最后的庭辩——揭开SATA硬盘先烈们的“身世”之谜

日期：2007年6月18日作者：查看:[大字体中字体小字体]

SATA的分层架构及现阶段的双芯片方案
在春节期间赶稿无疑是件很痛苦的事，可谁让我在过去的几个月中迟迟没有动笔呢？眼瞅着采用单芯片方案的SATA（Serial ATA，即串行ATA）硬盘已箭在弦上（不出意外的话会在2004年上半年发布，或许本文付印之际就有厂商捷足先登也说不定），有道是“长江后浪推前浪，前浪死在沙滩上”，再不趁着第一代SATA硬盘们正活跃在市场上的时候评论一番，恐怕就没有机会了。
看到这里，可能有人会问：希捷（Seagate）的Barracuda 7200.7不是早已接过Barracuda ATA Ⅴ的班了么，怎么还说“第一代SATA硬盘”呢？诸位莫急，作为一个整体，SATA硬盘分“代”的依据应该是技术而非产品，Barracuda 7200.7和Barracuda ATA Ⅴ、迈拓（Maxtor）DiamondMax 16/DiamondMax Plus 9/MaXLine Ⅱ/MaXLine Plus Ⅱ、HGST（Hitachi GST）Deskstar 7K250、三星（Samsung）SpinPoint P80的SATA版本以及WD Raptor/Caviar 2500JD都基于双芯片方案，因此本文将它们全部列为“第一代SATA硬盘”，而将“第二代SATA硬盘”的称号留给第一批采用单芯片方案的产品。
所谓“单芯片方案”和“双芯片方案”，指得是实现硬盘控制器及接口功能所用的芯片数量。这种说法是SATA才有的，因为PATA（Parallel ATA，并行ATA）没有“层（layer）”的概念，其相对简单的接口逻辑与硬盘控制器浑然一体，想分成两颗芯片都难。SATA则明确地划分为物理层（Physical layer，简称PHY）、链路层（Link layer）和传输层（Transport layer），把传输层和链路层留在硬盘控制器芯片中，而将PHY独立出来，是完全可以的。
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SATA的四层架构示意图
然而，SATA存在着PHY“自立门户”的可能性，却并非是目前市面上的SATA硬盘采用双芯片方案的出发点。源于PC阵营的技术革新，一向强调平滑过渡、保护（厂商和用户的）投资，从PATA向SATA转换的过程也不例外：第一批上市的SATA硬盘必然要面对PATA硬盘占据绝对多数的局面，销量不可能很大，如果采用全新设计的SATA硬盘控制器，不仅成本较高，还会影响市场的接受程度；若在现有PATA硬盘控制器的基础上增加一颗PATA―SATA桥接芯片，则既可降低成本，又能将产品推向市场的时间提前，可谓一举两得。因此，也就不难解释为何上述SATA硬盘几乎都有PATA的版本了。
不管怎么说，第一代SATA硬盘都比其PATA版本多出一颗芯片来，而我们则可以根据这颗芯片将它们分成两个“流派”：迈拓DiamondMax 16/DiamondMax Plus 9/MaXLine Ⅱ/MaXLine Plus Ⅱ、HGST Deskstar 7K250、三星SpinPoint P80的SATA版本以及WD Raptor/Caviar 2500JD都使用Marvell 88i8030，不妨称之为“Marvell派”；希捷Barracuda 7200.7和Barracuda ATA Ⅴ“人数”虽少，二者的SATA版本却占有最大的市场份额，而与LSI Logic合作开发的“Mesa”芯片也别具一格，就叫“LSI派”好了。
三星SATA硬盘的主控芯片及桥接芯片Marvell 88i8030
希捷SATA硬盘的主控芯片及“Mesa”芯片
Marvell派与LSI派的区别可不仅是芯片的品牌型号不同，对它们的深入分析将有助于我们破解整个2003年一直纠缠不清的SATA话题——本机（Native）和桥接（Bridge）。
初审——本机和桥接
Marvell派：双芯片SATA方案就是桥接
LSI派：双芯片SATA方案也可以实现本机
陪审员：读者代表
主要证人：迈拓DiamondMax Plus 9、三星SpinPoint P80、希捷Barracuda 7200.7和Barracuda ATA Ⅴ
证物：Marvell 88i8030和LSI“Mesa”

