討論 - [分享]淺談新興硬碟外接介面──eSATA

[逍遙秋水任風愁]

eSATA介面大幅縮短現今USB和Firewire外接式硬碟機所需的備份時間。除了資料備份和保護之外，eSATA擁有更優異的效能，特別是對於需要高頻寬及低成本儲存的外接DV影音應用而言。
eSATA將內建式SATA標準延伸至外接式裝置，實現了多項具成本效益的外接式儲存應用模式，不但提升儲存容量也強化資料保護，提供比USB或Firewire介面方案更優異的效能。

桌上型PC資料的備份非常容易，只要將重要的檔案儲存到記憶卡、CD或DVD即可。然而，外接式硬碟機則為大量資料提供更高效率的備份。eSATA介面大幅縮短現今USB和Firewire外接式硬碟機所需的備份時間。企業端用戶通常也採用其他的方式來執行備份資料，例如近線儲存、NAS、SAN和離線磁帶等，而在資料備份時的這段時間，典型的資料保護方式就是建構一個RAID陣列組態，為資料提供即時的備援儲存。eSATA支援外部備份和資料保護方案。

以往，當需要增加儲存容量時，使用者必須打開他們的系統機箱，然後加裝或更換更大容量的硬碟機。但是這對某些使用者而言，往往是不可能的任務。然而USB和Firewire介面的硬碟機則為人們解決了這項問題，但它們的傳輸速度與eSATA介面相比則顯得過於緩慢。

除了資料備份和保護之外，eSATA擁有更優異的效能，特別是對於需要高頻寬及低成本儲存的外接DV影音應用而言。

雖然eSATA在近線和離線儲存領域佔有同樣重要的地位，不過在此將著重於eSATA應用在PC、伺服器、工作站，甚至筆記型電腦的資料保護效益方面。eSATA以經濟的價格，為外接儲存方案實現了更高層次的優異效能、高容量、高度保護和簡易使用性。

eSATA是業界標準介面Serial ATA（SATA）的延伸。SATA介面的設計僅供做為使用於系統機箱內，藉由擴充的介面速率（核心速度為150MB/sec，新一代的介面速度則達到300MB/sec）以及比USB與1394介面更低的overhead資源負荷，提供了更高層次的組態和容量擴充，突破外部儲存的瓶頸。

然而，eSATA並不是只要將一個SATA埠移到PC機箱後面就可以了。使用於機箱內的SATA纜線和連接器並不適合直接用於外接的方式。為確保將SATA安全地移到機箱外，並通過Serial ATA International Organization（SATA-IO）國際組織的審核，業者需要解決下列問題：
●預防接頭在連接時發生靜電放電（Electrical Static Discharge; ESD）；
●符合FCC與CE的電磁干擾規範；
●開發強韌的纜線和連接器組件，以支援外接式儲存的頻繁插拔需求（典型的內建式SATA只需要安裝一次即可）；
●外部接頭需加裝遮蔽。

為了解決這些問題，新一代的eSATA規範是由參與SATA-IO的會員廠商所擬定，而遵照規範開發方案的會員，可以使用eSATA標章做為識別。

eSATA是SATA的外接式介面，但是配備更耐用的纜線和連接器。eSATA可以達到如同SATA般的傳輸速度，例如SATA 1.5Gb/s（150MB/sec）或SATA 3Gb/s300MB/sec）。eSATA 3Gb/s速度同樣向下相容於1.5Gb/s，與目前內建式硬碟機的情況相同。由於硬碟機內部的資料持續傳輸率已高達75MB/sec，因此USB和1394的介面速率成為外接硬碟機的瓶頸。此外，eSATA提供外接儲存系統更多卓越的特性與機制，如原生命令佇列（Native Command Queuing）、熱插拔、連接埠擴充器（Port Multipliers）以及其他許多先進的SATA功能。

eSATA提升外接儲存效能

使用者需要高傳輸速率的單硬碟外接儲存時，eSATA介面可提供配備?佳傳輸速率的外接備份方案。ESATA0擁有SATA 3Gb/s PCI HBAs、RAID和連接埠擴充器等功能，為使用者帶來更優異的外接儲存效能。結合多台外接式硬碟機將可整合成一組超大容量的外接硬碟機，並配備300MB/sec的高速傳輸速率；或者可以架構RAID 0、1、5或甚至3的磁碟陣列，不需使用者的操作，便可提供永不間斷的資料保護。

