Последний писк

Человечество смеясь расстается с прошлым. В том числе и с компьютерным. Сочтены дни шины ISA, бывшей еще недавно незыблемой основой ЭВМ класса PC. Подходит к концу господство портов COM и LPT, которые по всем фронтам теснит USB... Вот и параллельный интерфейс ATA (AT Attachment), ставший в последние 6-7 лет самым популярным способом подключения к компьютеру накопителей и приводов [1], неуклонно движется к финалу своей жизни.

По оценкам аналитиков, лебединой песней параллельного интерфейса ATA станет его новейшая модификация UltraATA/100 [2], пришедшая этим летом на смену появившемуся всего год назад UltraATA/66. Не в последнюю очередь скорейшей гибели параллельного ATA способствует небывалый прогресс жестких дисков - еще прошлым летом пределом мечтаний были винчестеры с плотностью записи 5 Гбайт на пластину, а сейчас у меня лежат новенькие диски IBM DTLA с плотностью 15-20 Гбайт и скоростью чтения полезных данных с поверхности свыше 37 миллионов байт в секунду.

Для таких дисков новый протокол со скоростью передачи данных по шине IDE до 100 Мбайт/с становится необходимостью, поскольку суммарный трафик пары дисков, подключенных к одному IDE-шлейфу (например, в массиве RAID - см. далее), может превышать возможности UATA/66. Более того, если прогресс "дискостроения" и дальше пойдет такими же темпами, то через год и UATA/100 станет узким местом для конфигурации двух устройств на одном шлейфе. Для этого достаточно, чтобы появились диски со скоростью чтения в районе 45 Мбайт/с, что примерно соответствует "всего" 30-гигабайтной емкости трехдюймовой пластины. Напомню, что этой весной на экспериментальных образцах уже была продемонстрирована вдвое большая плотность (см., например, обзор винчестеров в "КТ" #348).

Однако дальнейший рост скорости передачи параллельного интерфейса АТА сковывают, в частности, физические ограничения, накладываемые многожильным IDE-кабелем. Нынешний 80-жильный 46-сантиметровый плоский кабель, применяемый для протоколов UATA/66 и UATA/100, где сигнальные жилы чередуются с экранирующими "земляными", уже не способен эффективно работать на более высоких частотах даже с применением избыточных кодов защиты от ошибок. Аналогичная проблема для интерфейсов SCSI при переходе с Ultra2 LVD (80 Мбайт/с) на Ultra160 (160 Мбайт/с) была решена заменой такого же плоскопараллельного кабеля на многожильный, состоящий из витых пар. Однако это решение недешево.

К тому же, параллельному интерфейсу присущи такие недостатки, как 26 пятивольтовых сигнальных линий, для которых требуются отдельные многоножечные микросхемы (поскольку современные чипсеты рассчитаны на меньшее напряжение питания), большие разъемы и широкие кабели. Это увеличивает размер и стоимость системных плат, затрудняет порой сборку требуемых конфигураций и ухудшает условия циркуляции воздуха внутри корпуса. И хотя с появлением UltraATA/33 введена проверка целостности передаваемой информации по CRC, методов выявления источников и исправления ошибок в интерфейсе ATA до сих пор нет.

На прошедшем в начале нынешней весны "Intel Developer Forum" хороший выход из создавшегося положения предложила корпорация Intel, поддерживаемая группой производителей ПК и компонентов (IBM, Dell, Seagate, Quantum, Maxtor, APT Technologies и др.). Вместе эти компании образовали рабочую группу по выработке спецификации и продвижению на рынок нового интерфейса - Serial ATA [3], который будет поддерживать все накопители, включая винчестеры, CD-, DVD-, флоппи-дисководы и пр. при подключении их к материнским платам. Serial ATA работает при более низком напряжении (размах импульсов всего полвольта), количество жил кабеля сокращено до четырех, и до метра увеличена его допустимая длина. Это сделает упаковку более компактной и улучшит условия охлаждения внутри корпуса компьютера (см. фото слева), а также удешевит конструкцию. Станет возможно "горячее" подключение накопителей.

Но главное преимущество Serial ATA - большая полоса пропускания. Первое поколение интерфейса будет обладать пропускной способностью до 1,6 Гбит/с. Второе и третье увеличат скорость до 3 и 6 Гбит/с соответственно [4].

Предыдущая попытка введения универсального скоростного последовательного интерфейса IEEE 1394 не имела большого коммерческого успеха, поскольку по лицензии вынуждала отчислять четверть доллара за каждый порт. Группа, продвигающая Serial ATA, уже работает над тем, чтобы исключить такие поборы и сделать новый интерфейс доступным широкому кругу желающих.