第一回合：LSI派律师发言
Native这个词用在IT领域，通常译为“本机”，港台地区则习惯唤作“原生”。当与SATA联系在一起时，与Native相对的概念是Bridge（桥接）。虽然两者并不是非此即彼的关系，但先弄清楚桥接的概念却有助于诸位陪审员理解什么是本机。
桥接的本质是协议转换，具体到SATA，其两“岸”就分别是SATA和PATA，与本机SATA相比，它是一种初级阶段的实现方式，适用于原型方案和推广目的更强的早期产品。在这方面，我方认为迈拓DiamondMax Plus 9和三星SpinPoint P80是很好的“污点证人”。
（根据LSI派律师的要求，迈拓DiamondMax Plus 9的PATA版本和SATA版本一同出庭，二者按照法庭的规定仰卧——也就是PCBA在上）
左为Plus 9-SATA版，右为PATA版（可点击放大）
（此时Marvell派律师如获至宝，喊到）“诸位陪审员，请看！这两块硬盘控制器的型号相同！既然SATA版本用的硬盘控制器仍采用PATA接口，多出来的那颗芯片干得就是PATA―SATA转换的活计无疑了！仅凭此证据，我们就可判定DiamondMax Plus 9的SATA属于桥接方案！”
（LSI派律师似乎胸有成竹，一副不屑的样子）Marvell派律师请不要激动！我方有否认这一点吗？我方的第三位证人——三星SpinPoint P80的SATA版本还没有出庭作证那……（此处省去废话若干）
正如开庭前所介绍的，SpinPoint P80和迈拓DiamondMax Plus 9的SATA版本都使用了Marvell 88i8030——一款标准的桥接芯片。从Marvell 88i8030的结构图中可以清楚地看出，该芯片内部最主要的功能模块有两个，分别是用于连接PATA的链路、传输及命令层（Link, Transport and Command Layers），和用于连接SATA的物理层（PHY）。不难想象，如果硬盘（或主机）控制器中不包含PATA的接口逻辑——代之以SATA的链路层和传输层，而仅仅将PHY独立出来，得到的双芯片方案同样可以实现完整的SATA功能，满足本机SATA的要求。

Marvell 88i8030的结构图

插文：Marvell 88i8030——桥接芯片中的大众情人
与Silicon Image的SiI 3611相比，Marvell 88i8030问世的时间更早，推广的力度也更大，因此我们可以看到，使用这款桥接芯片的SATA产品简直是“漫山遍野”。
和SiI 3611一样，Marvell 88i8030一端是SATA的最低带宽150MB/s（SATA 150），一端是PATA的最高带宽133MB/s（Ultra ATA/133），因此真正能够达到的传输率肯定低于133MB/s，可以实现的命令集也无法超出PATA所定义的范畴。桥接芯片对外只要协议对头（SATA端连SATA，PATA端连PATA）就成，既能用于设备方也可坐镇主机方，因此Marvell 88i8030在硬盘和控制卡上出现的频度都很高。
Marvell 88i8030的主要特性如下：
支持主机和设备应用
用户可选的66/100/133/150MB/s最大数据传输率
用户可选的SSC（Spread Spectrum Clocking，时钟频谱扩展）支持以降低EMI
支持ATA命令排队（Command Queuing）
主/从（Master/Slave）支持
需要强调的是，SATA桥接芯片所能支持的ATA命令排队，都只能是PATA的标记命令排队（Tagged Command Queuing，TCQ），与Serial ATA Ⅱ所要求的本机命令排队（Native Command Queuing，NCQ）有很大的区别。关于TCQ和NCQ的详细情况，我将在后续的文章中为大家介绍。

诸位陪审员，别以为我在乱讲，这可是法庭，有证据出示的……早在2000年8月22日召开的秋季IDF上，希捷演示的第一块SATA原型硬盘，其SATA功能即是由APT（链路层和传输层）与Vitesse（1.5Gb/s CMOS收发器）芯片构成的电路实现的。2002年11月5日，Silicon Image发布了“补充Serial ATA 1.0规范的”SATALite 1.0，这个厂商接口允许芯片组（南桥）中只集成SATA的链路层和传输层，而把物理层交给外置的双端口SATA PHY芯片SiI 3012，该举措得到了ATI、NVIDIA和VIA的支持——后者的VT8237就可以通过SATALite接口获得两个“额外的”SATA端口。我不是说VT8237+SiI 3012的组合已经满足了本机SATA的要求（还要取决于VT8237和SiI 3012是否均支持本机命令排队等特性，二者缺一不可），但这种做法是可以实现本机SATA的，且适用于主机和硬盘双方。
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SATA物理层芯片SiI 3012
LSI派律师陈词：
诸位，在双芯片SATA方案中，硬盘控制器芯片与（第三方）附加芯片之间的连接方式主要有两种：最常见的是PATA连接，即采用标准的PATA硬盘控制器和PATA―SATA桥接芯片，这是典型的桥接，当然不可能实现本机SATA；另一种则是SATA链路层和物理层之间的连接，即硬盘控制器中集成SATA链路层和传输层功能、附加芯片是独立的SATA PHY，这相当于把SATA的功能放在两颗分离的芯片中实现，只要双方都支持NCQ等本机SATA必备的特性，就符合了本机SATA的要求，而不能划为桥接。

