ระบบจัดเก็บข้อมูลในปัจจุบันไม่เพียงแต่เติบโตจนถึงระดับเทราบิตและมีอัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่สูงขึ้นเท่านั้น แต่ยังต้องการพลังงานน้อยลงและใช้พื้นที่น้อยลงด้วย ระบบเหล่านี้ยังต้องการการเชื่อมต่อที่ดีขึ้นเพื่อให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้น นักออกแบบต้องการการเชื่อมต่อที่เล็กลงเพื่อให้ได้อัตราการส่งข้อมูลที่ต้องการในปัจจุบันหรือในอนาคต และการสร้างมาตรฐานตั้งแต่เริ่มต้นจนถึงการพัฒนาและค่อยๆ เติบโตนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมไอที เทคโนโลยีใดๆ ก็ตามล้วนมีการปรับปรุงและวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่อง เช่นเดียวกับข้อกำหนด Serial Attached SCSI (SAS) ซึ่งเป็นผู้สืบทอดของ Parallel SCSI ข้อกำหนด SAS มีมานานแล้ว
ตลอดหลายปีที่ผ่านมา SAS ได้รับการปรับปรุงในด้านคุณสมบัติ แม้ว่าโปรโตคอลพื้นฐานจะยังคงเดิม โดยพื้นฐานแล้วไม่มีการเปลี่ยนแปลงมากนัก แต่คุณสมบัติของตัวเชื่อมต่ออินเทอร์เฟซภายนอกได้มีการเปลี่ยนแปลงมากมาย ซึ่งเป็นการปรับตัวของ SAS เพื่อให้เข้ากับสภาพแวดล้อมของตลาด ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องแบบ "ก้าวเล็กๆ สู่พันไมล์" นี้ ทำให้คุณสมบัติของ SAS มีความสมบูรณ์มากขึ้นเรื่อยๆ ตัวเชื่อมต่ออินเทอร์เฟซที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันเรียกว่า SAS และการเปลี่ยนจากแบบขนานเป็นแบบอนุกรม จากเทคโนโลยี SCSI แบบขนานไปเป็นเทคโนโลยี SCSI แบบอนุกรม (SAS) ได้เปลี่ยนแปลงรูปแบบการเดินสายเคเบิลอย่างมาก SCSI แบบขนานก่อนหน้านี้สามารถทำงานแบบ single-ended หรือ differential ผ่าน 16 ช่องสัญญาณที่ความเร็วสูงสุด 320 Mb/s ปัจจุบัน อินเทอร์เฟซ SAS3.0 ที่พบได้ทั่วไปในด้านการจัดเก็บข้อมูลระดับองค์กรยังคงใช้งานอยู่ในตลาด แต่แบนด์วิดท์เร็วกว่า SAS3 ที่ไม่ได้อัปเกรดมานานถึงสองเท่า ซึ่งอยู่ที่ 24 Gbps ประมาณ 75% ของแบนด์วิดท์ของไดรฟ์โซลิดสเตท PCIe3.0×4 ทั่วไป ขั้วต่อ MiniSAS รุ่นล่าสุดที่อธิบายไว้ในข้อกำหนด SAS-4 มีขนาดเล็กกว่าและรองรับความหนาแน่นได้สูงกว่า ขั้วต่อ Mini-SAS รุ่นล่าสุดมีขนาดครึ่งหนึ่งของขั้วต่อ SCSI เดิม และมีขนาด 70% ของขั้วต่อ SAS แตกต่างจากสายเคเบิลขนาน SCSI เดิม ทั้ง SAS และ Mini SAS มีสี่ช่องสัญญาณ อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากความเร็วที่สูงขึ้น ความหนาแน่นที่สูงขึ้น และความยืดหยุ่นที่มากขึ้นแล้ว ยังมีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นด้วย เนื่องจากขนาดของขั้วต่อที่เล็กลง ผู้ผลิตสายเคเบิล ผู้ประกอบสายเคเบิล และผู้ออกแบบระบบต้องให้ความสำคัญกับพารามิเตอร์ความสมบูรณ์ของสัญญาณตลอดกระบวนการประกอบสายเคเบิลอย่างใกล้ชิด
ไม่ใช่ผู้ผลิตสายเคเบิลทุกรายที่จะสามารถผลิตสัญญาณความเร็วสูงคุณภาพสูงเพื่อตอบสนองความต้องการด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณของระบบจัดเก็บข้อมูลได้ ผู้ผลิตสายเคเบิลจำเป็นต้องนำเสนอโซลูชันที่มีคุณภาพสูงและคุ้มค่าสำหรับระบบจัดเก็บข้อมูลรุ่นใหม่ล่าสุด ในการผลิตสายเคเบิลความเร็วสูงที่มีเสถียรภาพและทนทาน จำเป็นต้องพิจารณาหลายปัจจัย นอกเหนือจากการรักษาคุณภาพของการผลิตและการประมวลผลแล้ว นักออกแบบยังต้องให้ความสำคัญกับพารามิเตอร์ด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณ ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้สายเคเบิลสำหรับอุปกรณ์หน่วยความจำความเร็วสูงในปัจจุบันเป็นไปได้
ข้อกำหนดความสมบูรณ์ของสัญญาณ (สัญญาณใดสมบูรณ์?)
