Serial ATA

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Port SATA

La norme Serial ATA, ou S-ATA, ou SATA (Serial Advanced Technology Attachment), permet de connecter une mémoire de masse à une carte mère. Elle spécifie notamment un format de transfert de données et un format de câble.

Cette norme succède à la norme Parallel ATA.

Présentation

Le Serial ATA a de multiples avantages par rapport à son prédécesseur, les trois principaux étant sa vitesse, la gestion des câbles et le branchement à chaud (Hot-Plug). L'ancienne norme ATA est communément désignée sous le nom « Parallel ATA » (P-ATA) afin que les deux ne soient pas confondues.

Les premiers modèles de Serial ATA, apparus en 2003 permettent un débit théorique de 1.5 Gbit/s par seconde, mais ont été conçus pour aller bien plus vite. Le Serial ATA II double sa vitesse à 3 Gbit/s puis le SATA III à 6 Gbit/s est apparu en 2009. Le débit théorique de 1.5 Gbit/s correspond à 187 Mo/s ; en pratique, on ne dépasse pas les 150 Mo/s. Cependant à 150 Mo/s ce n'est que 17 Mo/s de plus que le plus rapide des Parallel ATA : l'ATA/133. Les bus parallèles ont maintenant des difficultés pour augmenter leurs vitesses à cause d'un problème de synchronisation des lignes de données. Le Serial ATA utilise le nouveau LVDS pour la signalisation.

Avec les disques durs à plateaux tournants, l'augmentation du débit de l'interface est sans grand intérêt lorsqu'un seul disque est utilisé, puisque ceux-ci ne permettent pas en 2010 un débit crête supérieur à 150 Mo/s^[1], d'autant plus que, contrairement au P-ATA où tous les disques branchés sur un seul câble doivent partager la bande passante, en SATA chaque disque dispose du maximum autorisé par sa norme et celle du contrôleur. La norme SATA II permet l'utilisation de multiplicateurs de ports, qui permettent d'utiliser plusieurs disques à partir d'un seul connecteur du contrôleur.

Les normes SATA II (débit crête pratique ~300 Mo/s) et surtout SATA III (débit crête pratique ~600 Mo/s) deviennent indispensables avec les SSD, dont les débits crête oscillent entre 250 et 400 Mo/s début 2011^[2].

Câbles et connecteurs

Données

Photo du connecteur de données coudé Serial ATA

Le plus grand changement par rapport au Parallel ATA se trouve dans l'aspect physique des câbles utilisés. Les données sont transmises par 2 paires différentielles (une paire pour la transmission et une pour la réception), protégées par 3 fils de masses. Ces sept conducteurs étant regroupés sur une nappe plate, peu flexible, avec des connecteurs de 8 mm à chaque extrémité. Elle peut atteindre une longueur allant jusqu'à 1 mètre. Comparé au court (45 cm) câble de 40 ou 80 fils du Parallel ATA, le flux d'air, et donc le refroidissement des équipements, est amélioré grâce à cette plus faible largeur de câble. Le concept de rapport maître/esclave entre les dispositifs a été abandonné. Le Serial ATA n'a qu'un périphérique par câble (connexion point à point). Les connecteurs ont des détrompeurs, il n'est donc pas possible de mettre des connecteurs de câble à l'envers, le seul défaut étant l'absence de « clips » sur certains câbles, ce qui peut provoquer un débranchement inopiné en cas de manipulation, ce qui est de toute manière fortement déconseillé. Les mêmes connecteurs physiques sont utilisés pour les disques durs de 3,5 et 2,5 pouces ainsi que les lecteurs et graveurs de CD/DVD-ROM.

Le Serial ATA utilise le codage 8b/10b pour effectuer des transferts, permettant de travailler sur des meilleures fréquences.

Alimentation

N° de broche		Fonction
—
	1	3,3 V
	2
	3
	4	Masse
	5
	6
	7	5 V
	8
	9
	10	Masse
	11	Activité
	12	Masse
	13	12 V
	14
	15
Un connecteur d'alimentation électrique SATA. Il est semblable à un connecteur de données, mais en plus large (il possède 15 broches au lieu de 7).

