SAS-накопители: чем отличаются от обычных и нужны ли в ПК?
Про SATA интерфейс слышал практически каждый, кто хотя бы раз задавался вопросом покупки нового накопителя в свой компьютер или ноутбук. Однако немногие слышали про SAS — что это за интерфейс, чем отличается и каковы особенности накопителей с этим интерфейсом?
Что такое и как появился SAS
Если говорить о SATA и SAS, то обе технологии представляют собой последовательный интерфейс, используемый для передачи данных.
Интерфейс — набор конструктивных решений и программных команд, обеспечивающих связь между двумя устройствами
SATA стал технологическим развитием ATA (IDE) — ведущие инженеры из Dell, Maxtor, Seagate, APT Technologies и других компаний стремились создать еще более быстрый и надежный способ передачи данных между устройствами. В результате были выпущены несколько ревизий вплоть до SATA 3.2, а сам интерфейс стал практически общепринятым стандартом для подключения различных накопителей HDD и даже SSD в персональных компьютерах.
Интерфейс SAS (Serial Attached SCSI) — это развитие технологии SCSI (Small Computer System Interface). Последняя представляет собой набор стандартов для подключения и команд передачи данных между компьютером и периферийными устройствами. SCSI разрабатывался для объединения не только накопителей, но и сканеров, стримеров, оптических приводов.
Интерфейсы ATA и SCSI условно можно было назвать конкурирующими. Поэтому после появления первой версии SATA в 2003, годом спустя был представлен SAS как дальнейшее развитие того самого SCSI.
В первую очередь разработчики решили отказаться от физического интерфейса — SCSI имел целых 50, 68 или 80 пинов (в зависимости от версии).
Новоиспеченный интерфейс SAS по аналогии с SATA стал последовательным, что позволило уменьшить число пинов до 22 с питанием (плюс семь опциональных). Однако систему команд SCSI оставили, благодаря чему этот интерфейс получил куда более широкие возможности на фоне SATA. В связи с этим SAS стали применять преимущество в высокопроизводительных системах, где нужно обеспечить быструю и эффективную работу множества накопителей. Именно поэтому SAS занял нишу серверного оборудования и систем хранения данных.
На текущий момент существует четыре стандарта SAS:
- SAS-1: до 3.0 Гбит/с (2004);
- SAS-2: до 6.0 Гбит/с (2009);
- SAS-3: до 12.0 Гбит/с (2013);
- SAS-4: до 22.5 Гбит/с (2017).
Ключевые отличия интерфейсов SATA и SAS
Физический интерфейс. С точки зрения физической реализации SATA и SAS практически идентичные.
Главным отличием является перемычка между пинами для данных и питания. В SAS реализованы дополнительные семь пинов для подключения еще одной линии данных. Контакты S8-S14 задействуются лишь в двухпортовых реализациях.
Поскольку основная группа контактов у SATA и SAS одинаковые, то разъемы совместимы, но лишь частично. Вы можете подключить к интерфейсу SAS как накопители SAS, так и SATA. Подключить накопитель типа SAS через SATA интерфейс у вас не получится — не позволит как встроенная перемычка, так и несовместимость системы команд.
Протоколы и команды. В SAS в основе используются три протокола:
- Serial SCSI Protocol (SSP) —для работы со SCSI устройствами.
- Serial ATA Tunneling Protocol (STP) — для взаимодействия с SATA накопителями.
- Serial Management Protocol (SMP) — для контроля многоуровневых систем, что обеспечивает возможность подключения более чем 1000 дисков.
Интерфейс SATA устроен проще и не способен взаимодействовать с устройствами на базе SCSI или поддерживать большую масштабируемость.
SATA использует набор команд, основанный на Parallel ATA, который затем расширяется дополнительно, например, очередью собственных команд, горячим подключением и TRIM. SAS пользуется командами SCSI — они имеют расширенный спектр возможностей, включая резервирование и восстановление блоков.