พารามิเตอร์หลักบางประการของความสมบูรณ์ของสัญญาณ ได้แก่ การสูญเสียการแทรก (insertion loss), การรบกวนข้ามช่องสัญญาณระยะใกล้และระยะไกล (near-end and far-end crosstalk), การสูญเสียการสะท้อนกลับ (return loss), การบิดเบือนแบบเฉียง (skew distortion) ของคู่ความแตกต่างภายใน (internal difference pair) และแอมพลิจูดของโหมดความแตกต่างต่อโหมดร่วม (amplitude of difference mode to common mode) แม้ว่าปัจจัยเหล่านี้จะมีความสัมพันธ์กันและส่งผลกระทบต่อกัน แต่เราสามารถพิจารณาปัจจัยทีละอย่างเพื่อศึกษาผลกระทบหลักของมันได้
การสูญเสียการแทรก (พารามิเตอร์ความถี่สูง พื้นฐาน 01 - พารามิเตอร์การลดทอน)
การสูญเสียการแทรก (Insertion loss) คือการลดลงของความแรงของสัญญาณจากปลายสายส่งไปยังปลายสายรับ ซึ่งแปรผันตรงกับความถี่ การสูญเสียการแทรกยังขึ้นอยู่กับขนาดของเส้นลวดด้วย ดังแสดงในแผนภาพการลดทอนด้านล่าง สำหรับอุปกรณ์ภายในระยะสั้นที่ใช้สายเคเบิลขนาด 30 หรือ 28 AWG สายเคเบิลคุณภาพดีควรมีการลดทอนน้อยกว่า 2 dB/m ที่ 1.5 GHz สำหรับอุปกรณ์ SAS 6 Gb/s ภายนอกที่ใช้สายเคเบิลยาว 10 เมตร แนะนำให้ใช้สายเคเบิลที่มีขนาดเส้นลวดเฉลี่ย 24 ซึ่งมีการลดทอนเพียง 13 dB ที่ 3 GHz หากคุณต้องการระยะขอบสัญญาณที่มากขึ้นในอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้น ควรระบุสายเคเบิลที่มีการลดทอนน้อยลงที่ความถี่สูงสำหรับสายเคเบิลที่ยาวขึ้น
การรบกวนข้ามช่องสัญญาณ (พื้นฐานพารามิเตอร์ความถี่สูง 03 - พารามิเตอร์การรบกวนข้ามช่องสัญญาณ)
ปริมาณพลังงานที่ส่งผ่านจากสัญญาณหนึ่งหรือคู่สัญญาณที่แตกต่างกันไปยังอีกสัญญาณหนึ่ง สำหรับสายเคเบิล SAS หากค่าครอสทอล์กปลายใกล้ (NEXT) ไม่น้อยพอ จะทำให้เกิดปัญหาการเชื่อมต่อส่วนใหญ่ การวัดค่า NEXT ทำที่ปลายสายเคเบิลเพียงด้านเดียว และเป็นปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนจากคู่สัญญาณส่งไปยังคู่สัญญาณรับ ค่าครอสทอล์กปลายไกล (FEXT) วัดได้โดยการป้อนสัญญาณสำหรับคู่สัญญาณส่งที่ปลายสายเคเบิลด้านหนึ่ง และสังเกตปริมาณพลังงานที่เหลืออยู่ในสัญญาณส่งที่ปลายสายเคเบิลอีกด้านหนึ่ง
ข้อผิดพลาด NEXT ในชุดสายเคเบิลและขั้วต่อ มักเกิดจากการแยกสัญญาณคู่ที่แตกต่างกันไม่ดี ซึ่งอาจเกิดจากเต้ารับและปลั๊ก การต่อสายดินไม่สมบูรณ์ หรือการจัดการบริเวณปลายสายเคเบิลที่ไม่ดี ผู้ออกแบบระบบจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าผู้ประกอบสายเคเบิลได้แก้ไขปัญหาทั้งสามประการนี้แล้ว
