패러럴 인터페이스는 이제 한계에 직면하였다
패러럴 인터페이스의 17년
1986년에 발매된 초창기의 HDD인 맥스터 8051A
용량은 무려 42MB, RPM은 3,500이었다. 모델명과 각종 표기를 '손으로' 기입한 것이 보인다.
Copyright (c) by Redhill
ATA-100을 넘어서 ATA-133(비록 모든 업체가 따르고 있는 표준은 아니지만)까지 성장해온 ATA 인터페이스는 지난 1986년에 컴팩의 386 시스템에 장착되어 출시된 CDC(Control Data Corporation)사의 40MB 하드디스크 드라이브와 웨스턴디지털사의 컨트롤러에 의해서 세상에 첫선을 보였다. 이후 1988년에 CAM(Common Access Method) 위원회의 발족 및 표준의 제정을 시작으로 1989년에는 이와 관련한 최초의 표준 문서가 등장하였고, 1990년대 들어서 거의 모든 업체가 이를 따르는 명실상부한 저장매체의 표준으로 자리잡았다.
그리고 첫 등장으로부터 17년이 지난 지금까지 ATA-1(1986), ATA-2(EIDE, 1996), ATA-3(1997), ATA-4(Ultra-ATA/33, 1998), ATA-5(Ultra-ATA/66, 1999), ATA-6(Ultra-ATA/100, 2000), ATA-133이라는 발전단계를 거쳐오면서 지속적으로 진화해왔다.
HDD의 데이터 전송률은 플래터의 기록밀도 향상과 스핀들 모터의 회전속도 향상과 함께 지속적으로 증가해왔다. 스핀들 모터 자체의 RPM은 큰 변화가 없었지만, 기록밀도가 매년 혹은 1년 반 정도마다 2배씩 증가하고 있기 때문에(무어의 법칙은 여기에도 적용된다. IT 분야 전반에 걸쳐서 줄기차게 적용되고있다) HDD의 순수한 데이터 전송률 자체도 계속 늘어난 것이다.
이를 받쳐주기 위해서 인터페이스 역시 지속적으로 발전해 왔다. 초기 수 MB/s에 불과하던 ATA 인터페이스의 데이터 전송 대역폭은 이제 100MB/s를 넘어서 133MB/s를 바라보고 있다. 이는 항상 HDD의 플래터에서 만들어지는 순수한 전송속도의 2~3배 정도의 인터페이스 대역폭을 확보할 수 있도록 함으로써 대용량 캐시나 RAID 등에서의 실질적 잇점을 얻기 위함이었다.
그러나 133MB/s의 데이터 전송률을 지원하는 ATA133은 맥스터가 처음 도입한 이후, '어느 곳에서도 이를 도입하지 않고' 있다. 물론 VIA나 SiS, ALi 등은 일찌감치 이를 지원하겠다고 나섰지만, 정작 가장 영향력있는 칩셋 제조사인 인텔이나 맥스터를 제외한 각 하드디스크 드라이브 업체들은 ATA133 표준의 도입에는 상당히 시큰둥한 반응만을 보였다. 그리고 지금 출시되고 있는 각종 하드디스크 드라이브들 중 맥스터의 제품을 제외하면 ATA133의 제품은 전혀 보이지 않는다. 어차피 ATA66이나 100이나 133이나 제조원가에서는 거의 차이가 없기 때문에 이를 지원하게 한다고 해서 제조사에서 큰 부담을 안아야 하는 것은 아니며, 그래서 ATA66이나 100 등은 표준이 나오기가 무섭게 각사들이 적용했던 것을 생각한다면 상당히 의아한 일이 아닐 수 없다. 다음의 화면을 보자.
;)
이것은 현재 시게이트사의 데스크탑용 제품 라인업이다. 인터페이스는 Ultra ATA/100과 Serial ATA로 양분되어 있다는 것을 알 수 있다. 시리얼 ATA의 바라쿠다 ATA V는 얼마전 발표되었다는 이야기가 있으니 그렇다고 치고(새로운 것을 알 수 있다. 시리얼 ATA 제품군은 모델명 뒤의 구분기호가 AS이다.) 나머지는 모두 ATA100으로 통일되어 있다. ATA133은 전혀 없다. 이는 비단 시게이트만의 일이 아니다.
웨스턴디지털, IBM, 삼성전자 등의 하드디스크 드라이브 제조사들은 모두 ATA100 제품만을 생산하고 있다. 이것은 맥스터가 제안한 규격을 따라가기 싫다는 것이라기 보다는, ATA133의 효용성 자체를 의심하고 있는 것이라고 보아야 한다. 사실, ATA100에서 ATA133으로 향상되면서 얻을 수 있는 성능향상폭은 거의 없다. RAID 0으로 2개의 HDD를 묶는다고 하더라도 ATA100의 100MB/s라는 대역폭으로도 충분하다. 또한, ATA133은 ATA 인터페이스의 한계에 지나치게 접근해 있으며, 그러한 변화보다는 인터페이스의 방식 자체의 개선이 필요해진것이다.
이제는 패러럴 ATA 인터페이스로는 더이상 견딜 수 없다
분명, ATA라는 규격은 지금까지 일반 사용자들을 위한 저장매체의 인터페이스 표준으로써 그 자리를 굳건히 지켜왔다. 그러나, 17년이라는 시간은 결코 짧은 것이 아니다. 17년전에 만들어진 표준을 개량하는 것이 한계에 도달하고, 이제는 완전히 새로운 인터페이스가 필요해졌다. 물론, 현재 사용되는 기술로도 보다 높은 데이터 전송 대역폭의 달성이 가능하기는 하지만, 중요한 것은 ATA 인터페이스는 어다까지나 '가격대성능비(cost-effectiveness)'를 지향한다는 것이다. 그래서 보다 높은 가격대를 가지는 제품이 된다는 것은 ATA 인터페이스가 가지는 가장 큰 특징을 상실하는 꼴이 된다. 패러럴 ATA 인터페이스는 어떠한 한계에 부딪힌것일까.
디음 페이지에서 패러럴 ATA가 직면한 한계점에 대해서 알아보자.
패러럴 ATA 인터페이스의 한계와 단점
1. 클럭의 실질적 한계에 도달했다.
패러럴 ATA는 클럭의 한계에 도달해있다. 현재의 케이블에서 ATA133으로 동작할 경우 케이블에서 데이터 전송이 일어날 때 사용되는 클럭은 무려 66MHz에 달한다. 쉴딩(shielding)되어 있지 않은 케이블로써는 상당히 거북한 동작속도인것이다. 물론 이러한 높은 동작속도에서도 데이터 신뢰도를 높이기 위해서 80C40P(80 conductor 40 pin) 케이블이 등장하기는 했다.
