最后的庭辩——揭开SATA硬盘先烈们的“身世”之谜

2019-11-04 01:10:06

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供稿：网友

SATA的分层架构及现阶段的双芯片方案在春节期间赶稿无疑是件很痛苦的事，可谁让我在过去的几个月中迟迟没有动笔呢？眼瞅着采用单芯片方案的SATA（Serial ATA，即串行ATA）硬盘已箭在弦上（不出意外的话会在2004年上半年发布，或许本文付印之际就有厂商捷足先登也说不定），有道是“长江后浪推前浪，前浪死在沙滩上”，再不趁着第一代SATA硬盘们正活跃在市场上的时候评论一番，恐怕就没有机会了。看到这里，可能有人会问：希捷（Seagate）的Barracuda 7200.7不是早已接过Barracuda ATA Ⅴ的班了么，怎么还说“第一代SATA硬盘”呢？诸位莫急，作为一个整体，SATA硬盘分“代”的依据应该是技术而非产品，Barracuda 7200.7和Barracuda ATA Ⅴ、迈拓（Maxtor）DiamondMax 16/DiamondMax Plus 9/MaXLine Ⅱ/MaXLine Plus Ⅱ、HGST（Hitachi GST）Deskstar 7K250、三星（Samsung）SpinPoint P80的SATA版本以及WD Raptor/Caviar 2500JD都基于双芯片方案，因此本文将它们全部列为“第一代SATA硬盘”，而将“第二代SATA硬盘”的称号留给第一批采用单芯片方案的产品。所谓“单芯片方案”和“双芯片方案”，指得是实现硬盘控制器及接口功能所用的芯片数量。这种说法是SATA才有的，因为PATA（Parallel ATA，并行ATA）没有“层（layer）”的概念，其相对简单的接口逻辑与硬盘控制器浑然一体，想分成两颗芯片都难。SATA则明确地划分为物理层（Physical layer，简称PHY）、链路层（Link layer）和传输层（Transport layer），把传输层和链路层留在硬盘控制器芯片中，而将PHY独立出来，是完全可以的。最后的庭辩——揭开SATA硬盘先烈们的“身世”之谜（图一）

点击查看大图SATA的四层架构示意图然而，SATA存在着PHY“自立门户”的可能性，却并非是目前市面上的SATA硬盘采用双芯片方案的出发点。源于PC阵营的技术革新，一向强调平滑过渡、保护（厂商和用户的）投资，从PATA向SATA转换的过程也不例外：第一批上市的SATA硬盘必然要面对PATA硬盘占据绝对多数的局面，销量不可能很大，假如采用全新设计的SATA硬盘控制器，不仅成本较高，还会影响市场的接受程度；若在现有PATA硬盘控制器的基础上增加一颗PATA―SATA桥接芯片，则既可降低成本，又能将产品推向市场的时间提前，可谓一举两得。因此，也就不难解释为何上述SATA硬盘几乎都有PATA的版本了。不管怎么说，第一代SATA硬盘都比其PATA版本多出一颗芯片来，而我们则可以根据这颗芯片将它们分成两个“流派”：迈拓DiamondMax 16/DiamondMax Plus 9/MaXLine Ⅱ/MaXLine Plus Ⅱ、HGST Deskstar 7K250、三星SpinPoint P80的SATA版本以及WD Raptor/Caviar 2500JD都使用Marvell 88i8030，不妨称之为“Marvell派”；希捷Barracuda 7200.7和Barracuda ATA Ⅴ“人数”虽少，二者的SATA版本却占有最大的市场份额，而与LSI Logic合作开发的“Mesa”芯片也别具一格，就叫“LSI派”好了。最后的庭辩——揭开SATA硬盘先烈们的“身世”之谜（图二）