กราฟแสดงการสูญเสียสำหรับสายเคเบิล 100Ω ทั่วไปที่มีขนาด 24, 26 และ 28 โอห์ม
การประกอบสายเคเบิลคุณภาพดีตามมาตรฐาน “SFF-8410-Specification for HSS Copper Testing and Performance Requirements” ค่า NEXT ที่วัดได้ควรน้อยกว่า 3% ส่วนค่าพารามิเตอร์ s นั้น ค่า NEXT ควรมากกว่า 28dB
ค่าการสะท้อนกลับ (พื้นฐานพารามิเตอร์ความถี่สูง 06 - ค่าการสะท้อนกลับ)
ค่าการสูญเสียการสะท้อน (Return loss) คือค่าที่วัดปริมาณพลังงานที่สะท้อนกลับจากระบบหรือสายเคเบิลเมื่อมีการส่งสัญญาณเข้าไป พลังงานที่สะท้อนกลับนี้อาจทำให้ความแรงของสัญญาณลดลงที่ปลายด้านรับสัญญาณ และอาจทำให้เกิดปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณที่ปลายด้านส่งสัญญาณ ซึ่งอาจก่อให้เกิดปัญหาการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับระบบและผู้ออกแบบระบบได้
การสูญเสียการสะท้อนกลับนี้เกิดจากความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ในชุดสายเคเบิล การแก้ไขปัญหานี้อย่างระมัดระวังเท่านั้นที่จะทำให้อิมพีแดนซ์ของสัญญาณไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อผ่านซ็อกเก็ต ปลั๊ก และขั้วต่อสายไฟ เพื่อลดการเปลี่ยนแปลงของอิมพีแดนซ์ให้น้อยที่สุด มาตรฐาน SAS-4 ในปัจจุบันได้ปรับปรุงค่าอิมพีแดนซ์เป็น ±3Ω เมื่อเทียบกับ ±10Ω ของ SAS-2 และข้อกำหนดของสายเคเบิลคุณภาพดีควรอยู่ในช่วงความคลาดเคลื่อนที่กำหนดไว้ที่ 85 หรือ 100±3Ω
การบิดเบี้ยวแบบเฉียง
ในสายเคเบิล SAS มีการบิดเบือนแบบเฉียงสองประเภท ได้แก่ การบิดเบือนระหว่างคู่สายต่างค่า และการบิดเบือนภายในคู่สายต่างค่า (สัญญาณต่างค่าในทฤษฎีความสมบูรณ์ของสัญญาณ) ตามทฤษฎีแล้ว หากมีสัญญาณหลายสัญญาณป้อนเข้าที่ปลายด้านหนึ่งของสายเคเบิล สัญญาณเหล่านั้นควรจะมาถึงปลายอีกด้านหนึ่งพร้อมกัน หากสัญญาณเหล่านี้ไม่มาถึงพร้อมกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการบิดเบือนแบบเฉียงของสายเคเบิล หรือการบิดเบือนแบบเฉียงเนื่องจากความล่าช้า สำหรับคู่สายต่างค่า การบิดเบือนแบบเฉียงภายในคู่สายต่างค่าคือความล่าช้าระหว่างสายสองเส้นของคู่สายต่างค่า และการบิดเบือนแบบเฉียงระหว่างคู่สายต่างค่าคือความล่าช้าระหว่างคู่สายต่างค่าสองชุด การบิดเบือนแบบเฉียงขนาดใหญ่ของคู่สายต่างค่าจะทำให้ความสมดุลของสัญญาณที่ส่งแย่ลง ลดความแรงของสัญญาณ เพิ่มความผันผวนของเวลา และทำให้เกิดปัญหาการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ค่าความบิดเบือนแบบเฉียงภายในของสายเคเบิลคุณภาพดีควรน้อยกว่า 10ps
วันที่เผยแพร่: 30 พฤศจิกายน 2023