Важно, что изменения архитектуры Serial ATA лежат только в области физического интерфейса, а по регистрам и программному обеспечению он будет полностью совместим с нынешним параллельным ATA. Поэтому не придется кардинально менять драйверы. Архитектура Serial ATA прозрачна для BIOS и операционной системы. Кроме того, интерфейс будет обладать средствами исправления ошибок (по ECC), тем самым гарантируя целостность передаваемых по кабелю данных.

Обратную совместимость последовательного ATA с параллельным предполагается реализовать двумя способами:

- Объединением чипсетов, поддерживающих параллельный ATA-интерфейс, с дискретными компонентами, реализующими Serial ATA физически. Эти дискретные компоненты должны стать доступны в 2001 году, а в 2002 году должны появиться чипсеты со встроенными компонентами Serial ATA.

- Применением адаптеров (dongles), превращающих параллельную шину АТА в последовательную и наоборот (см. блок-схему).

Спецификацию Serial ATA планируется закончить к ноябрю 2000 года. Устройства первого поколения Serial ATA со скоростью передачи до 150 Мбайт/с должны появиться в 2001 году. Позднее с интервалом в три года появятся модификации на 300 и 600 Мбайт/с, а полный переход на Serial ATA ожидается к 2003 году. Заинтересовавшимся рекомендую почитать весьма живую презентацию Intel на ftp://download.intel.com/ial/home/sp/idf/dtps06_ss.pdf.

Таким образом, большинство производителей уже почти признало бесперспективность создания параллельного интерфейса UltraATA/133, и новорожденный UATA/100 обречен стать последним из могикан.


Тем не менее, сейчас младенец выглядит вполне розовощеким и даже не думает кукситься. Оптимистические прогнозы роста внутренней скорости чтения дисков обещают ему господство аж до 2003 года (см. график). Повышение скорости передачи улучшает надежность при работе с непрерывными потоками аудио/видеоданных, все более актуальными в последнее время, а также позволяет без ущерба сокращать размер буфера в низкостоимостных моделях дисков, таких, например, как Quantum Fireball lct20 (128 Кбайт) или IBM Deskstar 40GV (380 Кбайт для данных, 132 Кбайт занимает firmware).


Поскольку UATA/66 исчерпает возможности при достижении дисками внутренней скорости чтения около 56 Мбайт/с (что ожидается в будущем году), фирма Quantum выступила с инициативой разработки протокола UATA/100, который был принят остальными производителями дисков и поддержан в новейших чипсетах и контроллерах. Фактически он является дальнейшим усовершенствованием UATA/66, оптимизированным для мультимедийных приложений. В новом протоколе уменьшены времена задержки сигналов и гистерезисные явления, увеличена рабочая частота. UATA/100 обладает полной обратной совместимостью и автоматически переключается на менее быстрые моды (UATA/33 или UATA/66), если одно из устройств его не поддерживает.Несмотря на то что интерфейс UltraATA/100 запатентован фирмой Quantum, он доступен для свободного лицензирования производителями чипсетов и других компьютерных компонентов и уже поддерживается чипсетами Intel 820E, 815E и отдельными чипами дисковых контроллеров (например, HPT370 от фирмы HighPoint Technology и PDC20267 от Promise Technology). Два изделия на последнем чипе - контроллеры Ultra100 и FastTrak100 от компании Promise Technology на днях появились в столичной фирме "Теле-Сервис МС" (www.tsms.ru) по цене около 50 и 130 долларов.

А немногим раньше несколько фирм (например, ASBIS [www. asbis.msk.ru] и IPLabs [www.iplabs. ru]) завезли в Москву новенькие винчестеры IBM серий Deskstar 75GXP и 40GV (DTLA, или Telesto) с поддержкой UATA/100. Таким образом, мы смогли испытать все прелести быстрой езды на новом протоколе.

После затянувшегося молчания IBM [5] новые серии винчестеров восстановили статус Голубого Гиганта как бесспорного лидера отрасли. Действительно, если конкуренты только планировали перейти на пятнадцатигигабайтные пластины в "медленных" моделях, то IBM сразу ошарашила нас плотностью 15 Гбайт на дисках 75GXP со скоростью вращения 7200 об./мин. и 20 Гбайт на низкостоимостных пятитысячниках 40GV. Такой прорыв стал возможен благодаря применению стеклянных пластин-носителей вместо традиционных алюминиевых, а также улучшенной системе балансировки головок. Помимо стандартных размеров буфера в 2 Мбайт (75GXP) или 512 Кбайт (40GV) стоит особо отметить значительно улучшенную ударостойкость (на данный момент - лучшую в своих классах, подробнее см. "КТ" #346) и ощутимо сниженный акустический шум дисков. Субъективно, младшие семитысячники DTLA работают заметно тише хваленых Quantum Fireball lct10 и вполне сравнимы с неназойливым шелестом Fujitsu. Модельный ряд дисков (емкости 15/20/30/45/60/75 Гбайт для 75GXP и 20/30/40 Гбайт для 40GV) уникален присутствием самой вместительной на данный момент IDE-модели (75 Гбайт) и необычен наличием 20-гигабайтной модели семитысячника с тремя головками (нестандартная емкость пластины).

