル管理プロトコル (SMP) - SAS ファブリックを管理します。

リンク層とPHY層については、SAS は独自のプロトコルを定義します。

物理層では、SAS規格はコネクタと電圧レベルを定義しています。SASの配線と信号伝達の物理的特性は、6Gビット/秒までのSATAと互換性があり、概ねSATAのそれに沿っていますが、SASはより厳格な物理信号仕様と、より長いケーブル配線を可能にするためのより広い差動電圧振幅の許容範囲を定義しています。SAS-1.0とSAS-1.1は、8b/10bエンコードで3Gビット/秒の速度においてSATAの物理信号特性を採用していましたが、SAS-2.0では6Gビット/秒の物理速度の開発が、SATAと同等の速度の開発を先導しました。2013年には、SAS-3規格で12Gビット/秒が採用されました。[ 14 ] SAS-4は、6Gbit/sおよび12Gbit/sとの互換性を維持しながら、2,400MB/sの使用可能なデータレートを実現するために、より効率的な128b/150bエンコード方式を備えた22.5Gbit/sの信号方式を導入する予定です。[ 15 ]

さらに、SCSI ExpressはPCI Expressインフラストラクチャを活用して、より汎用的なインターフェースを介してSCSIデバイスを直接接続します。[ 16 ]

建築

SASレイヤーのアーキテクチャ

SAS アーキテクチャは 6 つの層で構成されています。

  • 物理層:
    • 電気的および物理的特性を定義する
    • 差動信号伝送
    • 複数のコネクタ タイプ:
      • SFF -8482 – SATA互換
      • 内部4レーンコネクタ: SFF-8484、SFF-8087、SFF-8643
      • 外部4レーンコネクタ: SFF-8470、SFF-8088、SFF-8644
  • PHY層:
  • リンク層:
    • クロック速度の差を一致させるためのプリミティブの挿入と削除
    • プリミティブエンコーディング
    • EMIを低減するためのデータスクランブル
    • SAS ターゲットとイニシエーター間のネイティブ接続を確立および切断する
    • SAS イニシエーターと SAS エクスパンダーに接続された SATA ターゲット間のトンネル接続を確立および解除します。
    • 電源管理（SAS-2.1 で提案）
  • ポート層:
    • 同じアドレスを持つ複数のPHYをワイドポートに統合する
  • トランスポート層:
    • 3 つのトランスポート プロトコルが含まれています。
      • シリアル SCSI プロトコル (SSP): SCSI デバイスとのコマンドレベルの通信用
      • シリアルATAトンネルプロトコル（STP）：SATAデバイスとのコマンドレベル通信用
      • シリアル管理プロトコル（SMP）：SASファブリックの管理用
  • アプリケーション層

トポロジー

イニシエーターは、1 つ以上のPHY を介してターゲットに直接接続できます(このような接続は、1 つ以上の PHY を使用するかどうかに関係なくポートと呼ばれますが、マルチ PHY 接続にはワイド ポートという用語が使用されることもあります)。

SASエクスパンダー

シリアル接続SCSIエクスパンダー（SASエクスパンダー）と呼ばれるコンポーネントは、多数のSASデバイス間の通信を容易にします。エクスパンダーには、2つ以上の外部エクスパンダーポートが搭載されています。各エクスパンダーデバイスには、管理用のSAS管理プロトコルターゲットポートが少なくとも1つ搭載されており、SASデバイス自体を搭載することもできます。例えば、エクスパンダーには、周辺機器へのアクセス用のシリアルSCSIプロトコルターゲットポートが搭載されている場合があります。エクスパンダーは、 SASイニシエーターとターゲット間のインターフェースとして必須ではありませんが、単一のイニシエーターが複数のSAS/SATAターゲットと通信できるようにします。分かりやすい例えとして、エクスパンダーは、単一のスイッチポートを使用して複数のシステムを接続するネットワークスイッチのようなものと考えることができます。

SAS 1 では 2 種類のエクスパンダーが定義されていましたが、SAS 2.0 標準では、メリットがなく不要なトポロジの制限が生じるため、この 2 つの区別は削除されました。

