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今年夏に本格始動する次世代のSerial Attached SCSI [中編] |
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SASのコネクタ仕様と物理層の電気特性
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そこで、今回はマックストア サーバ・プロダクツ技術・戦略マーケティング・グループ インタフェース・アーキテクチャ・イニシアティブ マネージャーでSCSI Trade Association担当副社長を兼任しているマーティ・チェカルスキー氏にSASの技術および製品の最新動向をお聞きした。中編では、SASのレイヤ構造に加え、その中でも特にユーザーとの接点が強いコネクタ仕様や物理層の電気特性について取り上げる。 ■ 既存のSCSIアプリケーションに対する互換性を高めるSASのレイヤ構造 前編の冒頭でも触れたように、SASは、パラレルSCSI、シリアルATA（以下、SATA）、Fibre Channelが持つ優れた技術をうまく融合したインターフェイスだ。例えば、ポートのアドレッシングにはFibre ChannelでおなじみのWWN（World Wide Name）ライクなSASポートを採用している。従来のパラレルSCSIではSCSI IDという形でハードウェア的にポートの割り当てを行っていたが、SASではこれが大幅に拡張されたことになる。SASポートは、IEEEで規定された企業IDが24ビット、ベンダ独自の識別子が40ビットを含む64ビットのユニークなアドレスだ。SASのプロトコル、すなわちコマンド、データ、ステータスなどの情報をやり取りする取り決めは、パラレルSCSIの仕様を規定したSPI（SCSI Parallel Interface）に準拠している。また、SASではデータや非データがすべてパケット化されて転送されるが、このパケット化にはパラレルSCSIの情報ユニット転送と非常に似た方法が採用されている。パケットの構造は、Fibre Channelのフレームとほぼ同じものであり、そこにはSCSI Primary Command SetやSCSI Block CommandsといったSCSI周辺仕様で規定されているCDB（Command Descriptor Blocks）、その他のSCSI情報が含まれる。このため、SCSIオブジェクトを使用する他のインターフェイス、例えばFibre ChannelやiSCSI、InfiniBandへのブリッジングも容易に行える。
リンク層はイニシエータとターゲット間の接続管理を行うために物理層を制御するものだ。ポート層は、上位のトランスポート層から届いたSASフレームをリンク層に渡す。トランスポート層は、コマンド、データ、ステータスなどの情報をSASフレームにカプセル化し、これをポート層に引き渡す。もしくは、ポート層から届いたSASフレームをコマンド、データ、ステータスなどに分解し、これらを上位のアプリケーション層に引き渡す。こうしたレイヤ構造によって、パラレルSCSI向けに開発された既存のアプリケーションやデバイスドライバを修正せずに、もしくは最小限の修正のみで使用できるようになる。 ■ エキスパンダ併用による大規模構成、高速化のためのワイドポートをサポート SASデバイス（ターゲット）の接続はコントローラ（イニシエータ）とのポイント・ツー・ポイントが原則となるが、その接続形態には直結とエキスパンダ経由の2通りがある。小規模のシステムではコントローラに用意されたSASポートに直結すればすむが、ある程度の規模に達するとエキスパンダを介して接続されるようになる。エキスパンダはファイバチャネルでいうところのスイッチに似た役割を果たす。ルーティングには、ダイレクトルーティングに加え、テーブルを利用した本格的なルーティングもサポートする。エキスパンダは、SATA IIで規定されたポートマルチプライヤにも似ているが、ポートマルチプライヤと違って多段接続にも対応する。エキスパンダには、エッジエキスパンダとファンアウトエキスパンダの2種類がある。SASシステムの最も根元に来るのがファンアウトエキスパンダで、その下にはエッジエキスパンダもしくはSASデバイスを最大128台接続できる。さらに、エッジエキスパンダの下にはSASデバイスを最大128台接続できる。ただし、ファンアウトエキスパンダがなくても、2台のエッジエキスパンダを直結することは可能だ。