Les disques durs natifs en Serial ATA exigent également un connecteur électrique d'alimentation différent, faisant partie de la norme. Le connecteur standard d'alimentation ressemble à celui des données, mais en plus large, ainsi il n'est pas possible de confondre les deux. Une alimentation de 3,3 V est ajoutée par rapport au PATA, ce qui porte à un total de 15 broches pour assurer trois tensions d'alimentation si nécessaire : 3,3 V, 5 V et 12 V.

Compatibilité

Pendant une période de transition, divers adaptateurs entre Parallel et Serial ATA sont prévus pour convertir l'un en l'autre. Pour exécuter la conversion du Serial vers le Parallel ATA ou vice versa, un pont (ou bridge) est utilisé. Il y a une pénalité de performance visible avec cet arrangement, et les tests^{[réf. nécessaire]} du début 2003 ont montré une réduction de performance de l'ordre de 30-50 %. Cette restriction disparaît quand les contrôleurs et les disques durs supportent le Serial ATA nativement.

Une norme similaire pour le SCSI, le Serial Attached SCSI (SAS), a été ratifiée à la fin de l'année 2003. Elle a un certain niveau de compatibilité avec le Serial ATA. Les premiers modèles de disques durs à la norme SAS sont sortis au troisième trimestre 2004.

Un élément SATA I, II ou III peut être branché sur une carte mère SATA I, II ou III. Le débit obtenu sera alors celui de l'élément le plus lent. Ex: un disque dur SATA III sur une carte mère SATA II aura un débit limité par la carte mère à 300Mbs.

Version 2.6 du Serial ATA

Le SATA-IO (Serial ATA International Organization) a énoncé (début 2007) les spécifications 2.6^[3] :

• Câble et connecteur internes minces afin d'utiliser les unités optiques SATA dans des unités centrales plus compactes.
• Connecteur micro SATA pour les disques 1,8 pouce pour faciliter l'intégration de ces disques dans les UMPC.
• Mini câble/connecteur SATA interne et externe « multilane » (possibilité de coupler plusieurs canaux SATA) afin d'améliorer la bande passante avec les périphériques et de proposer des connecteurs plus petits.
• Optimisations NCQ afin d'offrir une meilleure gestion des données prioritaires.
• Optimisations NCQ Unload autorise l'utilisation de technologie pour protéger les disques sur les PC portables en cas de chute accidentelle.

Révision III du Serial ATA

La dernière évolution du Serial-ATA développée par l'organisation SATA-IO s'appelle SATA 6Gbit/s^[4].

• Les débits maximum en pratique ont doublé et sont passés à 600 Mo/s.

En effet, l'arrivée sur le marché des SSD à contrôleurs SandForce SF-1200 et SF-1500 (atteignant les 250/300 Mo/s) saturent le SATA II, et l'annonce des nouveaux contrôleurs SandForce SF-20xx prévus pour le 2ème trimestre 2011 (ils atteignent 500 Mo/s^[5]) rendent cette évolution obligatoire.

• La nouvelle norme utilise les mêmes câbles et est totalement compatible avec les périphériques et connecteurs plus anciens.

Pour être compatibles avec le SATA III, les cartes mères nécessiteront un southbridge intégrant cette nouvelle version, ou avec l'intégration d'une puce Marvell, comme pour le chipset P55^[6] . Le premier southbridge annoncé est le RD890 d'AMD^[7]. La première démonstration publique, organisée par AMD et Seagate a permis d'atteindre des débits de 589 Mo/s^[8]

eSATA

eSATA (external SATA) est une adaptation du protocole SATA au branchement de périphériques externes. Ses principales caractéristiques sont :

• Tension d'émission supérieure à la norme SATA (500-600 mV au lieu de 400-600 mV) ;
• Tension de réception inférieure à la norme SATA (240-600 mV au lieu de 325-600 mV) ;
• Protocole identique, afin de pouvoir utiliser les mêmes équipements ;
• Longueur de câble maximum de 2 m.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• NCQ
• Liste des systèmes de transmission d'informations

Liens externes

• (en) Site officiel
• (en) Serial ATA (SATA), schéma de câblage

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