Moderne Speichersysteme wachsen nicht nur im Terabit-Bereich und bieten höhere Datenübertragungsraten, sondern benötigen auch weniger Energie und Platz. Diese Systeme benötigen zudem eine bessere Konnektivität, um mehr Flexibilität zu bieten. Designer benötigen kleinere Verbindungen, um die heute und in Zukunft benötigten Datenraten bereitzustellen. Und eine Norm von der Geburt über die Entwicklung bis hin zur schrittweisen Reifung ist alles andere als ein Tagesgeschäft. Insbesondere in der IT-Branche wird jede Technologie ständig verbessert und weiterentwickelt, so auch die Spezifikation für Serial Attached SCSI (SAS). Als Nachfolger von Parallel SCSI gibt es die SAS-Spezifikation schon seit einiger Zeit.
Im Laufe der Jahre wurden die Spezifikationen von SAS stetig verbessert. Das zugrunde liegende Protokoll wurde zwar beibehalten, es gab im Grunde keine allzu großen Änderungen. Die Spezifikationen der externen Schnittstellenanschlüsse haben sich jedoch stark verändert, was eine Anpassung von SAS an das Marktumfeld darstellt. Mit dieser kontinuierlichen Verbesserung „von A nach B“ sind die SAS-Spezifikationen immer ausgereifter geworden. Schnittstellenanschlüsse unterschiedlicher Spezifikationen werden als SAS bezeichnet, und der Übergang von parallel zu seriell bzw. von paralleler SCSI-Technologie zu seriell verbundener SCSI-Technologie (SAS) hat die Kabelführung stark verändert. Frühere parallele SCSI-Schnittstellen konnten unsymmetrisch oder differenziell über 16 Kanäle mit bis zu 320 Mbit/s betrieben werden. Derzeit wird noch die im Enterprise-Speicherbereich gängigere SAS3.0-Schnittstelle auf dem Markt verwendet. Die Bandbreite ist jedoch doppelt so hoch wie bei der seit langem nicht aktualisierten SAS3-Schnittstelle: 24 Gbit/s, etwa 75 % der Bandbreite gängiger PCIe3.0×4-Solid-State-Laufwerke. Der neueste MiniSAS-Anschluss, der in der SAS-4-Spezifikation beschrieben wird, ist kleiner und ermöglicht eine höhere Dichte. Er ist halb so groß wie der ursprüngliche SCSI-Anschluss und 70 % so groß wie der SAS-Anschluss. Im Gegensatz zum ursprünglichen SCSI-Parallelkabel verfügen sowohl SAS als auch Mini-SAS über vier Kanäle. Neben höherer Geschwindigkeit, höherer Dichte und mehr Flexibilität steigt jedoch auch die Komplexität. Aufgrund der geringeren Größe des Anschlusses müssen Kabelhersteller, Kabelkonfektionierer und Systemdesigner bei der gesamten Kabelmontage besonders auf die Signalintegrität achten.
Nicht alle Kabelkonfektionäre sind in der Lage, qualitativ hochwertige Hochgeschwindigkeitssignale bereitzustellen, um die Anforderungen an die Signalintegrität von Speichersystemen zu erfüllen. Kabelkonfektionäre benötigen hochwertige und kostengünstige Lösungen für die neuesten Speichersysteme. Um stabile, langlebige Hochgeschwindigkeitskabelkonfektionen herzustellen, müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Neben der Aufrechterhaltung der Bearbeitungs- und Verarbeitungsqualität müssen Designer insbesondere auf die Signalintegritätsparameter achten, die die Herstellung moderner Hochgeschwindigkeitskabel für Speichergeräte ermöglichen.
Signalintegritätsspezifikation (Welches Signal ist vollständig?)
Zu den wichtigsten Parametern der Signalintegrität zählen Einfügedämpfung, Nah- und Fernnebensprechen, Rückflussdämpfung, interner Skew-Verzerrung des Differenzpaars und die Amplitude des Differenzmodus zum Gleichtakt. Obwohl diese Faktoren miteinander verbunden sind und sich gegenseitig beeinflussen, können wir jeweils einen Faktor betrachten, um seine Hauptauswirkung zu untersuchen.