比光碟燒錄備份更好的選擇

以光碟片備份資料既經濟且簡單，但是使用者必須隨時記得執行備份的工作。然而，藉由eSATA介面，只需二或三台外接式硬碟機，另外再添購一張適合的主機介面卡（從簡易的RAID 0或1，到高階的RAID 3或5），透過映射RAID磁碟陣列或同位資料保護（parity protection），便可以支援使用者所需之資料保護功能，為使用者提供不間斷的資料備援。

既有的內建式SATA硬碟機更可與外接eSATA硬碟機結合，以提供擴充的儲存容量、資料保護和效能。利用連接埠擴充器結合數台外接式eSATA硬碟機，將可以達到超過200MB/sec的傳輸速度效能。

1394b只能達到約61MB/sec的傳輸速率，原因是受限於約20MB/sec的介面overhead資源負荷。eSATA RAID 0磁碟陣列的效能，可達到1394b效能的兩倍。現今硬碟機的最高磁錄密度為132Gbsi，相當於約75MB/sec傳輸速度，已超過了1394b介面（原先業界最快速的外接介面）的傳輸速率上限。

eSATA從個人到企業應用的彈性

eSATA介面可用來設計成一台單一的儲存備份系統，或者，也可以組裝一組高階的備份與復原系統。可以將硬碟機安裝於個別不同的機箱中；或者也可以安裝兩台或多台支援熱插拔硬碟機至可容納多顆硬碟機的機箱，並透過一條單一的eSATA纜線連接至主機控制器。目前至少有二家主機板製造商，供應配備一組eSATA介面和USB介面與或1394b連接埠的PC主機板，此外還有PCI和PCI-X HBA方案可供選擇。這些方案提供user friendly的安裝特性及強大的效能，適合不需複雜的資料保護方案之終端使用者。此外，eSATA是一有效率的IT備援備份與復原方案，中小企業的IT管理人員能夠在短短數分鐘內，利用一個eSATA機箱配備SATA熱插拔硬碟機，立刻增加500GB的儲存容量至伺服器中。
當儲存容量接近飽和時，IT管理人員不需要關閉系統，便可以移除既有的硬碟機並升級到新的500GB硬碟機。主機控制器可以內建專屬的處理器，而不佔用伺服器CPU的資源。或者，伺服器的主機板也可以整合兩個或多個eSATA埠；如此一來，只需連接另一台eSATA硬碟機或機箱就可以升級。大多數的備份與復原方案並未能解決系統停機的問題，而整合eSATA的主機方案就能做到「永不停機」的要求。

eSATA提供具成本效益的外接儲存

eSATA的傳輸速度較USB和1394b介面來得更快，在某些情形下更可以達到二倍的傳輸效能，不過，如果eSATA與更高階的介面相比，例如SCSI和SAS介面，又是如何呢？其差異與硬碟機本身的硬體特性較為相關。例如，大多數SCSI硬碟機都具備10K或15K的轉速，具備更高的機械效能，而且在設計上能夠承受高度撞擊、震動並耐高溫，以維持高效能及可靠性。
高容量的ATA硬碟機、低成本的SATA與eSATA儲存方案，為SCSI和SAS等高階產品，提供了低成本的替代方案。現今SATA硬碟機的最大儲存容量為500GB，因此，採用單一硬碟的機箱搭配eSATA介面，便可為使用者提供高達500GB的外接儲存容量，或者，在支援多硬碟的機箱內安裝三台500GB硬碟機，更可以達到1.5 TB外接儲存容量。