Производительность. Интерфейс SATA использует режим передачи данных полудуплекс. Он предполагает передачу информации только в одном направлении в конкретный момент времен. В SAS уже реализован дуплекс — одновременная передача в обоих направлениях.
Очередь команд (TCQ) у SAS доходит до 256, а SATA имеет ограничение всего в 32 команды. Большая длина TCQ обеспечивает лучшую производительность.
В интерфейсе SAS используются более высокие напряжения — до 1600 мВ, в то время как в SATA – до 600 мВ. Это сказывается на максимальной длине кабеля. У SATA он не превышает один метр, в то время как для SAS — до 10 метров.
| SATA | SAS | |
| Тип интерфейса | Последовательный | Последовательный |
| Режим передачи | Полудуплекс | Дуплекс |
| Набор команд | ATA | SCSI |
| Пропускная способность | SATA 3 – до 6 Гбит/с | SAS 4 – до 22.5 Гбит/с |
| Длина очереди помеченных команд | 32 | 256 |
| Максимальная длина кабеля | 1 метр | 10 метров |
| Масштабируемость | Низкая | Высокая |
| Стоимость реализации | Низкая | Высокая |
Интерфейс SAS — это фактически более продвинутая и функциональная версия SATA, во многом за счет использования набора команд от SCSI. Поскольку у каждого из интерфейсов своя сфера применения, то и характеристики накопителей имеют ощутимые различия в зависимости от того, используется SATA или SAS.
Различия SATA и SAS магнитных накопителей
Поскольку SAS интерфейс ориентирован больше на серверы и системы хранения данных, то и к накопителям предъявляются более серьезные требования по надежности и скорости. Если говорить конкретно об HDD, то различия следующие:
| SATA HDD | SAS HDD | |
| Типичная скорость вращения шпинделя | 5400 и 7200 об/мин | 10000 и 15000 об/мин |
| Популярный форм-фактор | 3.5″ (настольные ПК) | 2.5″ ( сервера, СХД) |
| Объем кэш памяти | до 512 Мб | до 512 Мб |
| Типичный объем накопителя | до 18 Тб | до 2,5 Тб |
| Типичная скорость | до 6 Гбит/с | 6–12 Гбит/с |
| Типичное количество операций ввода-вывода в секунду (IOPS) | 75–100 | 170–210 |
| Типичная задержка | до 15 мс | до 6 мс |
| Среднее время восстановления поврежденных секторов | 7–15 секунд | до 30 секунд |
| Число портов | 1 | 1-2 |
| Сфера применения | Economic (ECO) Business Critical (BC) | Business Critical (BC) Enterprise (EP) |
Диски SAS класса Enterprise, как правило, обладают и большей надежностью. Однако единой оценки нет — чаще всего используют MTBF (Mean Time Between Failure — наработка на отказ), AFR (Annual Failure Rate — ежегодная вероятность сбоев) или число циклов парковки головок. Если судить по MTBF, то среднестатистические SATA имеют наработку в 600 000 часов, в то время как SAS — до 2 000 000 часов.
Во многом надежность обеспечивается за счет конструкции. В SAS дисках установлен более массивный и надежный узел управления, а количество «блинов» и головок обычно больше при одинаковом объеме. Также в конструкции могут быть более массивные магниты, контроль турбулентности воздуха, датчики вибраций.
Дополнительно SAS предлагают большие возможности — переменные размеры секторов, управление многосегментным кешем и обширную диагностику. За все это приходится платить, поэтому ценник на SAS-диски обычно в несколько раз больше, чем на SATA аналогичного объема.
Потребляемая мощность у SAS и SATA приблизительно одинаковы — диски потребляют 7–9 Вт под нагрузкой. Однако температура и уровень шума в среднем у SAS-накопителей больше — во многом это обусловлено большей скоростью вращения шпинделя.
