串列ATA

1.傳統并行ATA的局限

傳統的ATA硬碟介面都是採用并行方式工作的，并行ATA硬碟介面技術經過多年的改進，傳輸速率已經發展到了現今的UltraDMA/100和UltraDMA/133。

但是，似乎這一技術已經走到了盡頭，以Ultra DMA/100為例，雖然理論上的最大傳輸速率是100MB/s，但是在實際使用中是無法達到最大值的，實際傳輸速率大約在50MB/s～70MB/s之間。而UltraDMA/133的性能在這一基礎上提高甚少，測試的數據表明不過是2%～3%。究其原因，DMA(直接存儲器存取)是一種快速傳送數據技術，這一項技術從UltraDMA/33開始全面用於硬碟介面技術，已經經過了好幾代的改進。目前增加傳輸速度的方法就是縮短數據傳輸周期，而UltraATA/133標準已經將時鐘頻率提高到33.3MHz。

但是，傳統的并行ATA由於採用并行方式傳輸數據，所以在每個系統時鐘周期內可傳輸多位數據，但是有一個主要的缺點就是每個通道需要用到信號的針腳就高達26支，這就存在著信號干擾問題。為了減少干擾，從UltraDMA/66開始，IDE硬碟線增加了40根線以抗干擾。但是到了現在，這一方法的潛力已經完全被用完了，時鐘頻率已經很難提升了。另外，并行ATA工作時需要5V的電壓，這顯然也不符合業界推行的不斷降低系統部件電壓以減小能耗的要求。要想進一步提高性能就只能希望於新的技術來改善硬碟的介面速度。這一新技術也就是串列ATA(Serial ATA)。

2.串列ATA的優勢

串列ATA以連續串列的方式傳送數據，在每個系統時鐘周期內只會傳送一位數據。

雖然并行ATA一次可傳輸4個位元組(4×8位)的數據，而串列ATA每次傳輸的數據只有1位，那麼為什麼在高速傳輸過程中卻要使用串列ATA呢？主要就是因為串列傳輸沒有信號串擾的問題。從理論上說串列傳輸的工作頻率可以無限提高，串列ATA就是通過提高工作頻率來提升介面傳輸速率的，因此串列ATA可以實現更高的傳輸速率。

另外，串列ATA有效地減少了ATA介面的針腳數目，使連接的電纜數目變少，效率也會更高。實際上，串列ATA僅用很少的針腳就能完成所有的工作。這樣的架構有助於降低系統的能耗和減小系統的複雜性。

但是，從這近半年來已經上市的串列ATA的產品上看，目前的串列ATA產品還存在諸多的問題，而且對於串列ATA可以達到150MB/s的速度，不少人在認識上存在著誤區。筆者歸納了一下，可能存在以下的幾個問題：

1.橋接模式的串列ATA速度損失很大

目前上市的主板產品中有很多是使用橋接晶元來實現串列ATA，例如Promise20375/20376/20378和Marvell 80i8030晶元等，這種方式對串列ATA的速度影響非常的大，峰值也只能達到70MB/s～80MB/s的傳輸速率，只能達到150MB/s的帶寬的一半。其實，不僅是主板，目前很多已經上市的串列ATA硬碟產品也存在相同的問題。不過，隨著ICH5等新的串列ATA控制晶元上市，這一情況正在得到改善。

2.串列ATA並不比并行ATA快

隨著串列ATA控制器和硬碟的逐漸上市，多家IT媒體都對此做了測試，但是測試的結果出人意料之外：串列ATA系統相較於ATA/133系統的性能提升很小，而且甚至在某些測試項目中還敗給了ATA/133！

究其原因，很重要的一點是現在硬碟的最大內部傳輸率也就在65MB/s左右，連ATA/100的能力都沒有完全發揮，提高硬碟外部介面的速率只能提高傳輸速度的峰值，對於持續的傳輸速率幾乎沒什麼影響。

要提高硬碟的整體性能必須從多方面著手，例如提高轉速、新式軸承、使用新的碟片技術、更多的緩存等等，這些又取決於電機技術、材料技術等等的革新。單純提高硬碟的外部介面速率對硬碟性能的影響很有限。其實，對硬碟各方面的改進一直在持續進行中，典型的如WD熱衷於提高緩存容量；而IBM嘗試使用玻璃碟片技術；Seagate的酷魚系列則是從SCSI硬碟移植來的技術(這一嘗試直到酷魚4代才算基本成功)；Maxtor採用了新的液態軸承技術。目前性能最高的ATA硬碟是WD的10000RPM硬碟。

3.點對點傳輸模式與匯流排帶寬的限制

此外，串列ATA的點對點傳輸模式也存在著一定的缺陷：雖然從理論上說每一個硬碟都可以獨享通道帶寬，但實際情況卻並非如此。目前PCI匯流排的帶寬為133MB/s，而單個串列ATA控制器的帶寬就已經達到了150MB/s。如果系統要支持超過兩個串列ATA設備的話，晶元組的南橋就必須集成兩個串列ATA控制器，才能提供300MB/s的帶寬。要知道，目前Intel南北橋之間的Hub-Link匯流排和VIA的V-Link匯流排的帶寬都只有266MB/s，而此時兩個串列ATA控制器提供的300MB/s帶寬已經超過了晶元組南北橋之間的傳輸速率，很顯然此時串列ATA與整機系統速度是不匹配的。在實際應用中，硬碟與控制器之間的數據傳輸速率是不可能超過南北橋之間的數據傳輸速率的，系統匯流排成為瓶頸。不過目前SiSMuTIOL技術已經達到了533MB/s和1.06GB/s的傳輸速率，而Intel和VIA支持串列ATA的新晶元組中Hub-Link和V-Link的帶寬都將達到533MB/s。

雖然目前的測試還看不出串列ATA技術的優勢。但是這一技術是用來替代已經很陳舊的并行ATA技術的，是為未來PC性能全面提高而準備的技術。除此之外，像PCI Express匯流排、DDRⅡ內存等等，如果這些技術全都用上的話，PC的性能檔次會提到一個新的台階。目前只有串列ATA這一種技術先發布了，所以發揮的作用還不明顯。在相當長的一段時間內(1年左右)，并行ATA還會是硬碟介面的主流，串列ATA會經歷一段比較尷尬的時期，才會正式成為主流產品。另外，因串列ATA支持熱拔插，應該會有外置的串列ATA設備問世。