三星SATA硬盘的主控芯片及桥接芯片Marvell 88i8030 最后的庭辩——揭开SATA硬盘先烈们的“身世”之谜（图三）

希捷SATA硬盘的主控芯片及“Mesa”芯片Marvell派与LSI派的区别可不仅是芯片的品牌型号不同，对它们的深入分析将有助于我们破解整个2003年一直纠缠不清的SATA话题——本机（Native）和桥接（Bridge）。初审——本机和桥接Marvell派：双芯片SATA方案就是桥接LSI派：双芯片SATA方案也可以实现本机陪审员：读者代表主要证人：迈拓DiamondMax Plus 9、三星SpinPoint P80、希捷Barracuda 7200.7和Barracuda ATA Ⅴ证物：Marvell 88i8030和LSI“Mesa” 第一回合：LSI派律师发言Native这个词用在IT领域，通常译为“本机”，港台地区则习惯唤作“原生”。当与SATA联系在一起时，与Native相对的概念是Bridge（桥接）。虽然两者并不是非此即彼的关系，但先弄清楚桥接的概念却有助于诸位陪审员理解什么是本机。桥接的本质是协议转换，具体到SATA，其两“岸”就分别是SATA和PATA，与本机SATA相比，它是一种初级阶段的实现方式，适用于原型方案和推广目的更强的早期产品。在这方面，我方认为迈拓DiamondMax Plus 9和三星SpinPoint P80是很好的“污点证人”。（根据LSI派律师的要求，迈拓DiamondMax Plus 9的PATA版本和SATA版本一同出庭，二者按照法庭的规定仰卧——也就是PCBA在上）最后的庭辩——揭开SATA硬盘先烈们的“身世”之谜（图四）

左为Plus 9-SATA版，右为PATA版（可点击放大）（此时Marvell派律师如获至宝，喊到）“诸位陪审员，请看！这两块硬盘控制器的型号相同！既然SATA版本用的硬盘控制器仍采用PATA接口，多出来的那颗芯片干得就是PATA―SATA转换的活计无疑了！仅凭此证据，我们就可判定DiamondMax Plus 9的SATA属于桥接方案！”（LSI派律师似乎胸有成竹，一副不屑的样子）Marvell派律师请不要激动！我方有否认这一点吗？我方的第三位证人——三星SpinPoint P80的SATA版本还没有出庭作证那……（此处省去废话若干）正如开庭前所介绍的，SpinPoint P80和迈拓DiamondMax Plus 9的SATA版本都使用了Marvell 88i8030——一款标准的桥接芯片。从Marvell 88i8030的结构图中可以清楚地看出，该芯片内部最主要的功能模块有两个，分别是用于连接PATA的链路、传输及命令层（Link, Transport and Command Layers），和用于连接SATA的物理层（PHY）。不难想象，假如硬盘（或主机）控制器中不包含PATA的接口逻辑——代之以SATA的链路层和传输层，而仅仅将PHY独立出来，得到的双芯片方案同样可以实现完整的SATA功能，满足本机SATA的要求。最后的庭辩——揭开SATA硬盘先烈们的“身世”之谜（图六）

Marvell 88i8030的结构图

插文：Marvell 88i8030——桥接芯片中的大众情人最后的庭辩——揭开SATA硬盘先烈们的“身世”之谜（图七）

与Silicon Image的SiI 3611相比，Marvell 88i8030问世的时间更早，推广的力度也更大，因此我们可以看到，使用这款桥接芯片的SATA产品简直是“漫山遍野”。和SiI 3611一样，Marvell 88i8030一端是SATA的最低带宽150MB/s（SATA 150），一端是PATA的最高带宽133MB/s（Ultra ATA/133），因此真正能够达到的传输率肯定低于133MB/s，可以实现的命令集也无法超出PATA所定义的范畴。桥接芯片对外只要协议对头（SATA端连SATA，PATA端连PATA）就成，既能用于设备方也可坐镇主机方，因此Marvell 88i8030在硬盘和控制卡上出现的频度都很高。Marvell 88i8030的主要特性如下：支持主机和设备应用用户可选的66/100/133/150MB/s最大数据传输率用户可选的SSC（SPRead Spectrum Clocking，时钟频谱扩展）支持以降低EMI支持ATA命令排队（Command Queuing）主/从（Master/Slave）支持需要强调的是，SATA桥接芯片所能支持的ATA命令排队，都只能是PATA的标记命令排队（Tagged Command Queuing，TCQ），与Serial ATA Ⅱ所要求的本机命令排队（Native Command Queuing，NCQ）有很大的区别。关于TCQ和NCQ的具体情况，我将在后续的文章中为大家介绍。