;)
;)
왼쪽이 40선/40핀 케이블, 오른쪽이 80선/40핀 케이블
UDMA-33부터 적용되기 시작한 80C40P 케이블은 40핀에서 80선을 구현하면서, 짝수번의 핀은 모두 그라운드(접지)를 해 놓았기 때문에 데이터 신뢰도는 보다 향상될 수 있었고, 또한 케이블의 길이와 Master/Slave를 명확하게 구분해서 신호의 오류를 최소화하였다.
| 80C40P 케이블은 UDMA-66/100/133에서 사용하는 것이 아닌가? |
많은 사용자들이 80C40P 케이블이 UDMA-66이상, 100/133 등에서'만' 사용되는 것으로 알고 있다. 그러나 이것은 잘못 전해진 사실이다. UDMA-33 규격이 적용되기 시작하면서, T13 위원회(ATA 규격을 결정하는 위원회)에서는 고속화된 데이터 전송시에 데이터의 신뢰도를 향상시키기 위한 방법으로써 80C40P 케이블을 선택하였다. 그러나 UDMA-33에서는 80C40P 케이블이 '권장' 사항이었을 뿐 필수사항이 아니었기 때문에 거의 대부분의 업체가 원가절감을 이유로 이것을 사용하지 않았을 뿐이다. UDMA-66이 등장하면서 데이터 신뢰도의 확보가 절실해지자 80C40P 케이블은 '권장'이 아니라 '필수'로 자리잡았고, 이를 지원하는 주변기기들은 어떠한 케이블이 꼽혀있나를 인식한 후 적절한 케이블이 아니면 아예 UDMA-33으로 속도를 낮춰서 동작하게 되었다. | |
그러나 이러한 조치로도 이제 더이상의 향상은 불가능하다. 쉴딩을 하고 신호의 안정성을 향상시킨다고 하더라도 패러럴 타입이라는 구조상 더이상의 속도향상을 이루기가 어려운 것이다. 여기에는 몇가지 이유가 작용하고 있다.
우선, 패러럴 ATA 케이블은 하나의 케이블에서 데이터가 양방향으로 전송된다. 한개의 bit가 전송되는 케이블을 볼 때, 데이터가 전달되는 방향에 따라서 케이블 내에서 신호가 흐르는 방향이 바뀐다.
이러한 양방향전송(bidirectional transfer)으로 인해서 지연시간의 손실을 보게 된다.
또한, 패러럴 ATA는 그 이름 그대로 병렬 전송을 한다. 병렬 전송에서 클럭을 높이는 것이 왜 까다로운가에 대해서는 지난 RDRAM 강좌에서 이미 언급한 바 있다. 바로 신호왜곡(skew)이 대단히 크다는 것이다. (관련강좌보기 : RDRAM의 구조와 미래, 10GB를 위하여 / RDRAM이 가지는 잇점과 특징)
특히 메모리와 틀리게 하드디스크 드라이브 인터페이스는 긴 케이블을 가지고 있다는 것도 이러한 왜곡이 상당히 커지는 원인중의 하나이다. ATA에서의 케이블 길이의 제한이 크다고는 하지만 그래도 45cm는 된다. PCB상의 회로길이와는 비할 바가 아니다.
ATA라는 인터페이스는 어디까지나 일반 사용자를 대상으로 하고 있으며, 그래서 가격대성능비를 상당히 중시한다는 것도 잊어서는 안된다. 분명 위와 같은 단점은 고가의 쉴딩 케이블과 높은 퀄리티의 부품 등을 사용하면 어느정도 극복할 수 있다. 그러나 중요한 것은 이러한 솔루션을 '사용자가 납득할 수 있는 가격에' 공급할 수 있어야 한다는 것이다. 그 결과 ATA용 케이블에는 흔하디 흔한 PVC 케이블이 그대로 사용되고(관련강좌보기 : 비싼케이블, 그만큼의 값어치는 있나?) 쉴딩도 안되어 있다.
상황이 이렇다 보니, 양방향전송 인터페이스가 병렬전송으로 인해서 신호왜곡도 커지고, 케이블은 쉴딩도 되어 있지 않다는, 여러가지 문제점이 복합적으로 발생하고 이것은 ATA에서 사용할 수 있는 최대 동작클럭을 크게 제한하게 된다. ATA133이 이제 물리적 한계에 근접하고 있다는 것은 결고 가볍게 넘어갈 수 있는 이야기가 아니다.
2. 케이블의 길이가 부족하다
|
이것은 이미 수많은 사용자들이 토로하고 있는 ATA 인터페이스의 단점이다. ATA 방식 하드디스크 드라이브들의 성능이 강력해지면서, 이들 제품은 기존에 ATA 인터페이스가 사용되던 영역인 '일반 소비자' 층을 벗어나서 하이엔드 데스크탑 PC를 비롯하여 웍스테이션, 심지어 서버에까지 침투하고 있다. 이러한 과정에서 절실하게 요구되었던 것이 바로 케이블링의 유연성(flexibility)과 확장성(scalability)이다.
그러나 ATA 인터페이스는 45cm라는, 대단히 짧은 케이블 길이의 제약을 가지고 있다. 파워유저 층에서, 그리고 서버 등에서 흔히 사용되는 대형 케이스에 적용할 때, 맨 위의 베이에 HDD나 CD-ROM을 장착하고자 한다면 괴로운 상황에 맞닥뜨리는 것이 현실이다.
케이스가 좀 작다고 하더라도 내부 구조가 복잡해서 여기저기 지나가야 할 일이 생긴다면 대번에 케이블 길이는 부족해지고 사용자는 이 케이블을 어떻게 해야지 HDD까지 혹은 CD-ROM까지 이것이 닿을 수 있을까라는 고민을 수도없이 해야한다.
물론, UATA/33까지는 케이블의 길이제약이 비교적 유연했기 때문에 대충 60cm 정도까지는 사용해도 무방하였다. 하지만 ATA/66 부터는 길이제한을 상당히 까다롭게 지켜야만 했고 그래서 '고가의' 긴 케이블도 출시되었다. 70cm 정도의 길이를 가지는 케이블들이 있다고는 하지만 이러한 길이라고 해도 충분한 것은 아니며, 또한 '높은 가격'이라는 것은 역시 ATA의 취지에서는 벗어나는 것이다.
3. 높은 전압을 사용한다.
패러럴 ATA에서 신호전송에 사용하는 전압폭(swing)은 5V이다. 현재 다른 인터페이스들에 사용되는 전압은 대단히 낮다. 그러나 ATA 인터페이스에 사용되는 전압은 17년전에 개발된 그대로이기 때문에 5V라는 매우 높은 전압을 가진다.
5V의 전압폭이 무슨 문제가 될까? 일단, 회로의 설계가 복잡해진다. 높은 전압을 사용하므로, 사용되는 컴포넌트들도 이러한 높은 전압을 견뎌주는 것들이 필요하다. 또한, 필연적으로 사용전력이 많아진다. 노트북 등 모바일 기기에도 ATA 인터페이스는 그 형태만 바뀌어서 그대로 사용되고 있는데, 이러한 분야에서 5V의 전압을 사용한다는 것은 상당한 전력의 낭비를 초래한다.
4. 케이블을 설치하기 복잡하며, 손상받기 쉽다
패러럴 ATA 케이블 흔히 말하는 플랫 리본 케이블(flat ribon cable)이다. 리본 케이블의 가장 큰 단점은 누가뭐래도 케이블이 넓적해서 다루기도 귀찮고, 케이스 내부가 상당히 복잡해진다는 것이다.
플랫 리본 케이블은 위와 같이 접힐 수 있기는 하다. 하지만 수평으로 90˚를 휘어들어가야 하는 상황이라면? 이때부터 상당히 머리가 아파진다. 특히나 공간이 좁기까지 하면 더욱 괴롭다. 그리고, 넓적한 케이블들이 케이스 내부에 진을 치고 있다보니(최소한 세개의 케이블이 존재한다. FDD, HDD, CD-ROM. 사용자에 따라 SCSI라던가 기타 등등의 다양한 케이블이 있는 경우도 있다. 일례로 필자의 케이스 안에는 여섯종의 플랫 케이블이 존재한다. 매우 괴롭다.)
