希捷科技 Seagate Barracuda 7200.7 Plus

Serial ATA（串列式ATA介面）堪稱近年來資訊業界最受人期待的革命性技術。Serial ATA 1.0規範自2001年4月正式定案以來，普遍被看好將在數年內取代現有的Parallel ATA（並列式ATA介面），成為未來硬碟機傳輸介面的主流。

早在今年Computex Taipei期間，已有多家廠商展出支援Serial ATA的產品，目前在許多高階主機板上也可以看到Serial ATA介面，然而Serial ATA硬碟的「本尊」卻遲遲未能現身。終於希捷科技在12月5日發表第一臺Serial ATA硬碟，正式宣告Serial ATA的時代來臨。

Serial ATA規格剖析

目前絕大多數個人電腦配備的硬碟都採用俗稱IDE的並列式ATA介面。相較於SCSI硬碟，IDE硬碟由於具有成本低廉的優勢，自1985年問世至今，雖經歷數代更迭仍是歷久不衰。不過IDE本身的缺點和限制相當多，像是過多的連接針腳（40pin）及寬扁狀排線設計，不僅容易造成高頻訊號串擾（Crosstalk）的問題，影響資料傳輸完整性，排線所佔面積過大更是嚴重阻礙散熱，僅45公分的排線長度也常造成系統設計上的不便。

IDE排線的設計在早期是為了傳輸每秒3MB的資料，發展至Ultra ATA/66之後，為了增加訊號穩定而在40條排線之間加入40條接地線，事實上如此治標性措施仍無法有效解決問題，目前IDE硬碟中傳輸速率最快的Ultra ATA/133介面，雖然理論上具備133MB/s的頻寬，但市場接受度並不高，僅有主導這項規格的Maxtor有生產硬碟，IDE的傳輸速度無疑已到達瓶頸。

Serial ATA最早起源於2000年的英特爾開發者論壇（IDF2000），以串列式ATA介面取代現有EIDE/ATAPI介面的概念首度被提出，之後英特爾結合APT、Dell、IBM、Maxtor、Seagate等系統及硬碟大廠共組Serial ATA推廣協會，目前協會成員已有八十多家廠商。規格方面除了已投入生產的Serial ATA 1.0，Serial ATA II的規範也在不久前完成。有關Serial ATA的白皮書、歷史沿革及未來發展藍圖，皆可在協會網站（www.serialata.org）找到。

Serial ATA為什麼能夠取代Parallel ATA？先來看排線的部分。Serial ATA的接頭僅使用7根針腳，7條接線分別為2條資料發送線、2條接收線及3條接地線，不僅體積比Parallel ATA的40針排線小上許多，長度更可達一公尺。

較少的針腳數大幅降低了訊號串擾的情況，資料傳輸更加穩定；接頭和排線的體積縮小了，意味著機構設計的彈性大幅增加，未來電腦主機將可以設計得更小，機殼內因排線凌亂造成散熱不良的問題也可獲得解決。接著是傳輸速度方面。目前第一代的Serial ATA資料傳輸頻寬就有150MB/s，比現今主流的Ultra ATA/100足足快了50％，Serial ATA II的規範更高達300MB/s，根據規格發展藍圖，預計在2007年問世的第三代Serial ATA的頻寬是600MB/s，相當驚人！

除了上述的優點，Serial ATA還具備多項特色：採用和IEEE 1394一樣的點對點（peer-to-peer）傳輸協定，簡單的說就是一組接頭連接一個裝置，不像IDE需調整跳線以區別master/slave裝置，同一條排線的跳線位置相同還會導致相互衝突。Serial ATA直接在接頭上定義裝置的主從性，不會存在互相衝突的困擾。

Serial ATA雖然一開始就定義為內接式介面，和IEEE 1394、USB等專為外接裝置設計的介面迥異，不過有項共通點就是支援熱插拔（hot plug）。Serial ATA允許在工作中插拔訊號線，需注意的是如果要將電源線一塊插拔，在系統端必須有相對應的支援電路。

Serial ATA在供電方面也和Parallel ATA不同，Parallel ATA接的是5V和12V的電壓，分別作為硬碟內的控制電路和馬達的供電所需，Serial ATA則是將控制電路部分的供電改為3.3V，電源接頭也由4針的D型接頭，改為15針的狹長型接頭，如此可降低硬碟的耗電，符合未來PC低耗能的趨勢，接頭面積縮小之後，更適合小型裝置（如筆記型電腦硬碟、光碟機）採用。