诸位陪审员，别以为我在乱讲，这可是法庭，有证据出示的……早在2000年8月22日召开的秋季IDF上，希捷演示的第一块SATA原型硬盘，其SATA功能即是由APT（链路层和传输层）与Vitesse（1.5Gb/s CMOS收发器）芯片构成的电路实现的。2002年11月5日，Silicon Image发布了“补充Serial ATA 1.0规范的”SATALite 1.0，这个厂商接口答应芯片组（南桥）中只集成SATA的链路层和传输层，而把物理层交给外置的双端口SATA PHY芯片SiI 3012，该举措得到了ATI、NVIDIA和VIA的支持——后者的VT8237就可以通过SATALite接口获得两个“额外的”SATA端口。我不是说VT8237+SiI 3012的组合已经满足了本机SATA的要求（还要取决于VT8237和SiI 3012是否均支持本机命令排队等特性，二者缺一不可），但这种做法是可以实现本机SATA的，且适用于主机和硬盘双方。最后的庭辩——揭开SATA硬盘先烈们的“身世”之谜（图八）

点击查看大图SATA物理层芯片SiI 3012LSI派律师陈词：诸位，在双芯片SATA方案中，硬盘控制器芯片与（第三方）附加芯片之间的连接方式主要有两种：最常见的是PATA连接，即采用标准的PATA硬盘控制器和PATA―SATA桥接芯片，这是典型的桥接，当然不可能实现本机SATA；另一种则是SATA链路层和物理层之间的连接，即硬盘控制器中集成SATA链路层和传输层功能、附加芯片是独立的SATA PHY，这相当于把SATA的功能放在两颗分离的芯片中实现，只要双方都支持NCQ等本机SATA必备的特性，就符合了本机SATA的要求，而不能划为桥接。第二回合：Marvell派律师发言女士们，先生们，下午好！我方很兴奋LSI派律师也认为所有使用Marvell 88i8030芯片的“Marvell派”硬盘都属于桥接SATA方案，但遗憾的是坐在我对面的这位先生仍然抱有“双芯片SATA方案不一定都是桥接”的幻想！众所周知，目前市面上的SATA硬盘中只有希捷的产品没有使用Marvell 88i8030，LSI派律师显然是把最后的一线希望寄托在该派仅有的两名成员——希捷Barracuda 7200.7和Barracuda ATA Ⅴ身上了吧？为了证实LSI派律师观点的荒谬，请先答应我介绍一下“LSI派”的背景。2002年6月24日，希捷发布了其Barracuda ATA Ⅴ硬盘，并宣称也将提供“本机SATA接口”的版本。对于本机SATA与桥接SATA的区别，希捷是这么解释的。