손상받기도 쉽다. 케이블의 가닥 수가 많아지는만큼, 개개의 선에 대해서 피복을 두껍게 할 수가 없는 것이다. 별도의 쉴드도 되어있지 않고 피복도 얇다보니, 케이스 내부의 어딘가에 걸리기라도 하면 바로 케이블은 손상을 입는다. 케이블이 손상받으면 데이터의 오염은 둘째치고라도 아예 디바이스를 인식하지 못한다거나 디바이스 자체가 손상받는 일이 발생할 수도 있다.
5. 설치가 불편하다
현재의 ATA 타입 HDD는 초보자가 설치하기에는 좀 귀찮은 면이 있다. 다음의 사진을 보자.
;)
웨스턴디지털사의 WD Caviar 하드디스크 드라이브의 점퍼와 레이블
위 사진은 웨스턴디지털사의 WD Caviar 하드디스크에 있는 점퍼의 모습과, 이들 점퍼의 설정에 따른 상태를 설명해주는 레이블이다. 어느정도 컴퓨터를 만진 경험자라면 이것이 무엇인지, 어떻게 하면 되는지를 쉽게 파악하겠지만, 초보자라면 일단 이것이 무엇을 의미하는가부터 한참동안 생각해야한다. 마스터/슬레이브의 의미가 무엇이며, 왜 이런 설정을 해야하고, 설정을 해서 무엇이 달라질것이며.. 등등등. ATA/66 부터는 마스터/슬레이브에 따라 케이블상의 연결 위치의 제한이 까다로워져서 이를 지키지 않을 경우 오동작하거나 속도가 떨어지거나 하는 일이 발생한다.
(물론, SCSI는 더 복잡하다. 그러나 SCSI는 ATA와는 대상으로 하는 시장부터가 틀리기 때문에 비교의 대상이 되지 못한다.)
6. 서버에 적용되기에는 어려움이 있다
ATA 타입 하드디스크 드라이브의 성능은 이제 서버 제품군에도 충분히 사용될 수 있을 정도로 많이 발전했다. 특히나 그간 SCSI에만 적용되어왔던 커맨드 큐잉 등의 고급 명령어셋도 이제는 ATA에서 지원된다. 7,200RPM의 높은 회전속도, 플래터당 40GB/60GB라는 고용량 플래터를 사용함으로 인해서 구현되는 최대 200GB의 대용량, 9ms 정도의 비교적 빠른 검색속도, 고급 명령어의 지원 등 HDD 자체의 성능만으로는 충분하다.
그러나 문제는 역시 인터페이스이다. 일단 핫 플러깅(hot plugging) P&P를 지원하지 않는다. 본격적으로 서버에서 사용되기 위해서는 RAID의 구성이 필수적이며 그중에서도 RAID5 및 55, 5+0 등의 고급 RAID 기능이 필요하다. 이들 RAID 셋은 기본적으로 핫플러깅이 가능한 HDD를 사용한다는 것을 전제로 한다. RAID 5 이상의 고급 RAID 셋에서 RAID 셋 이외의 여분의 HDD를 두는 것은 오류가 발생한 HDD를 정지시키고 바로 새로운 HDD로 데이터를 복구시켜서 시스템의 정지 없이 원래의 기능을 회복하는 것을 목적으로 하기 때문이다. 이 과정에서, 문제의 HDD는 바로 시스템에서 제거되고 그 자리에 새로운 HDD가 들어가는데, 이러한 전체적인 과정이 시스템의 정지 없이 이루어져야 하며, 그래서 핫플러깅은 필수적인 기능이 되는 것이다.
한편, 개인 사용자 입장에서도 핫플러깅은 대단히 매력적인 기능이다.
그러나 현재 ATA 타입 하드디스크 드라이브는 이를 지원하지 않는다. 물론, 특별한 하드랙이나 RAID용 케이스를 사용하면 지원이 되기는 하지면 표준적인 것이 아니다.
시리얼 ATA의 개발목적과 목적에 따른 잇점
앞 페이지에서 패러럴 ATA가 가지는 한계점과 단점들에 대해서 이야기했다. 그러면, 과연 시리얼 ATA가 어떠한 목적을 가지고 만들어지며, 그러한 목적이 사용자에게 어떠한 잇점을 줄 수 있는가를 알아보자.
1. 내장형 데이터 저장장치(inside-the-box storage)를 위한 인터페이스
시리얼 ATA는 기본적으로 외장기기를 타겟으로 하지 않는다. 어디까지나 현행의 ATA를 대체하는 인터페이스로 개발된다. 외장기기로 되기 위해서는 전원공급문제라던가 커넥터의 형태 등이 복잡해지며, 케이블 자체의 쉴딩 역시 보다 강화되어야 한다. 내장형 데이터 저장장치만으로 대상을 한정하는 것은 높은 가격대성능비를 구현하는데에 도움이 된다.
2. 현행의 ATA 규격과 완전한 소프트웨어 호환성을 유지한다.
이것은 시리얼 ATA가 표준으로 자리잡기까지의 이행과정에서 가장 중요한 위치를 차지하는 특성이다. 기존의 ATA 규격과 완전한 소프트웨어 호환성을 가진다는 것은 지금까지의 OS나 드라이버로도 그대로 시리얼 ATA를 적용시킬 수 있다는 것을 의미한다. 또한 별도의 명령어 셋 추가 역시 필요하지 않기 때문에 쉽게 시리얼 ATA-패러럴 ATA간 컨버터를 만들 수 있으며, 이는 패러럴 ATA에서 시리얼 ATA로 넘어가는 과도기에서 사용자들에게 큰 편의성을 제공해준다.
3. 컨트롤러와 각 장치 모두 적은 수의 핀만을 갖는다.
클럭을 높이기 위해서 선택된 방법이며, 시리얼 ATA라는 이름에서 알 수 있듯이, 직렬전송을 하기 때문에 가능해진 것이다. 시리얼 ATA는 2쌍, 즉 4선만을 갖는다.(접지극을 포함하면 7선) 또한 이들 각 쌍은 서로 다른 신호를 담당하여서, 한쪽에서는 컨트롤러에서 디바이스로의 전송만을, 다른쪽에서는 디바이스에서 컨트롤러로의 전송만을 책임진다. 즉, 신호의 전송시간 차이로 인한 왜곡(skew)이 존재하지 않는다. 이것은 매우 큰 장점이다. 앞서도 언급했듯이, 패러럴 인터페이스에서 시리얼 인터페이스로 넘어오면서 가질 수 있는 가장 큰 장점이 바로 최소화된 왜곡으로 인해 높은 클럭을 얻을 수 있다는 것이었다.
시리얼 ATA 케이블의 구조
RDRAM만 보아도 1/8로 줄어든 핀의 수 덕택에 상당한 클럭상승효과를 기대할 수 있었다. 이러한 왜곡이 존재하지 않는 시리얼 ATA는 케이블 자체의 신뢰도만 받쳐준다면 클럭을 얼마든지 상승시킬 수 있다. 이러한 특징 때문에 시리얼 ATA의 케이블을 통해 전송되는 신호에서는 1.5GHz라는 대단히 높은 주파수로 동작한다. 또한 향후에 이러한 특징은 더욱 강화될 수 있다.
4. 낮은 전압을 사용한다.
기존의 패러럴 ATA에서 사용했던 전압폭(swing)이 5V였던데 반해서, 시리얼 ATA는 그 1/10에 불과한 0.5V의 전압폭을 갖는다.