Различия SATA и SAS твердотельных накопителей
В системах, где в приоритете стоит скорость обработки данных компании предпочитают ставить NVMe накопители — подключаются они через PCIe, М2 разъем на материнской плате или backplane сервера. С учетом удешевления flash-памяти такая тенденция становится все более выраженной.
Однако наравне с NVMe все еще выпускаются и используются SSD с интерфейсами SAS и SATA III. Последние имеют самый доступный ценник, что актуально для многих компаний.
Практически все различия этих накопителей продиктованы ограничением самих протоколов передачи данных, в частности, SAS использует дуплексный режим.
| SATA SSD (полудуплекс) | SAS SSD 12 Гбит (дуплекс) | |
| Теоретическая скорость для 4 Кб файлов (чтение + запись) | 150 000 IOPS | 600 000 IOPS |
| Типичная скорость произвольной записи 4 Кб файлов | 30 000 IOPS | 60 000 IOPS |
| Типичная скорость произвольного чтения 4 Кб файлов | 95 000 IOPS | 430 000 IOPS |
| Типичная максимальная скорость последовательной записи | 520 Мбайт/сек | 1800 Мбайт/сек |
| Типичная максимальная скорость последовательного чтения | 540 Мбайт/сек | 2100 Мбайт/сек |
SAS обеспечивают лучшую сквозную целостность данных и предлагает более гибкую настройку отчетности. К тому же, к серверам с SAS интерфейсом вы можете подключать оба типа дисков.
Если сравнивать десктопные и серверные SATA SSD, то у последних, как правило, больший ресурс перезаписи (TBW). Десктопные модели в среднем имеют до 2500 Тб, в то время как серверные — от 3,5 до 15,5 Тб (при одинаковом объеме и типе ячеек памяти).
В серверных SSD контроллеры имеют 8–16 каналов, которые в сумме могут обеспечить до 64 подканалов. Десктопные модели SSD оснащаются 2–4 каналами и до восьми подканалов. Чем больше каналов, тем больше одновременных запросов способен обработать диск без задержки. Это одна из причин достаточно высокой стоимости серверных накопителей.
SATA SSD — это лучшее решение для нетребовательных к скорости систем. Твердотельные накопители не только обеспечивают высокую скорость по сравнению с SATA HDD, но и большую безопасность данных.
SAS-накопители предлагают более быстрые непрерывные чтение и запись данных. Дополнительно такие модели позволяет объединить куда большее число устройств в аппаратный RAID — это ключевое достоинство, недоступное SATA и даже NVMe.
Нужен ли SAS-накопитель для десктопного ПК?
Жесткие диски с интерфейсом SAS работают быстрее и в целом имеют расширенный функционал. Однако во многом это заслуга именно интерфейса. Главная проблема в том, что современные десктопные материнские платы имеют исключительно SATA-контроллер. Следовательно, подключить к нему SAS-накопитель у вас не получится.
Чтобы подключить SAS HDD, вам придется либо приобрести материнскую плату с соответствующим контроллером (чаще всего это серверные модели), либо купить внешний PCIe контроллер.
Естественно, для типичного домашнего применения покупка дополнительной платы для подключения SAS-накопителей будет избыточной. Пользователи предпочтут просто докупить твердотельный накопитель в систему ради быстродействия — даже SATA SSD будет более чем достаточно, не говоря о NVMe. Если вам необходимо обеспечить повышенную надежность данных, многие десктопные материнские платы предлагают встроенный RAID контроллер для SATA дисков.
Схожая ситуация и с SAS SSD — его не только некуда подключать в домашнем ПК, но и ценник обычно куда выше. К тому же пользователи не успевают использовать ресурс десктопных накопителей, не говоря уже о серверных.
Выводы
Интерфейс SAS — это более быстрая и продвинутая версия SATA. В связи с этим основной сферой применения стали серверные устройства и системы хранения данных. На эту же область ориентированы и SAS накопители — они более обычно быстрые и надежные.
Источник: