Интерфейс SAS 24G для систем хранения в современных ЦОД

Serial-Attached SCSI (SAS) – это интерфейс point-to-point для последовательной передачи данных между компьютерами и устройствами хранения по протоколу SCSI. Сейчас во многих дата-центрах он используется в качестве основного интерфейса систем хранения.

Несмотря на широкое распространение твердотельных дисков SSD, для подключения которых была разработана технология NVMe, в дата-центрах по-прежнему применяются и жесткие диски HDD (в основном для хранения больших объемов «холодных», редко запрашиваемых данных), поэтому интерфейс SAS, позволяющий подключать как твердотельные, так и жесткие диски, остается востребованной технологией. На данный момент самая свежая его версия – это 24-гигабитный SAS (SAS 24G), в этом либо в следующем году должна выйти очередная версия SAS 24G+.

Объединительная панель (бэкплейн) SAS также поддерживает диски SATA, что позволяет подключать к ней твердотельные и жесткие диски, HBA-адаптеры серверов и RAID-контроллеры дисковых массивов. Поскольку сейчас многие серверы оборудованы бэкплейном SAS, то в их дисковой подсистеме можно комбинировать твердотельные накопители и винчестеры SAS и SATA и легко заменять жесткие диски на SAS SSD, когда потребуется увеличить производительность ввода-вывода.

Предыдущие версии и планы развития

Версия SAS 24G (SAS-4) была представлена ассоциацией SCSI Trade Association, отвечающей за развитие технологии SCSI, в 2018 г. (рис. 1). По сравнению с версией SAS-3 у этого интерфейса вдвое увеличена пропускная способность – с 12 до 24 Гбит/с (на самом деле максимальная пропускная способность четвертого SAS несколько меньше и составляет 22,5 Гбит/с). В ней также реализован ряд других усовершенствований, включая кодирование 128b/150b, обеспечивающее целостность передаваемых данных, улучшенный 20-битный механизм исправления ошибок Forward Error Correction (FEC), динамическое мультиплексирование каналов Dynamic Channel Multiplexing (DCM) и алгоритм оптимизации передачи данных при сильных помехах, высокой температуре и нестабильном напряжении Adaptive PHY Training Algorithm (APTA). Версия SAS-4 обратно совместима не только с SAS-3, но и с 6-гигабитными SAS-2 и SATA, что позволяет использовать в дисковых системах на базе SAS-4 накопители предыдущих поколений.

Потребность в увеличении пропускной способности накопителей выросла в связи с поддержкой интерфейсов PCIe Gen 4 в центральных процессорах AMD и Intel. Поскольку пропускная способность интерфейса между дисковыми контроллерами и центральным процессором в результате перехода на PCIe Gen 4 увеличивается, то при использовании 12-гигабитного SAS возникает узкое место между дисковым контроллером и носителем информации. 24-гигабитный SAS устраняет это узкое место и позволяет максимально задействовать пропускную способность шины PCIe Gen 4 при полной загрузке системы.

Как ожидается, в следующем поколении этого интерфейса, SAS 24G+, помимо увеличения пропускной способности до 45 Гбит/с будут реализованы несколько важных функций  (см. рис. 1), улучшающих производительность накопителей, которые используются в традиционных серверах и дата-центрах гиперскейлеров, включая Command Duration Limits (CDL) для контроля задержек доступа к данным на жестком диске, Format with Presets для упрощения управления большими дисковыми массивами и Logical Depopulation для идентификации и вывода из использования неисправных пластин винчестеров.

Устройства, использующие SAS 24G

Жестких дисков на базе SAS 24G пока нет, но ряд производителей твердотельных накопителей уже предлагают несколько моделей SSD на базе четвертого SAS. Так, компания Kioxia в 2020 г. выпустила твердотельный накопитель корпоративного класса PM6, который, как она утверждает, стал первым SSD на базе SAS 24G, а три года спустя представила 2,5-дюйм PM7 (рис. 2) емкостью от 1,6 до 30,72 Тбайт. По данным Kioxia, ее PM7 удваивает скорость обмена данными с накопителем по сравнению с 12-гигабитными SSD SAS.

Корпорация Samsung в 2021 г. выпустила на базе SAS 24G твердотельный накопитель PM1653 емкостью от 800 Гбайт до 30,72 Тбайт.

Производители компонентов компьютерных систем Broadcom и Microchip в настоящее время выпускают HBA-адаптеры и RAID-контроллеры, использующие SAS 24G, например HBA-адаптер Broadcom 9600-16e 24G.

Накопители SAS 24G уже используют в своих системах многие серверные вендоры, включая Dell и HPE. В недавно представленной системе хранения EonStor GS 5090 компании Infortrend с помощью SAS 24G подключаются внешние дисковые полки расширения для ускорения доступа к данным.