  • エッジエクスパンダーは最大255個のSASアドレスとの通信を可能にし、SASイニシエーターがこれらの追加デバイスと通信できるようにします。エッジエクスパンダーは、ダイレクトテーブルルーティングとサブトラクティブルーティングを実行できます（これらのルーティングメカニズムの簡単な説明については、以下を参照してください）。ファンアウトエクスパンダーがない場合、配信サブシステムで使用できるエッジエクスパンダーは最大2台です（これらのエッジエクスパンダーのサブトラクティブルーティングポートを接続するため、それ以上のエクスパンダーは接続できないためです）。ファンアウトエクスパンダーはこのボトルネックを解消します。
  • ファンアウトエクスパンダーは、最大255セットのエッジエクスパンダー（エッジエクスパンダーデバイスセット）を接続でき、さらに多くのSASデバイスをアドレス指定できます。各エッジエクスパンダーのサブトラクティブルーティングポートは、ファンアウトエクスパンダーの物理ポートに接続します。ファンアウトエクスパンダーはサブトラクティブルーティングを実行できず、接続されたエッジエクスパンダーにサブトラクティブルーティング要求を転送することしかできません。

ダイレクトルーティングでは、デバイスは自身に直接接続されているデバイスを識別できます。テーブルルーティングでは、デバイス自身のPHYに接続されたエクスパンダに接続されたデバイスを識別します。サブトラクティブルーティングは、所属するサブブランチ内でデバイスが見つからない場合に使用されます。これにより、リクエストは全く別のブランチに渡されます。

エクスパンダは、より複雑な相互接続トポロジを可能にするために存在します。エクスパンダは、エンドデバイス（イニシエータまたはターゲット）のリンクスイッチング（パケットスイッチングとは対照的）を支援します。エクスパンダは、エンドデバイスがエクスパンダに接続されている場合、直接（エンドデバイスがエクスパンダに接続されている場合）、ルーティングテーブル（エンドデバイスIDと、そのIDへルーティングするためにリンクをダウンストリームに切り替えるエクスパンダのマッピング）を介して、またはこれらの方法が失敗した場合にサブトラクティブルーティングを介して、エンドデバイスの位置を特定します。サブトラクティブルーティングでは、リンクはサブトラクティブルーティングポートに接続された単一のエクスパンダにルーティングされます。サブトラクティブポートに接続されたエクスパンダがない場合、エンドデバイスに到達できません。

PHYがサブトラクティブとして設定されていないエクスパンダーはファンアウトエクスパンダーとして機能し、任意の数のエクスパンダーに接続できます。サブトラクティブPHYを持つエクスパンダーは、最大2つのエクスパンダーにしか接続できません。その場合、1つのエクスパンダーにはサブトラクティブポート経由で接続し、もう1つのエクスパンダーには非サブトラクティブポート経由で接続する必要があります。

エクスパンダを使用して構築された SAS-1.1 トポロジでは、通常、SAS ドメイン内に 1 つのルートノードが含まれます。ただし、サブトラクティブ-サブトラクティブ ポートを介して接続された 2 つのエクスパンダを含むトポロジは例外です。サブトラクティブ-サブトラクティブ ポートが存在する場合、ルートノードはエクスパンダであり、サブトラクティブ ポートを介して他のエクスパンダに接続されていません。したがって、構成にファンアウト エクスパンダが存在する場合は、それがドメインのルートノードである必要があります。ルートノードには、ドメインに接続されているすべてのエンドデバイスへのルートが含まれます。SAS-2.0 ではテーブル間ルーティングとエンドツーエンド ゾーニングの新しいルールが導入されたため、SAS-2.0 ルールに基づいて構築されたより複雑なトポロジには単一のルートノードが含まれないことに注意してください。

コネクタ

SASコネクタは従来のパラレルSCSIコネクタよりもはるかに小型です。一般的に、SAS-3は最大12Gbpsのデータ転送速度を提供します。[ 18 ]現在、SAS-4は最大24Gbpsで利用可能であり、 T10によると、SAS-5は開発中です。

物理的なSASコネクタにはいくつかの種類があります。[ 19 ]