이러한 낮은 전압을 사용함으로써 시리얼 ATA에서는 데이터의 전달과정에서의 전자기 발생 및 간섭이 줄어들었고 회로의 소모전력이 상당히 낮아졌다. 현재의 패러럴 ATA와 시리얼 ATA의 전력소비량을 비교하면 다음과 같다.
- 패러럴 ATA UDMA 모드(66/100/133 MB/s) : 소모 에너지 = 1.85 × 10-9 joule/byte
- 시리얼 ATA DMA 모드(150MB/s) : 소모 에너지 = 8.5 × 10-11 joule/byte
즉, 데이터 전송에 필요한 전력이 1/20 정도로 줄어든다. 하드디스크 드라이브에서 사용하는 전력 중 데이터 전송에 필요한 부분이 얼마 되지 않는다고 해도, 이러한 필요전력의 감소는 특히나 모바일 제품군에서는 큰 도움이 된다.
그러나 전압폭이 낮아지면, 외부의 작은 간섭에도 신호의 왜곡 가능성이 커진다. 그래서 디퍼런셜(differential) 전송을 통해서 낮은 전압폭에 의한 단점을 보완해주고 있다. 디퍼런셜 전송은 2개의 선으로 데이터를 전송할 때 신호선-접지극이 아니라 신호선-역신호선의 방식으로 데이터를 전달함으로써, 외부 노이즈에 대한 면역성을 가질 수 있으며, 실제 신호의 전압폭은 2배로 증가하는 장점을 갖는다. 이에 대해서는 이전의 RDRAM 강좌에서 자세히 언급한 바 있다. 디퍼런셜 전송에 대해서 궁금하신 독자는 아래의 글을 참조해 주시기 바란다.
관련강좌 : 'RDRAM의 구조와 미래, 10GB/를 위하여' 중 'Raser Technology'
낮은 전압을 사용해서 사용전력이 줄어들었고, 사용되는 컴포넌트가 간단해지기 때문에 결과적으로 노트북용 HDD 등의 모바일 제품군에서 배터리 수명을 늘리고 제조단가를 줄일 수 있다.
5. 낮은 가격의 디바이스 아키텍쳐
시리얼 ATA의 각 컴포넌트의 가격은 패러럴 ATA의 컴포넌트보다 오히려 싸다. 이것은 직렬전송에 따라 신호가 단순화되었고, 이에 의해서 신호를 처리하는 회로와 케이블링에 사용되는 각 부품들의 구조 역시 간단해졌기 때문이다.
패러럴 ATA에서는 16bit의 데이터를 한번에 처리하기 위해서 복잡한 회로를 필요로 했으며, 또한 40개의 많은 핀 수로 인해서 연결부가 복잡하고 또한 제조공정이 복잡했다. 하지만 시리얼 ATA에서는 그러한 문제점들이 사라지기 때문에 결국은 제품의 생산단가를 낮출 수 있다.
6. 다양한 기능의 추가로 기존의 ATA에 비해서 높은 성능을 제공
기존에 지원되지 않던 기능들이 지원된다. 가장 특징적인 것으로써 커맨드 큐잉을 들 수 있다. 물론 이것은 현재에도 지원이 되기는 하지만 최근에 지원되기 시작한 것이다. 커맨드 큐잉의 탑재로 인해서 다중 데이터 처리능력이 향상되었다. 커맨드 큐잉의 특징과 장점에 대해서는 이전의 하드디스크 드라이브 벤치마크에서 언급되었으므로 해당 글을 참조하자.
관련글 : '7,200RPM 80GB HDD 4종 완전분석' 중 '커맨드 큐잉 및 어플리케이션 성능'
7. 케이블링 및 커넥터 연결의 용이성
케이블이 간단해졌으며, 커넥터의 연결 역시 대단히 단순해졌다. 케이블은 앞서 보았듯이 4선 케이블로 줄어들어서 그 유연성이 대단히 크게 늘었다. 어느방향으로든 휘어질 수 있으며, 폭이 좁기 때문에 좁은 곳에서도 쉽게 설치할 수 있다. 특히 공간이 좁은 슬림 PC나 베어본 등에서 케이블을 접거나 구겨놓지 않아도 용이하게 설치할 수 있으며, 케이블로 인해서 시스템 내부의 공기흐름이 방해받지도 않는다. 다음의 사진은 그러한 특징을 단적으로 드러내준다.
왼쪽이 패러럴 ATA를 사용한 구성, 오른쪽은 시리얼 ATA를 사용한 구성. 차이는 명백하다.
Copyright (c) by Intel
케이블이 단순해진 만큼 커넥터 역시 단순해졌다. 특히 그 형태에 있어서 케이블 키를 비교적 크게 만들어져서 때문에 케이블을 잘못 연결하지 못하도록 하는 안전장치가 강화되었다.
시리얼 ATA의 커넥터는 대단히 단순한 형태를 가진다.
Copyright (c) by molex
Highpoint사의 RocketRAID 1520 시리얼 ATA RAID 컨트롤러.
HDD 케이블 연결부위의 크기가 대단히 작다.
Copyright (c) by Highpoint
케이블링의 간소화로 인해서 사용자가 케이블을 연결하는 과정에 있어서의 불편이 줄어들었으며, 실수할 수 있는 확률도 줄어들었다.
8. 소프트웨어 의존성이 없음
현재의 ATA 기기들은 별도의 드라이버 없이도 시스템에서 동작할 수 있으며, 모든 OS에서 기본으로 인식한다. 그러나 일부 저장매체들은 특정 드라이버, 특정 운영체제를 필요로 한다. 시리얼 ATA는 패러럴ATA와 마찬가지로 시리얼 ATA 역시 시스템에거 기본적으로 인식하는 인터페이스이며, 그래서 모든 운영체제에서 동작이 가능하며 별도의 소프트웨어를 필요로 하지 않는다.
9. 전력관리기능 탑재
기본적으로 전력관리기능이 탑재된다. 현재의 하드디스크 드라이브들은 전력관리기능이 기본적으로 탑재되어 있지는 않고, 시스템에서 하드디스크의 마지막 억세스에서 일정시간이 지난 후 전원을 차단하는 방법으로 전력관리를 행해왔다. 그러나 이러한 방식에서는 사용자가 하드디스크 드라이브를 사용하고자 하는 순간에 다시 스핀업을 해야하기 때문에 상당히 불편한 점이 있었으며, 물론 사용자가 전력관리에 대한 설정을 해 주어야만 했다.
하지만, 시리얼 ATA에서는 본격적으로 전력관리기능을 지원하기 때문에 보다 편리하게 전력관리기능을 사용할 수 있으며, 이는 모바일용 제품군에서 상당한 이득을 제공한다.
10. 앞으로 10년간 사용될 것을 가정한 로드맵
지금까지 패러럴 ATA는 17년을 이어져 내려왔고, 그래서 그 한계에 도달했다. 이 때문에 시리얼 ATA는 기존의 ATA 방식에 비해서 전송방식 자체를 완전히 변경하게 되었고, 이는 실질적으로 '완전히 새로운' 인터페이스에 해당한다. 이제 시작되는 기술이기 때문에 앞으로 시리얼 ATA 2X 1기 및 2기를 지나서 더욱 더 많이 발전할 수 있는 여지가 남아있다고 할 수 있다. 다음의 그래프는 지금까지 ATA 방식이 발전해 온 과정을 설명하고 있다.