過去任何一項硬體方面的新技術問世之初，不免會遇到軟體相容性的問題，更何況是Serial ATA這種革命性的技術，將原本和主機溝通的並列訊號驟然轉變成串列訊號，相容性不免成為很大的障礙，所幸Serial ATA在設計之初便已考量到這點。目前Serial ATA的架構基本上是將原本溝通作業系統和硬碟之間的PCI/ATA邏輯電路轉譯器，換成Serial ATA介面轉譯器，對作業系統來說，電腦的架構並沒有改變，當然也就不存在相容性的問題了。
Serial ATA支援產品現況
第一臺Serial ATA硬碟－希捷Barracuda 7200.7 Plus

看到這裡，相信大家不免會有些疑惑：Serial ATA既然這麼好，為什麼不趕快讓它普及？為什麼市面上早就可以買到內建Serial ATA功能的主機板了，硬碟卻遲遲不上市？
事實上Serial ATA從問世至今，幾乎獲得業界一致的支持，推展進程緩慢的原因主要還是卡在一些難以突破的技術瓶頸，尤其是晶片組的支援部分，業界龍頭英特爾原本計畫在今年發表的ICH4南橋晶片中整合進Serial ATA功能，由於技術上的問題不得不延後至明年第二季的ICH5，其他各家系統晶片廠短期內仍看不到支援Serial ATA的產品出現。目前所有具備Serial ATA功能的主機板，全部都是採取額外內建控制晶片的方式，一般認為這僅是過渡時期的作法，畢竟外掛控制晶片的成本較高，而且走的仍是頻寬133MB/s的PCI匯流排，無法發揮Serial ATA的效能。

目前市場上主要的Serial ATA控制晶片供應商計有喬鼎（Promise）、Marvell和Silicon Image。其中喬鼎和Marvell採用的是並列訊號轉串列訊號（Parallel-to-Serial）的橋接（bridge）技術，Silicon Image則是採取PCI-to-Serial ATA的「原生」模式，訊號在硬碟和主機的傳送過程中間省略了並列轉串列的步驟，理論上後者的效能表現會優於前者。

希捷科技在今年7月發表俗稱「梭魚五代」的Barracuda ATA V系列硬碟，雖然依舊沿用Ultra ATA/100介面，不過當時希捷就已明白表示，Barracuda ATA V實際上就是一臺「Serial ATA Ready」的硬碟，只是在周邊環境尚未成熟之際，先推出IDE的版本。希捷在12月5日一口氣推出三款新硬碟－Barracuda 5400.1、Barracuda 7200.7 和7200.7 Plus，這三款硬碟分別針對低、中、高三個市場階層，皆採用單碟容量高達80GB的高密度碟片，其中最受矚目的是主打高階用戶、採用Serial ATA介面的Barracuda 7200.7 Plus，有80GB和120GB兩種容量，並內建8MB資料緩衝記憶體。

Barracuda 7200.7 Plus在核心技術上承襲自Barracuda ATA V，包括希捷專利的SoftSonic FDB流體動力軸承馬達，這項技術不但讓硬碟在運轉時幾乎沒有聲音，液態軸承也比傳統滾珠軸承的穩定性更高，壽命更長。3D Defense System防護系統則是包含了多項先進技術，確保硬體結構和資料儲存的安全。

除了是全球第一臺Serial ATA硬碟，希捷更強調Barracuda 7200.7 Plus是「原生型」架構的Serial ATA硬碟。和Silicon Image控制晶片一樣，Barracuda 7200.7 Plus內部的Serial ATA轉譯器的訊號直接和主機內部邏輯元件進行串連，中間不需經過並列轉串列、訊號傳抵目的地後再反向轉譯過程，和Maxtor、WD即將推出「橋接」架構Serial ATA硬碟相比，技術更為先進。

測試環境介紹
採原生型解決方案的效能較佳

希捷送測的硬碟編號ST3120023AS，實體容量120034MB，採雙碟片、4讀取頭設計，平均搜尋時間9.4ms。測試平臺採用Pentium 4 2.8GHz處理器，搭配勤茂資通256MB DDR400記憶體和青雲MX480顯示卡。作業系統為Windows XP Professional英文版，系統安裝在IBM Deskstar 60GXP IC35L040硬碟內，受測硬碟格式化成為單一NTFS磁區。除了測試Serial ATA硬碟之外，並在相同環境下測試另一臺Ultra ATA/100介面的希捷Barracuda ATA V ST3120023A做為對照。

本次測試的目的，在於探索現有的硬體環境下Serial ATA硬碟所能發揮的效能，以及原生式和橋接式兩種不同控制晶片解決方案的效能差異。為此在平臺的主機板部分，我們選擇了兩張內建Serial ATA功能的華碩P4G8X Deluxe和微星GNB Max主機板，這兩張主機板同樣都採用Intel E7205晶片組，不過在Serial ATA控制晶片部分，華碩採用的是Silicon Image Sil3112ACT144晶片，具備兩組Serial ATA接頭；微星則是採用Promise PDC20376晶片，除了兩組Serial ATA接頭，還額外提供一組Ultra ATA/133傳輸模式的IDE接頭。