コードネーム[ 20 ]その他の名前 外部/内部 ピン デバイス数/ レーン数 コメント 画像
SFF-8086 内部ミニSAS、内部mSAS 内部 26 4台のデバイス、4レーン これは、SFF-8087の36回線バージョンよりもあまり一般的ではない内部mSAS実装です。ポジション数が少ないのは、サイドバンドをサポートしていないためです。
SFF-8087 [ 21 ] [ 22 ]内部 mini-SAS、内部 mSAS、内部 iSAS、内部 iPass 内部 36 4台のデバイス、4レーン SFF-8086のシールドなし36回路実装。Molex iPass幅縮小型内部4×コネクタ、12 Gbit/s対応。
SFF-8088 [ 23 ] [ 24 ]外部 mini-SAS、外部 mSAS、外部 iSAS、外部 iPass 外部の 26 4台のデバイス、4レーン SFF-8086のシールド付き26回路実装。Molex iPass幅縮小型外部4×コネクタ、12 Gbit/s対応。
SFF-8431 [ 25 ] [ 26 ]SFP+外部の 20 1デバイス1レーン
SFF-8436 [ 27 ] [ 28 ]QSFP+、クアッドSFP+ 外部の 38 1台のデバイス4レーン 多くのNetAppストレージシステムで一般的に使用されています。SFF -8088またはSFF-8644と接続されることが多く、6Gbit/sの性能を備えています。
SFF-8470 [ 29 ] [ 30 ]InfiniBand CX4コネクタ、Molex LaneLink 外部の 34 4台のデバイス、4レーン 高密度外部コネクタ（内部コネクタとしても使用）。
SFF-8482 [ 31 ] [ 32 ]内部 29 1デバイス1レーン このフォームファクタはSATAとの互換性を考慮して設計されていますが、SASデバイスも駆動できます。SASコントローラはSATAドライブを制御できますが、SATAコントローラはSASドライブを制御できません。下側のピン（S1～S7、P1～P11）はSATAと同様に定義されます。上側のピンS8～S14は追加のデータレーンを提供します。

SASドライブをサーバのバックプレーンに接続する最も一般的な接続[ 33 ]は、PowerEdge [ 34 ]やProLiant [ 35 ]である。

SFF-8484 [ 36 ] [ 37 ]内部 32または19 4台のデバイス、4レーン 高密度内部コネクタ、2 レーンおよび 4 レーン バージョンは SFF 標準で定義されています。
SFF-8485 [ 38 ]通常 LED インジケータに使用されるシリアル リンク プロトコルで あるSGPIO (SFF 8484 の拡張)を定義します。
SFF-8613 [ 39 ] (SFF-8643 [ 40 ] [ 41 ] ) Mini-SAS HD、U.2 内部 内部 36 1台のデバイス4レーン Mini-SAS HD (SAS 12 Gbit/s で導入)

SFF-8639とともに U.2ポート[ 42 ]とも呼ばれる。

SFF-8614 [ 43 ] (SFF-8644 [ 44 ] [ 45 ] ) 外付けミニSAS HD 外部の 1台のデバイス4レーン Mini-SAS HD (SAS 12 Gbit/s で導入)
サイドバンドコネクタ 内部 反対側には1× SFF-8643または1× SFF-8087が接続されることが多く、4× SATAドライブ用の内部ファンアウトです。コントローラをバックプレーンなしのドライブ、またはSATAバックプレーンに接続し、オプションでステータスLEDにも接続します。
SFF-8680 [ 46 ] [ 47 ]内部
  • 1
  • （2ポート）
  • SAS 12 Gbit/s バックプレーン コネクタ。
  • SFF-8482 と同じピン配置ですが、電気的要件は 12 Gbit/s です。
  • SFF-8678 は同様に 6 Gbit/s に対して定義されています。
SFF-8639 [ 48 ] [ 49 ]U.2 [ 50 ] SATA Express および U.3 (SFF-TA-1001) にも使用されます。 内部 68 1台のデバイス4レーン
  • SAS 12 Gbit/s バックプレーン コネクタ。
  • SFF-8680 と下位互換性があります。
SFF-8638 [ 51 ]
  • それぞれ最大 24 Gb/s の 1x ポート 4 つ。
  • それぞれ最大 48 Gb/s の 2 つの 2x ポート。
  • 最大 96 Gb/s の 1 つの 4x ポート。
SFF-8640 [ 52 ]
  • それぞれ最大 24 Gb/s の 1x ポート 4 つ。
  • それぞれ最大 48 Gb/s の 2 つの 2x ポート。
  • 最大96Gb/sの4倍速ポート1つ。[ 53 ]
SFF-8681 [ 54 ]
  • それぞれ最大 24 Gb/s の 1x ポート 2 つ。
  • それぞれ最大 48 Gb/s の 2 つのポートが 1 つ。
SFF-8654 [ 55 ]スリムSAS [ 56 ]内部 4倍: 38

8倍: 74

1台のデバイス4レーン 4Xおよび8X SAS-4プラグとレセプタクル

ニアラインSAS

ニアラインSAS（ NL-SASと略され、ミッドラインSASと呼ばれることもある）ドライブはSASインターフェースを備えていますが、従来のエンタープライズクラスのSATAドライブのヘッド、メディア、回転速度を備えているため、他のSASドライブよりも安価です。SA​​TAと比較して、NL-SASドライブには以下の利点があります。 [ 57 ]：20

参照

参考文献

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