11. 최대 1m의 긴 케이블 길이
패러럴 ATA에서의 큰 단점으로 지적되었던 케이블의 길이 제약이 상당부분 해소된다. 최대 1m 길이의 케이블을 사용할 수 있으며, 직렬/비동기/송수신 분리라는 특성상 최소길이의 제약도 존재하지 않는다. 즉, 사용자는 1m 안에서 자신이 원하는 길이대로 케이블을 사용할 수 있다는 것이다.
1m 라면 어지간히 큰 케이스까지도 쉽게 커버할 수 있는 길이이며, 현존하는 어떠한(비표준 포함) ATA 케이블보다도 긴 길이이기 때문에 시리얼 ATA를 사용하면 지금까지 케이블 길이 때문에 불편을 겪어왔던 사용자들의 불만을 일시에 해소할 수 있게 된다.
12. 높은 데이터 전송률
케이블 자체의 대단히 높은 노이즈 면역성 및 직렬전송의 특성으로 인해서 시리얼 ATA 1X에서는 1.5GHz의 동작클럭을 가진다. 이러한 높은 동작클럭으로 인해서 데이터 전송속도는 150MB/s라는, 현존하는 ATA/133보다도 약 10% 이상 높은 데이터 전송속도를 가지게 된다. 또한, 채널당 2개의 디바이스가 연결되는 패러럴 ATA와는 달리 채널당 1개의 디바이스만이 연결되므로, 모든 디바이스에 대해서 모두 150MB/s의 데이터 전송속도가 보장되는 것이다.
향후 시리얼 ATA 2X는 3GHz의 동작클럭을 가지며 그 이후 이러한 동작클럭은 더욱 향상되어서 300MB/s, 450MB/s, 600MB/s의 규격이 나오게 된다.
13. 프로토콜의 단순화로 지연시간 최소화
시리얼 ATA는 패러럴 ATA에 비해서 프로토콜(데이터전송규약)이 단순화된다. 단순화된 프로토콜은 호스트 컨트롤러나 디바이스의 컨트롤러 내에서의 처리시간을 단축시킨다. 즉, 컨트롤러가 명령어를 입력받은 후 이에 대해서 반응하기까지의 시간이 줄어들기 때문에 보다 신속한 명령의 처리가 가능해지며, 이는 전체적인 데이터 전송효율의 향상으로 이어진다.
14. 비동기 동작
시리얼 ATA 케이블은 2쌍으로 이루어지지만, 이들은 동일한 신호를 전달하는데에 사용되는 것이 아니라, 한쪽은 데이터의 송신에, 다른 한쪽은 데이터의 수신에만 사용된다. 그래서 동기화될 필요가 없다. 이러한 특징은 시리얼 ATA에서 지연시간으로 생기는 신호왜곡(skew) 문제를 사라지게 해 준다.
15. 기기간의 직접 연결이 없이 컨트롤러-디바이스만의 연결만이 존재
시리얼 ATA에서는 기기간 연결이 없이, 모든 기기는 직접 컨트롤러와 1:1로 연결된다. 기존의 다른 인터페이스들이 데이지 체인 방식의 토폴로지를 가졌다면, 시리얼 ATA는 별 모양의 토폴로지(star topology)를 갖는다는 것이다. 다음의 일러스트를 보자.
왼쪽은 기존의 ATA 및 SCSI 등의 인터페이스가 가지는 데이지 체인 방식의 토폴로지를, 오른쪽은 시리얼 ATA가 택하고 있는 스타 토폴로지를 보여준다. 여기서, 데이지 체인 방식은 하나의 노드를 통해서 다수의 디바이스를 연결할 수 있다는 장점을 가지지만, 그에 대한 반대급부로써, 여러가지 단점이 나타난다.
우선, 기기간의 우선순위가 정해져야한다. 그래서 ATA에는 마스터와 슬레이브가, SCSI에서는 ID의 라는 것이 필요했다. 또한 신호의 터미네이션 역시 별도로 필요해지며, 기기의 연결에 따른 신호특성의 변경으로 허용되는 케이블의 길이도 달라질 수 있다.
스타 토폴로지는 이러한 단점들을 해소한다. 우선, 각 기기는 모두 컨트롤러와 1:1로 연결되기 때문에 우선순위의 설정이 필요하지 않다.(우선순위는 컨트롤러 자체의 연결단에서 결정되므로 기기와는 무관하다) 그리고, 연결방법이 한가지밖에 없기 때문에 호스트 컨트롤러와 디바이스 컨트롤러 상에 모두 터미네이터를 기본으로 내장시켜 놓는 것이 가능해진다. 별도의 우선순위 설정도 필요없으므로 사용자의 입장에서는 매우 간단해지는 것이다.
물론, 이러한 장점의 이면에, 노드의 수가 많아진다는 단점이 존재하기는 하지만, 직렬전송이라는 방식을 택하고 있기 때문에 인터페이스 자체의 구조가 대단히 단순해진다는 것으로 이를 보상할 수 있다.
17. 저장매체만을 대상으로 함
이는 기존의 ATA와 마찬가지의 특성이다. 앞서의 ATA 하드디스크의 용량 강좌를 자세히 보신 독자라면 느꼈을 수도 있는 사실이 하나 있다. 바로 ATA에서는 데이터의 최소전송단위를 '섹터'로 잡고 있다는 것이다. LBA 방식에서는 물리적 CHS를 무시하고 전 영역을 논리적인 구간으로 나누었지만, 그 구간 하나하나가 결국은 섹터가 되는 것이다. 즉, ATA에서는 '섹터(sector)'라는 단위를 가진 매체만 다룰 수 있다.
섹터는 기본적으로 CHS의 한 부분이다. 실린더와 헤드, 섹터는 모두 '디스크(disc)'라는 매체 상에서 만들어진다. 그래서 ATA 방식의 장치들은 모두 '디스크'를 가지는 것들밖에 없다. CD-ROM이나 DVD 등의 ODD, 하드디스크 드라이브, 광자기디스크 드라이브 등등 결국은 모두 '디스크'라는 말이 들어간다. (플래시메모리를 사용한 하드디스크(흔히 '솔리드디스크'라고한다)도 있지만, 이것은 플래시메모리의 공간을 내부적으로 섹터 단위로 에물레이션 하기 때문에 외부적인 인터페이스에서는 결국 섹터 단위의 데이터를 다루게 된다)
시리얼 ATA 역시 마찬가지로 섹터를 가진 매체만을 그 대상으로 삼는다. 하드디스크 드라이브, 각종 ODD, 광자기디스크 드라이브 등 현재 '저장매체'로 사용되고 있는 '디스크 기반'의 제품들은 모두 시리얼 ATA 인터페이스를 탑재할 수 있다.
18. 손쉬운 설치와 설정
앞서 누누히 언급된 내용이다. 호스트와 연결될 수 있는 방법이 결국 한가지밖에 없기 때문에 마스터/슬레이브 등의 설정이 필요하지 않으며, 터미네이션도 필요없다.
인터페이스의 형태도 직관적으로 바뀌어 있기 때문에 방향성이 틀린다거나 하는 일도 벌어질 수 없다. 이는 사용자들에게 실수의 가능성을 줄이고, 보다 쉽게 사용할 수 있는 길을 제시하는 것이다.
19. 단일호스트 개념
다수의 호스트가 존재하지 않는다. 즉, 하나의 디바이스와 관련해서는 하나의 호스트 컨트롤러만이 동작하며, 여러개의 호스트간에 서로 데이터를 전송한다던가 하는 일은 일어나지 않는다. 이는 회로를 최대한 단순화시킴으로써 제조단가를 줄일 수 있도록 한다.