「SASのマルチリンク機能は、アーキテクチャレベルでサポートされているものですので、その実現に特別なソフトウェアを必要としません。つまり、SASハードウェアのみでサポートされます。一方、Fibre Channelは、パスの冗長化やロードバランシングを行うために高価なソフトウェアを併用しなければなりません。また、これらのソフトウェアはメーカーが独自で用意しているものであり、価格もかなり高価です（マーティ氏）」。 ■ 広帯域の24Gbpsリンクを提供する4レーンの内蔵/外付けSASコネクタ 前編では、SAS HDDとこれに直結するSASケーブル、SASバックプレーンのコネクタを取り上げた。これらは、デュアルポート対応の内蔵用SASコネクタだ。SASでは、さらにHBAとディスクサブシステム間、ディスクサブシステム同士などを接続するワイドポート対応のコネクタも用意される。現在、仕様書の中ですでに規定されているのが、4レーンのワイドポートに対応した内蔵用のSAS 4iコネクタと外付け用のSAS 4xコネクタだ。3Gbps Phyを利用時の帯域幅は、いずれも全二重で24Gbps（＝3Gbps×2×4）と非常に高速だ。SAS 4iコネクタは、SAS 4iケーブルレセプタクルコネクタとSAS 4iプラグコネクタから構成され、その仕様はSFF-8484で規定されている。全32ピン構成のうち、最大16ピンが信号用、6ピンがサイドバンド信号用、残りがグラウンド用として割り当てられている。サイドバンド信号は、I2Cやベンダ独自の信号を扱えるようにするもので、筐体管理機能などを追加するときに役立つものだ。また、レーン数は1～4レーンまで選択でき、レーン数が少ないときには2～4レーン目の信号ラインが未接続（N/C）となる。電源ラインは規定されていないので、電源は別系統で用意する必要がある。
なお、SAS 4i、SAS 4xコネクタともに、さらに小型化されたMini SAS 4iコネクタとMini SAS 4xコネクタも用意されている。Mini SAS 4iコネクタは、SFF-8087とSFF-8086で規定され、36ピン構成の非シールド型コンパクトマルチレーンコネクタが採用されている。サイドバンド信号ラインとして8ピンを割り当てている。Mini SAS 4xコネクタは、SFF-8088とSFF-8086で規定されている。全26ピン構成のうち、16ピンが信号、10ピンがグラウンド、ハウジングが筐体用グラウンドである。 ■ SATAよりも広いマージンをとって信頼性を高めているSASの物理層 SASの物理層はSATAから多くを流用しているが、信頼性やコネクティビティを重視するアプリケーションが中心となることなら、電気特性に関して求められる要件はSATAよりもかなり厳しい。例えば、SATAは信号の送出側となるトランスミッタの電気仕様を規定しつつも、受信側となるレシーバの電気仕様は少しあいまいである。これに対し、SASはトランスミッタの電気仕様は緩めに設定されているが、レシーバの電気仕様はかなり明確に決められている。これは、SASが信号をしっかりと受信できることを必須の条件としているからだ。SASシステムの通信検証を行う際にも、トランスミッタの負荷条件として理論的に最悪とされる負荷もしくはそれ以上の負荷をかける。これにより、実際の動作環境で十分なマージンを確保しているのだ。
また、オプションとしてインターコネクトの中での信号損失を補う信号補正機能も提供される。トランスミッタ側で用いられるのがプリエンファシス、レシーバ側で用いられるのがイコライゼーションだ。プリエンファシスは、パラレルSCSIでいうところの前置補正（PRECOMP）に相当する。低周波成分を弱くドライブすることで、相対的に高周波成分の振幅を強める役割を果たす。イコライゼーションは、パラレルSCSIでいうところのAAFにも似ている。高周波成分の感度を高めることにより、インターコネクト中で減衰した高周波成分をうまく検出できるようにする。これらの機能を実際に使用するかどうかは、ベンダの選択に任されている。
最終回となる後編では、SASの製品動向と将来のロードマップを取り上げていく。 ■ ＵＲＬ 日本マックストア株式会社 http://www.maxtor.co.jp/ ■ 関連記事 ・ 今年夏に本格始動する次世代のSerial Attached SCSI [前編]（2005/06/27）
（ 伊勢 雅英 ）
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