点击查看大图

点击查看大图希捷的解释：左为“本机”原理图，右为“桥接原理图

对于希捷提出的本机SATA应该“具有本机命令排队（Native Command Queuing，NCQ，希捷称为全速命令排队）功能”的要求，我方是赞同的，而且Marvell 88i8030等桥接芯片也的确无法做到这一点。但问题是，希捷宣称是“本机SATA接口”的两款硬盘——Barracuda ATA Ⅴ和Barracuda 7200.7的SATA版本在宣传中都没有提及支持NCQ，直到2003年9月16日推出200GB的Barracuda 7200.7（此前的型号最大容量160GB）时才说“新的SATA型号是业界第一个能支持全速命令排队（NCQ）的硬盘”呢？厂商对于某项重要功能，向来都是不具备的时候默不作声，有了以后就大肆宣传，对不对？（旁听席上某硬盘公司代表马上高声抗议：“诬蔑！这是赤裸裸的人身攻击！”法官敲着小锤：“肃静！肃静！Marvell派律师，请注重你的措辞！”）法官大人，我可以继续说了吗？那好，诸位请听我的第二个质疑。大家知道，SATA的起始带宽就高达150MB/s，使用桥接芯片的SATA硬盘当然到不了这个水平，最高的也就是迈拓DiamondMax Plus 9的SATA版本——接口速率的测试成绩处于100～133MB/s之间（110MB/s左右），还要得益于其硬盘控制器支持Ultra ATA/133。按理说本机SATA硬盘不用经过PATA的转换，其接口速率测试成绩应该能超过133MB/s，对不对？即便是在受到PCI带宽限制的系统中，也不会比DiamondMax Plus 9的SATA版本还低吧？可Barracuda ATA Ⅴ和Barracuda 7200.7的SATA版本与它们的PATA版本一样，都只有Ultra ATA/100级别的表现！这说明了什么呢？莫非那颗打着LSI标志的“Mesa”芯片起的也不过是桥接作用？（某硬盘公司代表的脸都快给气绿了，伸手就要脱下名牌皮鞋扔过来，幸亏被刚好站在身边的保安及时制止。）当然，最让我方不能忍受的，是希捷的宣传材料中称与桥接芯片相连的PATA硬盘控制器采用的是“写PIO任务文件”的工作方式，会影响硬盘的性能，只有与LSI“Mesa”芯片相连的接口控制器才是“写全速任务文件”的工作方式！要知道，本派与Marvell 88i8030相连的硬盘控制器芯片可都是标准的Ultra ATA/100或Ultra ATA/133接口，桥接芯片也用同样的规格与它们通信，怎么会出来一个“写PIO任务文件”的工作方式呢？何况在性能表现上，本派的SATA硬盘与同等规格的希捷SATA硬盘相比并不逊色！我方怀疑这种说法是对本派的蓄意诋毁！Marvell派律师陈词：女士们，先生们，请原谅我刚才的过于激动。不过，我想事实已经很清楚了——LSI派其实也还不具备本机SATA的实力，却硬要抛出“本机SATA接口”的概念，是因为惧怕本派的强大阵容，试图以其专用芯片的面目混淆视听，蒙混过关，从而达到打压竞争……（话音未落，只见旁听席上一个亮闪闪的东西飞来，正落在Marvell派律师面前，他马上惊呼道：“手机——不，是手雷！”闻听此言，法庭里顿时乱作一团……还是背后的法警冷静，按住他的肩膀问道：“老兄，贺岁片看多了吧？”……知道真相的人们渐渐平静下来后，法官公布辩论继续进行。） QQread.com 推出Windows2003教程 win2003安装介绍 win2003网络优化 win2003使用技巧 win2003系统故障服务器配置专家答疑
更多的请看：http://www.qqread.com/windows/2003/index.Html第三回合：LSI派律师发言大家好！有道是“事实胜于雄辩”，为了驳斥Marvell派律师上述“牵强附会”的指责，我方认为有必要让希捷Barracuda 7200.7和Barracuda ATA Ⅴ这两个本派证人出庭……在证人做好预备之前，我想有必要向大家转达本派缔造者的意见。Marvell派所使用的Marvell 88i8030系出自Marvell公司的SATA桥接芯片，面向几乎所有的硬盘及主机控制器厂商，通过标准的Ultra ATA接口与硬盘/主机控制器相连，基本上没有秘密可言。本派则不同，“Mesa”芯片是希捷和LSI逻辑公司共同开发的，通过希捷专有接口（Seagate Proprietary Interface, SPI）与硬盘上的接口控制器（I/F Controller）相连，这些独特的技术都是不可以对外透露的。尽管我们明白，在官方信息缺位的时候，谣言就有了市场，但为了保护自己的商业机密，希捷仍会对比较敏感的话题保持沉默。证人预备好了么？怎么， Barracuda ATA Ⅴ的“防弹肚兜”（用于保护PCBA的金属板）还没打开？难道你们没有听说，虽然Barracuda 7200.7和Barracuda ATA Ⅴ实现SATA都是接口控制器通过SPI与“Mesa”芯片相连的方式，但愣是有那么几家媒体仅仅因为打不开Barracuda ATA Ⅴ的“防弹肚兜”，没能看到其PCBA的构成就草率得出“Barracuda ATA Ⅴ不是本机SATA，Barracuda 7200.7才是”的荒谬结论，从而被称为“2003年硬盘文章最佳笑话”的事情么？（Barracuda 7200.7的性能比Barracuda ATA Ⅴ提高很多要归功于硬盘本身，与是否本机SATA毫无关系）终于，我们可以比较这四块硬盘的PCBA了，从而能够看到为何Barracuda ATA Ⅴ和Barracuda 7200.7与“Mesa”芯片通过SPI相连的芯片被称为“接口控制器”了——它们没有沿用各自PATA版本的硬盘控制器（即使在Barracuda ATA Ⅴ时没能“发现”的人们，Barracuda 7200.7出来后也很轻易就清楚了）！尽管Barracuda ATA Ⅴ和Barracuda 7200.7的SATA版本和“Mesa”芯片之间的连线与各自的PATA版本通向40针并行接口的连线非常相似，我们却不能仅凭此就断定它们也是桥接方案；恰恰相反，定制的“Mesa”芯片，以及不一样的控制器，都在向我们暗示将两者连接到一起的SPI不是标准的PATA连接，具有实现本机SATA的潜质。