시리얼 ATA에 적용된 기술과 물리적 특징
시리얼 ATA에 적용된 기술
시리얼 ATA는 기존의 패러럴 ATA를 대체하는 고속의 직렬연결기술이다. 여기에는 기가비트 테크놀러지를 위한 고속의 디퍼런셜 전송기법, 8b/10b 인코딩 기술이 적용되어 있다.
1. 디퍼런셜 전송기법이 적용된 기가비트 테크놀러지(gigabit technology)
디퍼런셜 전송기법은 앞서 RDRAM에서 언급한 바와 같다. 중요한 부분만 다시 언급하자면 아래와 같다.
디퍼런셜 전송기법을 사용하게 될 경우 신호의 유효 진폭은 2배가 되기 때문에 신호의 전압차(swing)을 일반적인 데이터 전송기법과 동일하게 유지해도 2배의 신호강도를 가지게 된다. 그래서 동등한 신호강도를 위해서는 전압변동을 줄일 수 있어서 신호의 간섭(crosstalk)를 줄일 수 있다.
그리고, 대단히 강력한 노이즈 면역성을 가진다.
관련강좌 : 'RDRAM의 구조와 미래, 10GB/를 위하여' 중 'Raser Technology'
2. 8b/10b Encoding
시리얼 ATA는 8b/10b 인코딩/디코딩 기법을 사용해서 데이터를 전송한다. 이 방법을 사용해서 데이터와 명령어를 구분해서 전송할 수 있으며, CRC 기능 역시 가지게 된다.
모든 데이터는 8bit(1byte)의 단위로 이루어지며, 명령어 역시 마찬가지이다. 이러한 정보가 전송될 때 데이터와 명령어를 구분하기 위해서 뒤쪽에 제어코드 하나가 따라붙는다. 즉, 하나의 정보 단위가 A, B, C, D, E, F, G, H로 이루어진다면 이들 데이터에 제어코드 하나가 붙어서 총 9bit가 만들어진다.
이 때, 제어코드는 이진값에 따라 D(Data Character)와 K(Control Character)로 구분된다. 그리고 이 데이터를 직렬전송을 위해서 인코딩하는데, 그 과정에서 데이터는 10bit로 늘어난다.
이렇게 만들어진 10bit의 데이터는 FIFO를 통해서 전송된다. 이를 정리해 보면 다음과 같다.
결국, 8bit였던 데이터는 전송시에 10bit로 인코딩되어서 전송된다. 여기에는 명령어/데이터를 구분하는 제어코드가 포함되어 있다.
한편, 시리얼 ATA 규격 1.0에서, 데이터의 전송은 1.5GHz의 동작주파수를 가진다. 즉, 초당 1.5Gbit의 데이터를 전송하는 것이다. 그런데, 위에서 언급한 것과 같이 실제 전송되는 10bit가 데이터로는 8bit에 해당하기 때문에 실제 데이터 전송률을 계산하면 다음과 같다.
1.5Gbps × 8/10 = 1.2Gbps = 150MB/s
그래서 150MB/s라는 시리얼 ATA의 전송속도가 나온다는 것이다.
이후, 시리얼 ATA의 2세대와 3세대에서는 동작클럭을 3.0GHz, 6.0GHz로 더욱 향상시켜서 높은 데이터 전송률을 구현하게 된다.
| SATA 1세대 | SATA 2세대 | SATA 3세대 |
동작클럭 | 1.5GHz | 3.0GHz | 6.0GHz |
데이터 전송률 | 1.2Gbps | 2.4Gbps | 4.8Gbps |
물리적 특징 - 커넥터와 케이블
1. 케이블
전송방식이 어떻다 뭐다 하는것보다, 사용자들이 실제로 시리얼 ATA에서 기대하고 있는 것은 케이블링의 간편함이일 것이다. 시리얼 ATA의 데이터 전송 케이블은 기본적으로 4가닥의 데이터선과 접지극 4선(혹은 3선)으로 이루어진다. 케이블의 구조는 다음과 같다.
신호선 A와 신호선 B는 각기 송/수신을 담당하며, 각 신호선의 +/- 극은 쌍을 이루어서 디퍼런셜 기법이 적용된다. 케이블 외부에는 알루미늄을 사용한 접지 쉴드가 씌워지며, 이들 쉴드는 접지극 선에 이어져 있다.
이러한 구조로 인해서 시리얼 ATA에서는 대단히 높은 수준의 노이즈 면역성과 함께 전자기의 간섭에서도 최대한 벗어나게 된다. 물론, 이러한 높은 신뢰도를 위한 쉴딩구조로 인해서 제조원가는 상승한다. 하지만 상승한다고 하더라도, 워낙 케이블의 가닥 수가 적기 때문에 20배의 선을 가지는 ATA66/100 케이블보다 오히려 저렴하다. 다음은 시리얼 ATA의 가이드북에 적혀 있는 케이블의 전기적/물리적 사양이다. 케이블 색상은 붉은색으로 정해져 있는데, 이는 나중에 상황에 따라 각 케이블 제조사들이 다양한 색상을 제조하지 않을까 한다.
구분 | 특징 |
임피던스 | 100 ± 5Ω |
캐패시턴스 | 미터당 42pf |
전달지연시간 | 미터당 4.25ns |
신호선 | 폴리올레핀 피복, 백색 |
쉴드 | 알루미늄을 입힌 폴리에스테르, 파란색 |
외피복 | PVC 재질, 적색 |
4가닥이며, 케이블 자체의 폭이 7.75mm, 두께가 2.2mm밖에 되지 않기때문에 상당히 유연하다. 그러면서도 외피복의 두께가 두꺼운 편이라 약간의 탄성과 함께 지금까지의 ATA 케이블보다 월등히 우수한 내구성을 가지게 된다.
시리얼 ATA의 연결 예
Copyright(c) by Molex
위 사진은 시리얼 ATA와 컨트롤러를 연결한 예이다. ATA에 비해서 얼마나 간단한가?
2. 커넥터
시리얼 ATA의 커넥터는 두 부분으로 이루어진다. 데이터 케이블과 전원케이블이다.
전원케이블과 데이터케이블 모두 기존에 비해서 달라졌다.
우선, 데이터 케이블의 경우 앞서 언급한 것과 마찬가지로 적색의 가느다란 케이블로 이루어졌으며, 끝에 있는 커넥터는 7개의 핀을 가지고 있어서 4개는 각각 신호선을, 그리고 3개의 선은 접지를 담당한다.
전원선의 경우 기존의 구성에 비해서 한가지가 추가되어서 다섯개의 선으로 이루어져있다. 이들 다섯개의 선은 이전과 동일한 12V, 5V 및 각 접지선에 3.3V의 선이 하나 추가된 것이다. 위의 일러스트를 보면 주황색 선이 추가되어 있는 것을 알 수 있다. 3.3V의 적용은 많은 의미를 갖는다.
우선, HDD의 회로기판에서 사용되는 전압이 낮아질 때 이를 직접 공급할 수 있다. 시리얼 ATA에서는 신호전압으로 5V 대신에 0.5V를 사용하므로 5V의 절대적인 필요성이 사라졌고, 보다 적은 전력만을 사용하도록 만들기 위해서 낮은 전압으로 구동되는 칩을 사용할 것이기 때문이다. 또한 이것은 모바일용 기기들에 대해서는 더욱 큰 장점으로 부각될 수 있다. 배터리 수명이 무엇보다 중요한 모바일 기기에서 전력을 절약할 수 있다는 것은 매우 큰 잇점이다.