測試軟體方面，系統層級部分我們採用HD Tach 2.61和ZD WinBench 99 2.0進行測試。HD Tach 2.61可經由圖表得知硬碟在執行連續讀取時的穩定性，並可獲得硬碟的突發、連續、隨機讀取的效能資訊，以及平均搜尋時間和處理器使用率。ZD WinBench 99 2.0除了上述測試之外，還加上模擬硬碟運作商用軟體和高階軟體的效能測試。在應用層級部分則是以CC Winstone 2002進行測試。

測試之前必須先安裝主機板廠商附的控制晶片驅動程式，硬碟始能正常運作。過程中值得注意的是，採用Silicon Image晶片的平臺在完成驅動程式安裝之後，作業系統立刻正確無誤的辨識出這臺硬碟的型號，而採用Promise晶片的平臺則需重新開機，並在控制晶片的BIOS選項內設定Stripe模式，硬碟方能運作，但在Windows XP的裝置管理員內無法正確顯示出硬碟型號。不過兩組平臺在冗長的測試過程中都沒有發生任何異狀。不管是處於待機還是全速運轉的情況，硬碟安靜平穩的程度和前一代Barracuda ATA IV相比有過之而無不及，令人印象深刻。

我們從兩個角度來觀察測試結果，首先比較採用Silicon Image方案的Serial ATA硬碟和採用ICH4內建硬碟控制器的IDE硬碟，兩者的內/外部傳輸速率、平均搜尋時間相差不大，應用層級測試部分Serial ATA硬碟分數較高，不過這是因為Barracuda 7200.7 Plus具備較大的資料緩衝記憶體，在執行小容量資料讀寫動作時較佔優勢所致。由此可知，傳輸介面的改變基本上不會對硬碟的效能產生多大的影響，真正左右硬碟效能的關鍵在於主軸馬達轉速、磁錄密度和資料緩衝記憶體等處。

接著我們比較Silicon Image平臺和Promise平臺，可以看出採用原生架構的Silicon Image平臺的確在效能上表現較為出色。HD Tach 2.61的突發資料傳輸率，Silicon Image平臺和IDE平臺都在80MB/s以上，而Promise平臺僅僅60MB/s左右，CC Winstone 2002的分數也輸給Silicon Image平臺，和IDE平臺打成平手。

為了測試Serial ATA的熱插拔功能，我們試著在開機狀況下將硬碟訊號線拔除，Serial ATA硬碟的磁區代號隨即消失，系統仍照常運作，沒有出現錯誤訊息。不過將訊號線裝上之後，雖然裝置管理員偵測得到這臺硬碟，在檔案總管內磁區並不會出現，必須重新開機才能恢復運作。

Serial ATA未來展望
Serial ATA排線只能插拔50次！？

雖然從效能表現來看，現階段Serial ATA硬碟和IDE硬碟並沒有差別，不過毫無疑問的，Serial ATA絕對是未來十年內接I/O裝置的主流介面。3.5吋Serial ATA硬碟上市之後，筆記型電腦用的2.5吋Serial ATA硬碟預計明年就會問世，不久的將來，原本採用EIDE/ATA介面的DVD-ROM、燒錄器等裝置也都會改用Serial ATA介面。

目前市場上支援Serial ATA的產品，無論是內建於主機的控制晶片還是PCI介面的擴充卡，充其量不過是過渡時期的作法，硬碟廠商也承認目前還不是全面升級Serial ATA的時機，現階段推出Serial ATA硬碟主要還是鎖定高階玩家市場。

未來Serial ATA能否普及，甚至完全取代EIDE/ATA介面，關鍵在於晶片組廠商能否儘快將Serial ATA功能整合進南橋晶片，提供成本更低、效能更好的解決方案。除了英特爾預計明年第二季發表的ICH5南橋晶片之外，矽統也將在明年6月發表整合Serial ATA功能的SiS 964南橋晶片，威盛則是計畫在現有的VT8235的後繼版本中加入Serial ATA功能。

根據www.serialata.org網站上的資料，Serial ATA工作小組規定其排線接頭的插拔次數不能超過50次，背板和硬碟上的接腳插拔次數不能超過500次，且經過測試在一小時內插拔次數超過200次會產生問題。不過Serial ATA原本就是定義為內接裝置的傳輸介面，不太會有人頻繁的插拔排線，何況Serial ATA排線並不貴（約一美元），萬一次數超過了，換一條也不會讓人心疼。文⊙張智鴻