左为SATA接口，右为PATA接口，注重主控制芯片Logo下方的型号（可点击放大）

当然，无论Barracuda ATA Ⅴ还是Barracuda 7200.7，其SATA版本接口速率的测试成绩与PATA版本一样都不到100MB/s的确是事实，不过我方认为这并非什么大问题。很显然，以现在ATA硬盘内部持续数据传输率的水平，即使Ultra ATA/100接口的带宽也足以应付了。作为第一代SATA硬盘，没有必要强求其接口速率的测试成绩能达到150MB/s的水平。难道一款具有NCQ等所有本机SATA必备条件的硬盘，仅仅因为其接口速率稍低就要被剥夺本机SATA硬盘的资格……“哈哈，我正要问你NCQ呢！为什么到了200GB的Barracuda 7200.7才正式公布支持NCQ？是不是这款产品的SATA版本改用了单芯片SATA方案？那岂不是仍证实不了双芯片SATA方案能实现本机SATA？”（不用看，就知道Marvell派的律师又发难了）这位爱冲动的先生，我不得不告诉你，希捷方面已经确认，200GB的Barracuda 7200.7仍然是双芯片SATA方案，单芯片SATA方案的新产品仍在紧张的测试中，顺利地话2004年第一季度就有可能发布。至于此前的Barracuda ATA Ⅴ还是Barracuda 7200.7为何没有明确对NCQ的支持，我方认为不是双芯片结构的问题。对比Barracuda ATA Ⅴ和Barracuda 7200.7的SATA版本，不难发现两者所用的“Mesa”芯片型号不同——分别以“L2A”与“L2B”打头。很显然，这是两代产品。我们猜测“L2B”的功能比“L2A”更为完善，譬如增加了对NCQ的支持，但希捷方面拒绝对此做出评价。最后的庭辩——揭开SATA硬盘先烈们的“身世”之谜（图十三）

对比Barracuda ATA Ⅴ和Barracuda 7200.7的SATA版本，不难发现两者所用的“Mesa”芯片型号是不同的假如“L2B”也不支持NCQ，那200GB的Barracuda 7200.7采用的应该是更新型的“Mesa”芯片（以“L2C”打头？），但希捷方面又否认了这种可能，坚称“L2B”就已经支持NCQ了，只是以前的Barracuda 7200.7在Firmware里面禁用了，200GB的型号又打开了而已。之所以要这么做，是因为在2003年的绝大部分时间里，市场上基本找不到能提供NCQ支持的主机控制器，而具有NCQ功能的硬盘连在不支持NCQ的主机控制器上工作时会发生错误。200GB的Barracuda 7200.7所用的“Mesa”芯片到底是什么样子，我们没有亲眼见到，但它在双芯片SATA架构上实现了对NCQ的支持应该是没有错的。LSI派律师陈词：由于当事人的严格保密，我们不能确定希捷这两款SATA硬盘的“接口控制器”和“Mesa”芯片是否就像我们设想的那样分别是集成了SATA传输层/链路层的硬盘控制器与独立的SATA PHY，不过希捷已经证实了双芯片SATA方案同样可以实现本机命令排队等超出桥接芯片能力范围的事情，我想这已经足够了。（LSI派律师的发言结束了，法庭上一片沉寂。法官公布暂时休庭，并召集双方律师进行商议。）法官：你们是否愿意庭外和解？两名律师面面相觑。法官：事实已经很明显了，本机SATA与单芯片方案不能划等号，更不能因为双芯片方案没有实现本机SATA就妄下结论，何况就本机SATA来说，双芯片方案不仅理论上可以支持，实际操作也已证实的确是可行的。不过眼看着双芯片方案就要退出SATA硬盘的历史舞台，你们现在分个高低也没什么实际意义了，我这明天还有一个关于单芯片SATA硬盘的案子要判呢……两名律师都欲言又止，算是默认了。法官公布：由于时间已晚，来不及让陪审团进行表决，而庭辩双方都愿意放弃争论，达成庭外和解，故本案到此为止，退庭。旁听席上一片嘘声：“什么破法官，就会和稀泥……”

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