커넥터들의 크기 역시 대단히 작아졌다. 이전의 ATA 커넥터는 총 40핀을 가지고 있어서 그 크기가 매우 큰 편이었다. 그러나 시리얼 ATA는 위에서 보이다시피 커넥터의 크기가 매우 줄어서 이를 그대로 노트북용 2.5" HDD에 적용시킬 수 있다. 즉, 2.5", 3.5" 하드디스크 모두 인터페이스의 규격이 동일해지기 때문에 이를 연결하기 위해서 젠더 등을 사용할 필요가 없다. 현재의 ATA 인터페이스와 그 크기를 비교해 보면 다음과 같다.
ATA-100에 비해서 일단 크기가 줄어들었다는 것은 확실하다. 전원부까지를 포함해도 기존의 40핀 커넥터보다 작다는 것은 상당한 잇점이다. 특히, 2.5" HDD에도 동일하게 적용될 수 있어서 사용자나 제조자 입장에서 매우 용이하다.
이와 함께, 핫 플러깅(hot plugging)을 지원하기 위한 모듈도 사용할 수 있다. 핫 플러깅을 지원하기 위해서는 '별도의 케이블을 연결할 필요가 없어야' 한다. 이를 위해서 하드디스크 드라이브를 '꽂으면' 연결되는 핫플러깅 패널이 필요하다. 기본적인 구조는 SCSI의 SCA(Single Contact Attachment)의 개념을 따른다.
;)
SCSI의 SCA 인터페이스
Copyright (c) by WesternDigital
SCA는 전원과 신호선, 점퍼설정 등을 하나의 커넥터로 모아서, 점퍼설정 등은 백패널 상에서 직접 할 수 있도록 만들었으며, 별도로 케이블을 연결할 필요가 없이 하드디스크 드라이브를 SCA를 지원하는 베이에 꽂으면 동작한다.
시리얼 ATA에서의 핫플러깅 개념은 이와 거의 비슷하지만, 본래의 인터페이스 형태를 그대로 유지하면서 핫플러깅을 지원한다는 차이점이 있다. 이는 커넥터 자체의 크기도 상당히 줄어들기도 했거니와, 인터페이스 자체의 형태가 설계될때부터 핫플러깅을 고려해서 설계되었기 때문이다.
핫플러깅 패널에 부착되는 커넥터
Copyright (c) by Serialata.org
위와 같은 커넥터가 패널에 부착되어 있어서 하드디스크를 베이에 꽂으면 바로 연결되는 방식이다. 물론, 시리얼 ATA는 앞서도 언급했듯이 스타 토폴로지를 가지고 있어서 SCSI에서의 핫플러깅 패널처럼 간단한 케이블링 등의 잇점을 완전히 따라갈 수는 없다.(SCSI에서의 핫플러깅 패널은 몇개의 HDD가 연결되던지간에 하나의 케이블만 컨트롤러에 이어지면 된다. 패널 내부적으로 데이지체인 방식이 구성되기 때문이다. 그러나 시리얼 ATA는 본래 컨트롤러와 디바이스가 1:1로 연결되므로 다수의 HDD라면 패널에서도 다수의 케이블이 컨트롤러로 연결되어야만 한다.) 시리얼 ATA의 동작방법 1. 시리얼 ATA ↔ 패러럴 ATA 패러럴 ATA에서 시리얼 ATA로 넘어가는 과정에서, 이것이 일반 사용자를 대상으로 광범위하게 사용되고 있는 인터페이스라는 것을 고려한다면 완벽한 호환성을 바탕으로 점진적인 이행을 하는 것이 가장 이상적이다. 그러한 것이 어떻게 가능해지는가라는 것을 알기 위해서는 동작구조를 살펴볼 필요가 있다. 우선, 패러럴 ATA의 토폴로지부터 살펴보자. 어플리케이션은 운영체제(Operation System) 하에서 구동되며, 장치 드라이버 역시 마찬가지로 운영체제에 기반해서 구동된다. 어플리케이션에서 데이터의 요청이 들어갈 경우, 운영체제는 이를 드라이버로 전달하고, 드라이버는 ATA 어댑터를 호출해서 필요로 하는 데이터를 전달한다. 시리얼 ATA 역시 이러한 기본적인 구조는 그대로 유지된다. 시리얼 ATA 어댑터의 구성에서, 드라이버가 시리얼 ATA 어댑터에 접근하는 부분은 기존의 ATA와 완전히 동일하다. 따라서, 기존의 드라이버를 그대로 구동할 수 있으며, 운영체제 역시 별도의 변경사항 없이 시리얼 ATA를 지원할 수 있는 것이다. 대신, 시리얼 ATA 컨트롤러 내에는 내부적으로 데이터를 시리얼 전송방식으로 변경해 주는 에뮬레이터가 포함되어 있다. 이 에뮬레이터는 시리얼 ATA 방식의 데이터를 기존의 패러럴 ATA 방식으로 '에뮬레이션'한다. 이 때 에뮬레이션되는 것에는 명령어와 제어 블럭 레지스터, PIO/DMA 데이터 전송, 리셋 신호, 인터럽트 등의 모든 데이터 관련 신호가 포함된다. 그렇다면, 마스터/슬레이브는 어떻게 결정되는 것일까? 기존의 패러럴 ATA에서는 데이지체인 방식으로 마스터/슬레이브가 구분되어 연결되었다. 그러나 시리얼 ATA에서는 이러한 구분이 사라져서 사실상 '모든 디바이스가 마스터(Master)'인 상태로 연결되어 있다. 이 역시 시리얼 ATA 컨틀롤러 내에서 '마스터/슬레이브'로 에물레이션된다. 즉, 시리얼 ATA는 외형적으로는 완전히 새롭게 변경되었으며, 데이터의 전송방식 역시 개념부터 틀려졌지만, 시리얼 ATA의 컨트롤러에 억세스하는 과정까지는 기존의 ATA와 변함없이 유지된다. 이것은 운영체제를 위시한, 소프트웨어의 변경이 필요하지 않다는 것이며, 인터페이스의 변경으로 인한 개발자 및 소비자의 부담을 최소화해 줄 수 있는 부분이다. 이러한 에뮬레이터가 적용되면, 시리얼 ATA-패러럴 ATA 사이의 컨버터의 제작도 가능해진다. 구조는 비교적 간단한 편이어서 작은 크기의 동글(Dongle)의 형태를 갖게 된다. 그래서, 어차피 소프트웨어적으로는 변경이 없는데다가, 컨버터를 사용해서 상호전환이 가능하기 때문에 시리얼 ATA와 패러럴 ATA는 혼재하는 것이 가능하다. 다음의 일러스트는 시리얼 ATA와 패러럴 ATA를 사용하여 어떠한 구성을 할 수 있는가를 보여준다. 2. 시리얼 ATA의 데이터 전송방법 지금까지 시리얼 ATA의 개발목적과 사용 기술, 물리적 특징, 패러럴 ATA와의 혼재방법 등에 대해서 살펴보았다. 이번에는 시리얼 ATA 케이블에서 데이터가 어떻게 전달되나를 알아볼 것이다. 앞서 이야기했듯이, 시리얼 ATA의 데이터 케이블은 디퍼런셜 기법의 데이터 전송이 이루어지는 한쌍의 케이블이 2조로 구성되어서 2개의 데이터 '통로'를 형성한다. 이 두개의 통로는 항상 한 방향으로만 데이터가 흐르며, 하나는 호스트 컨트롤러에서 디바이스로, 다른 하나는 디바이스에서 호스트 컨트롤러로 데이터를 전송한다. 