Мы испытали пять дисков IBM: два гиганта DTLA-307075 по 75 Гбайт каждый (оба из Венгрии) и три таиландских двадцатигигабайтника - два на 7200 об./мин. (DTLA-307020) и один на 5400 об./мин. (DTLA-305020). И если семитысячники порадовали невиданно высокой скоростью чтения - больше 37 миллионов байт в секунду, демонстрируемой под управлением UATA/66 или 100 (см. графики в левом нижнем углу страницы), то плотность 20 Гбайт на пластину в пятитысячниках еще сыровата, и график чтения заметно "дрожит" даже под UATA/100.

Кстати, график чтения одной стороны пластины для "урезанной" модели DTLA-307020 практически совпадает с полноразмерной моделью - исключены только 10 процентов емкости в самой медленной части диска. Это подтверждает и меньшее на 0,7 миллисекунды время доступа благодаря меньшей амплитуде хода головок. Вряд ли DTLA-307020 позволительно считать результатом "отбраковки" полноценных блинов, тем более что в ряде тестов она обыгрывает даже самую старшую модель.


Кроме того, обнаружилась неприятная особенность - если по UATA/33 и UATA/100 все пять дисков работали, как часы, то по UATA/66 (контроллер на чипе HPT366 от ABIT) два из них (307020 и один из 307075) намертво вешали компьютер после окончания процедуры POST (начальный этап при включении ПК до загрузки операционной системы). Я склонен считать это сыростью контроллера IBM (все диски были датированы маем этого года), поскольку любые другие винчестеры, поддерживающие UATA/66, никогда не имели подобных проблем с HPT366 (по крайней мере, на трех тестовых системах). Более того, когда я запустил диски на повышенной частоте шины PCI (41,3 МГц), все отлично заработали и под UATA/66 [6]. Плавно снижая частоту PCI, я нашел, что даже при частоте системной шины 101 МГц (PCI=33,7 МГц) все диски работали нормально, а вот при 33,3 МГц - два уже отказывали. В общем, почти мистика. Надеюсь, со временем IBM разберется с синхронизацией протоколов в контроллерах своих новых дисков.

Для протокола UATA/100 (контроллер Promise Ultra100, детальную спецификацию которого см. на www.promise.com) все диски показали скорость шины IDE в 84,5 Мбайт/с под Windows по тесту Read Burst Speed из HD Tach 2.60 и 92 Мбайт/с в программе HDDSpeed 2.1 под MS-DOS (поддержка UltraATA/100 под DOS традиционно реализована в BIOS'е контроллера и установки драйверов не требует). Однако выигрыш дисков в тестах под UATA/100 по сравнению с UATA/66 наблюдался только для Adaptec ThreadMark 2.0 (за счет активного использования дискового буфера мелкими блоками), а для WinBench 99 и скорости копирования 500-мегабайтных файлов преимущество было на стороне UATA/66 (см. диаграммы). Вероятно, драйверы нового интерфейса еще недостаточно оптимизированы.

О безоговорочном лидерстве семитысячников IBM DTLA в тестах говорить нет необходимости, а вот отметить, что пятитысячник IBM смотрится не хуже самых свежих семитысячников других производителей, нужно. При копировании огромных файлов все IBM DTLA слегка уступают диску WD102BA, однако оптимизация их контроллера для аудио/видеоприменений, особенно под Windows NT 4.0, безусловно, заслуживает похвалы.

И в заключение нельзя не отметить график чтения массива RAID0 (Stripe) из двух гигантов DTLA-307075 (см. рисунок в начале статьи), полученный с применением контроллера Promise FastTrak100. Подробнее работу RAID-массивов мы рассмотрим позднее, а пока видно, что скорость чтения данных с такого 150-гигабайтного "малыша" превышает 75 миллионов байт в секунду! Причем, как на разных шлейфах, так и на одном (master и slave). Вот где ощущается вся мощь последнего из параллельных ATA-интерфейсов.