串行設計為技術用戶帶來的優勢是相當明顯的，但是普通PC買家更關心是否要為新接口額外支付一筆費用。因此，PC部件供應商和硬盤驅動器供應商將面臨來自客戶的巨大壓力，以及不增加產品總成本就能從ATA過渡到SATA的競爭壓力。實際上，提供與并行ATA一樣的價格是SATA設計的一個主要目標。

 

考慮到市場對成本的要求、臺式和便攜式電腦的技術發展歷程以及在硬盤驅動器和母板端對接口都能提供支持等因素，在從并行技術過渡到串行技術過程中，OEM必須對不同的設計仔細掂量。

 

先進的半導體集成技術使得一個只有4個IC的硬盤驅動器可以擁有非常復雜的功能。系統級芯片是驅動器的“大腦”，它包括一個微處理器或數字信號處理器、HDD控制器、用于出入硬盤的數據讀取信道和ATA接口本身。

 

2002年，硬盤驅動器生產商開始引進SATA驅動器設計。這些硬盤驅動器設計最初采用所謂的“橋芯片”完成SATA接口。橋芯片實際上是一個分離的“接口轉換器”芯片，可以將傳統SoC并行ATA接口與SATA接口進行相互轉換。這個解決方案可以在不對歷史悠久且結構復雜的并行ATASoC做任何修改的情況下實現SATA接口功能，但是它也有幾個明顯的缺點：

1．額外的芯片和相關外圍部件導致成本上升、印刷電路板面積增加、生產步驟增多、生產量下降等問題

2．“橋芯片”需要額外的功耗

3．額外的功耗導致“散熱”問題

4．SoC和橋芯片間的并行ATA接口產生的電子噪聲加劇了電磁干擾(EMI)

5．驅動器印刷電路板增加了設計復雜程度

6．SoC和橋芯片之間的ATA接口性能受到限制

 

最后一點對理解橋技術的局限性具有關鍵作用。典型的SATA橋解決方案在SATA接口橋芯片和驅動器SoC之間應用了一個標準并行ATA接口，在這種配置里，并行ATA接口會成為數據傳輸速度的一個“瓶頸”，因為它一般只能支持100Mbps的速率，橋芯片的數據率也經常限制在這個水平。

 

采用橋芯片解決方案可以使產品快速上市，由于可以盡早進入SATA且SATA接口概念已基本確認，它受到了硬盤驅動器供應商們的青睞，它讓OEM體驗到高速SATA信號效果，在新技術開發前建設好制造和生產測試設施。不過，橋芯片往往在沒有提高性能的情況下增加成本、板空間和功耗，同時還增加設計和生產的復雜性，所以橋芯片顯然只適合充當一個過渡時期的解決方案，不宜大規模采納。

 

如果采用集成SATA接口的單芯SoC替換并行ATA接口，IC設計人員可以讓OEM在不增加成本和復雜性的情況下擁有一個高性能硬盤驅動器子系統。這種解決方案不要求在驅動器中額外添加部件，同時保證SoC可以充分利用SATA減少信號數量的優點。同移動PC和消費電子產品的硬盤驅動器設計雙芯“橋”和產品相比，集成了SATA的SoC可以節省板空間，更容易實施，同時增加了可靠性并可減少功耗，這些都是很關鍵的考慮因素。將SATA接口直接集成到SoC是向更高集成度發展的自然趨勢，但是它本身也有自己的問題。SoC包含非常復雜的讀取信道IC，可以對前置放大器的電子信號進行處理。在設計集成SATASoC過程中，必須考慮采取適當的信號完整性保護措施，以確保來自SATA接口的高速信號不會干擾讀取信道的運行。同樣地，SATA信號發射器和接收器都是高性能電路，應當小心避免電氣噪聲的干擾。

 

在復雜的硬盤驅動器SoC設計中成功實現SATA接口集成，需要具備高超的混合信號設計專業知識，這樣才能得到一個可以降低成本、提高驅動器的性能和可靠性的解決方案。

 

繼SATA之后，開發人員又推出了SAS驅動器設計，以前開發SATA的許多經驗都可以應用到SAS上。帶分立SAS接口芯片的解決方案(與SATA橋芯片相似)可用作早期概念證明和協議軟件確認，不過物理接口層有望集成到SAS驅動器控制器ASIC中，也即是第一批投入商用的SASHDD上。對于硬盤驅動器，由于IC封裝的功耗問題，SAS控制器IC和光纖信道控制器一般不包括讀取信道模塊，這樣可減緩部分SoC集成問題。

 

支持任何協議的串行方案

 

直到最近，并行ATA、并行SCSI和光纖通道三種最普遍的存儲接口技術才有了各自清晰界定的應用領域，彼此之間的交迭相對很少。引入SATA和SAS后將改變這種情況，三種接口技術的物理接口層和連接能力正變得越來越相似，客戶需要針對應用挑選最佳產品組合，硬盤及其它存儲產品生產商則必須為三種接口提供同等的支持。

 

同樣，生產商也要求他們的IC供應商提供靈活的解決方案。理想的IC解決方案應當是一個IC可以同時滿足三種接口，而不增加任何一種的成本。雖然三種接口協議不同，在創建單個IC解決方案時也會面臨不同的挑戰，但是由于物理接口層存在著相似之處，所以三種接口可以采用通用的標準構件，這樣的標準構件將包含SATA、SAS和光纖信道共有的核心功能，而那些不同的參數則可以配置和編程。

 

千兆位串行接口的核心功能是通過并串/串并轉換(SERDES)建立的，它將存儲設備內部使用的并行格式和數據傳輸中使用的串行格式的數據進行相互轉換，核心模塊通常稱作物理層(PHY)。

 

SERDES最關鍵的性能參數是發射信號中的低抖動和接收信號的高抖動容限，二者都表現出明顯的電源噪聲。盡管不同接口標準對不同方法的參數進行了規定，但不同標準的實際要求卻非常相似。

 

不同接口標準中有不同的電氣參數(如串行信號的振幅與升降次數)，它們在SERDES中可以進行編程處理。OEM經常需要在系統級優化接口性能，并且希望超越具體標準中嚴格要求的特性和可編程性，因此對一個接口標準所要求的可編程性可以自動包含在其它標準里。

 

如今的半導體工藝技術可在滿足低成本臺式硬盤驅動器市場需求的前提下實現高性能SERDES，支持三個接口標準對所有數據速率的要求，這樣一個通用解決方案大大縮短了OEM產品的面市時間。同時不管選擇何種接口，這個解決方案都可以提供更低的成本和更高可靠性。由于OEM可以利用一個經驗證的硅平臺創建多個串行設計和接口，所以還可能提高其它方面的效率。

 

小結

 

正如上文所述，轉換到串行解決方案必須要有硬盤驅動器和PC母板的接口支持，由于領先的PC微處理器公司準備大量生產基于SATA的母板芯片組，所以眾多硬盤生產商也已將它們的發展方向與此對應，并于2003年下半年開始部署SATA。

 

現在硬盤OEM正在將并行接口轉化為串行接口，這樣它們才能與剛上市的新PC芯片組和母板保持兼容，節約成本。盡管在過渡期間，主要的PCOEM都還支持并行、串行驅動器。但非常明顯的是，它們將放棄并行接口，將所有設計很快轉變為串行接口。在存儲市場串行接口的長期使用過程中，只有那些通過高集成度串行IC解決方案提供經濟高效產品的硬盤驅動器OEM才能立于不敗之地。