Einfügungsdämpfung (Hochfrequenzparameter Grundlagen 01 - Dämpfungsparameter)
Die Einfügungsdämpfung ist der Verlust der Signalamplitude vom sendenden zum empfangenden Kabelende und ist direkt proportional zur Frequenz. Wie das Dämpfungsdiagramm unten zeigt, hängt die Einfügungsdämpfung auch von der Anzahl der Adern ab. Für interne Komponenten mit kurzer Reichweite sollte ein 30- oder 28-AWG-Kabel eine Dämpfung von weniger als 2 dB/m bei 1,5 GHz aufweisen. Für externe 6-Gbit/s-SAS-Geräte mit 10-m-Kabeln wird ein Kabel mit einem durchschnittlichen Leiterquerschnitt von 24 empfohlen, das bei 3 GHz nur eine Dämpfung von 13 dB aufweist. Wenn Sie bei höheren Datenraten mehr Signalspielraum wünschen, wählen Sie für längere Kabel ein Kabel mit geringerer Dämpfung bei hohen Frequenzen.
Übersprechen (Grundlagen der Hochfrequenzparameter 03 – Übersprechparameter)
Die von einem Signal- oder Differenzpaar zu einem anderen übertragene Energiemenge. Bei SAS-Kabeln verursacht ein unzureichend geringes Nahnebensprechen (NEXT) die meisten Verbindungsprobleme. Die NEXT-Messung erfolgt nur an einem Kabelende und gibt die vom Ausgangssignalpaar zum Eingangssignalpaar übertragene Energiemenge an. Fernnebensprechen (FEXT) wird gemessen, indem an einem Kabelende ein Signal für das Übertragungspaar eingespeist und die verbleibende Energie des Übertragungssignals am anderen Kabelende beobachtet wird.
Das NEXT in der Kabelbaugruppe und im Stecker wird in der Regel durch eine schlechte Isolierung der Signaldifferenzpaare verursacht, die durch Steckdosen und Stecker, unvollständige Erdung oder unsachgemäße Handhabung des Kabelanschlussbereichs verursacht werden kann. Der Systemdesigner muss sicherstellen, dass der Kabelkonfektionierer diese drei Probleme berücksichtigt hat.
Verlustkurven für gängige 100Ω-Kabel von 24, 26 und 28
Bei einer hochwertigen Kabelkonfektion gemäß der „SFF-8410-Spezifikation für HSS-Kupferprüfung und Leistungsanforderungen“ sollte der gemessene NEXT-Wert unter 3 % liegen. Der S-Parameter sollte über 28 dB liegen.
Rückflussdämpfung (Grundlagen der Hochfrequenzparameter 06 – Rückflussdämpfung)
Die Rückflussdämpfung misst die Energiemenge, die von einem System oder Kabel reflektiert wird, wenn ein Signal eingespeist wird. Diese reflektierte Energie kann zu einem Abfall der Signalamplitude am Empfangsende des Kabels und zu Problemen mit der Signalintegrität am Sendeende führen, was wiederum zu Problemen mit elektromagnetischen Störungen für das System und die Systementwickler führen kann.
Diese Rückflussdämpfung wird durch Impedanzfehlanpassungen im Kabelsatz verursacht. Nur durch sorgfältige Behandlung dieses Problems kann die Impedanz des Signals beim Durchgang durch Buchse, Stecker und Kabelanschluss nicht verändert und die Impedanzänderung minimiert werden. Der aktuelle SAS-4-Standard wurde auf einen Impedanzwert von ±3 Ω im Vergleich zu ±10 Ω bei SAS-2 aktualisiert. Die Anforderungen an hochwertige Kabel sollten innerhalb der nominalen Toleranz von 85 oder 100 ±3 Ω liegen.
Schrägverzerrung
In SAS-Kabeln treten zwei Verzerrungen auf: zwischen Differenzpaaren und innerhalb von Differenzpaaren (das Differenzsignal der Signalintegritätstheorie). Theoretisch sollten mehrere Signale, die an einem Ende des Kabels eingehen, gleichzeitig am anderen Ende ankommen. Treffen diese Signale nicht gleichzeitig ein, spricht man von einer Verzerrung des Kabels oder einer Verzögerungsverzerrung. Bei Differenzpaaren ist die Verzerrung innerhalb des Differenzpaars die Verzögerung zwischen den beiden Adern des Differenzpaars, und die Verzerrung zwischen den Differenzpaaren ist die Verzögerung zwischen den beiden Differenzpaaren. Eine starke Verzerrung des Differenzpaars verschlechtert die Differenzbalance des übertragenen Signals, verringert die Signalamplitude, erhöht den Zeitjitter und verursacht elektromagnetische Störungen. Die Differenz eines hochwertigen Kabels zur internen Verzerrung sollte weniger als 10 ps betragen.
Veröffentlichungszeit: 30. November 2023