第二回合：Marvell派律师发言
女士们，先生们，下午好！我方很高兴LSI派律师也认为所有使用Marvell 88i8030芯片的“Marvell派”硬盘都属于桥接SATA方案，但遗憾的是坐在我对面的这位先生仍然抱有“双芯片SATA方案不一定都是桥接”的幻想！众所周知，目前市面上的SATA硬盘中只有希捷的产品没有使用Marvell 88i8030，LSI派律师显然是把最后的一线希望寄托在该派仅有的两名成员——希捷Barracuda 7200.7和Barracuda ATA Ⅴ身上了吧？
为了证明LSI派律师观点的荒谬，请先允许我介绍一下“LSI派”的背景。2002年6月24日，希捷发布了其Barracuda ATA Ⅴ硬盘，并宣称也将提供“本机SATA接口”的版本。对于本机SATA与桥接SATA的区别，希捷是这么解释的。
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希捷的解释：左为“本机”原理图，右为“桥接原理图
对于希捷提出的本机SATA应该“具有本机命令排队（Native Command Queuing，NCQ，希捷称为全速命令排队）功能”的要求，我方是赞同的，而且Marvell 88i8030等桥接芯片也的确无法做到这一点。但问题是，希捷宣称是“本机SATA接口”的两款硬盘——Barracuda ATA Ⅴ和Barracuda 7200.7的SATA版本在宣传中都没有提及支持NCQ，直到2003年9月16日推出200GB的Barracuda 7200.7（此前的型号最大容量160GB）时才说“新的SATA型号是业界第一个能支持全速命令排队（NCQ）的硬盘”呢？厂商对于某项重要功能，向来都是不具备的时候默不作声，有了以后就大肆宣传，对不对？
（旁听席上某硬盘公司代表立刻高声抗议：“诬蔑！这是赤裸裸的人身攻击！”法官敲着小锤：“肃静！肃静！Marvell派律师，请注意你的措辞！”）
法官大人，我可以继续说了吗？那好，诸位请听我的第二个质疑。大家知道，SATA的起始带宽就高达150MB/s，使用桥接芯片的SATA硬盘当然到不了这个水平，最高的也就是迈拓DiamondMax Plus 9的SATA版本——接口速率的测试成绩处于100～133MB/s之间（110MB/s左右），还要得益于其硬盘控制器支持Ultra ATA/133。按理说本机SATA硬盘不用经过PATA的转换，其接口速率测试成绩应该能超过133MB/s，对不对？即便是在受到PCI带宽限制的系统中，也不会比DiamondMax Plus 9的SATA版本还低吧？可Barracuda ATA Ⅴ和Barracuda 7200.7的SATA版本与它们的PATA版本一样，都只有Ultra ATA/100级别的表现！这说明了什么呢？莫非那颗打着LSI标志的“Mesa”芯片起的也不过是桥接作用？
（某硬盘公司代表的脸都快给气绿了，伸手就要脱下名牌皮鞋扔过来，幸亏被刚好站在身边的保安及时制止。）
当然，最让我方不能忍受的，是希捷的宣传材料中称与桥接芯片相连的PATA硬盘控制器采用的是“写PIO任务文件”的工作方式，会影响硬盘的性能，只有与LSI“Mesa”芯片相连的接口控制器才是“写全速任务文件”的工作方式！要知道，本派与Marvell 88i8030相连的硬盘控制器芯片可都是标准的Ultra ATA/100或Ultra ATA/133接口，桥接芯片也用同样的规格与它们通信，怎么会出来一个“写PIO任务文件”的工作方式呢？何况在性能表现上，本派的SATA硬盘与同等规格的希捷SATA硬盘相比并不逊色！我方怀疑这种说法是对本派的蓄意诋毁！
Marvell派律师陈词：
女士们，先生们，请原谅我刚才的过于激动。不过，我想事实已经很清楚了——LSI派其实也还不具备本机SATA的实力，却硬要抛出“本机SATA接口”的概念，是因为惧怕本派的强大阵容，试图以其专用芯片的面目混淆视听，蒙混过关，从而达到打压竞争……
（话音未落，只见旁听席上一个亮闪闪的东西飞来，正落在Marvell派律师面前，他立刻惊呼道：“手机——不，是手雷！”闻听此言，法庭里顿时乱作一团……还是背后的法警冷静，按住他的肩膀问道：“老兄，贺岁片看多了吧？”……知道真相的人们渐渐平静下来后，法官宣布辩论继续进行。）
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