전송할 데이터가 없을 때, 호스트와 디바이스는 모두 SYNC 신호만을 서로 주고받는 한가로운 상태를 유지한다. 전송될 데이터가 호스트 측의 FIFO에 입력되면 호스트는 전송할 준비가 되었다는 X_RDY(transfer ready) 신호를 내보낸다. X_RDY 신호를 받은 디바이스는 데이터를 받아들일 준비가 되었다는 신호를 내보낸다. 여기까지가 바로 핸드셰이킹(handshaking)이라고 불리는 과정이다. 핸드셰이킹 과정에서 호스트와 디바이스는 모두 데이터를 전송하고 받을 준비를 완료하게 된다. 핸드셰이킹 과정이 끝났으면 호스트는 데이터를 전송하기 시작한다. 데이터를 전송할 때는 가장 앞부분에 SOF(Start of File)를 붙여서 파일 전송이 시작되었음을 알린다. 데이터를 수신하기 시작한 디바이스는 데이터가 잘 전송되고 있다는 의미인 R_IP 신호를 반대편 신호선을 통해서 전송한다. 데이터의 전송이 끝나면 호스트는 데이터의 오류가 생겼을 경우 이를 정정하기 위한 CRC 코드와 파일전송의 끝을 알리는 EOF(End of File) 신호를 내보낸 후 데이터의 전송이 끝났다는 W_TRM(Write Termination) 신호를 보낸다. CRC 데이터를 받아들인 디바이스는 이 부분을 사용해서 CRC 체크를 수행한다. 만약 여기서 오류가 생긴다면 데이터는 정정되거나, 정정이 불가능할 경우 재전송된다. CRC 체크가 무사히 완료되면 디바이스는 데이터 수신이 무사히 끝났다는 R_OK(Receiving OK) 신호를 호스트 쪽으로 전송한다. R_OK 신호를 받은 호스트는 다시 대기 모드로 돌아가서 SYNC 신호를 전송하기 시작한다. 호스트 측에서 SYNC 신호를 받은 디바이스 역시 대기 모드로 돌아가서 SYNC 신호를 전송하기 시작하고, 양쪽 모두 새로운 데이터 전송 명령을 기다리게 된다. 이상의 데이터전송 과정이 기존의 패러럴 ATA와 가장 크게 다른 부분은 '데이터의 전송이 한 방향으로만 일어난다'는 것이다. 또한 하나의 호스트에는 하나의 디바이스만이 연결되어 있기 때문에 데이터의 전송이 다른 기기에 의해서 영향받는 일 또한 없다. 이러한 전송방식을 통해서 시리얼 ATA는 매우 높은 성능을 가진다.
;)
기판 형태의 컨버터. 중앙에 마벨 사의 SATA 브릿지 칩이 달려있다
Copyright(c) by Impress Watch
동글 형태의 컨버터. 하이포인트사의 RAID 컨트롤러에 번들된다.
Copyright (c) by Highpoint 
사용영역을 확장하는 미래의 시리얼 ATA
시리얼 ATA는 현재 1세대인 규격 1.0이 완료되어 있고, 앞으로 2004년과 2007년에는 엔트리 레벨의 서버까지도 지향하는 2세대, 3세대의 시리얼 ATA가 등장하게 된다. 주로 서버용으로 사용되고 있는 SCSI의 경우 현재 Ultra320이 적용되고 있으며, 곧 Ultra640이 나올 예정이다. 서버용 인터페이스인만큼, 데스크탑용인 시리얼 ATA보다는 한발 앞서나간다고 보아야 한다.
;)
SCSI는 아무래도 서버용 인터페이스인만큼, ATA보다는 한발 앞서나가고 있다. 이것은 RAID 등에서 높은 대역폭을 필요로 하기 때문이다. ATA에서는 HDD 15개의 RAID라던가 하는 초대형 클러스터를 만드는 일 등은 없지만, 서버 등에서는 다수의 고속 제품을 묶어서 사용하는 경우가 많아서 높은 대역폭을 필요로 한다.
시리얼 ATA는 앞으로 수년내에 시리얼 ATA-2가, 그리고 그 후에는 시리얼 ATA-3이 출시되어서 진화를 거듭한다. 이들을 간단히 정리해 보면 다음과 같다.
| 1세대 | 2세대 | 3세대 |
데이터 전송률 | 150MB/s | 300MB/s | 600MB/s |
동작주파수 | 1.5GHz | 3.0GHz | 6.0GHz |
등장시기 | 2001년 중반 | 2004년 중반(예상) | 2007년 중반(예상) |
케이블 및 커넥터 가격 | $ 1.00 | $ 1.50 | - |
커넥터 | 모델 A | 1세대와 같음 | 변경될 가능성이 높음 |
케이블 | 표준 | 변경될 가능성이 높음 | 변경될 가능성이 높음 |
신호 호환성 | - | 1세대와 호환 | 2세대와 호환 |
여기서, 3세대 시리얼 ATA의 경우 아직은 너무 먼 일이라 구체적인 내용은 아직 드러나 있지 않다. 하지만 2세대 시리얼 ATA는 어느정도 그 내용이 공개되어 있는데, 그 중에서 관심을 가져볼만한 부분이 바로 서버 및 네트웍 스토리지로의 영역 확장이다.
현재의 시리얼 ATA 1.0 규격은 데스크탑 시스템 내부에서, 기존의 패러럴 ATA를 대체하는 정도에 그친다. 하지만 시리얼 ATA II 규격에서는 보다 높은 데이터 전송속도와 핫플러깅 기능 등을 바탕으로 서버 및 네트웍 스토리지 기기에 사용될 수 있는 방법들이 규정되어 있다.
| 특징 |
1세대 |
|
2세대 |
|
2세대 |
|
다음의 일러스트는 이러한 확장에 의해서 구현될 수 있는 네트웍 스토리지 구성을 보여준다.
;)
;)
;)
;)
;)
;)
;)
;)
;)
'향상된'이 아닌, '새로운' 인터페이스
ATA에서 UATA로 변화한 것이 '혁신'이고, UATA-66에서 UATA-100의 변화가 '향상'이라면, ATA에서 시리얼 ATA로의 변화는 '진화'라고 할 수 있다.
ATA 1부터 시작해서 ATA-6, 7에 이르기까지 혁신되고, 향상되어 온 ATA 인터페이스는 이제 그 수명을 다하고 '새로운' 시리얼 ATA에게 그 자리를 넘기려 한다. 이제 대세가 되어가고 있는 직렬전송기술이 적용되었고, 사용자들이 간절히 원하던 여러가지 잇점들이 적용되어 있는 시리얼 ATA는 분명, 소비자 층에 깊숙히 파고들 수 있는 모든 잇점들인 적절한 가격, 높은 성능과 데이터 신뢰도, 뛰어난 호환성, 탁월한 편의성 등을 두루 갖추고 있다.
지금까지 기존의 ATA가 가지는 한계점과 단점들, 시리얼 ATA의 개발배경과 잇점, 사용기술, 물리적인 특징들, 토폴로지, 전송방법, 앞으로의 시리얼 ATA의 변화방향 등을 짚어보았다. 분명, 시리얼 ATA가 미래에 요구되는 모든 것들을 거의 다 갖추고 있는 것은 사실이다. 아직 시장에 등장하지는 않았지만, 대개의 '향상'과는 달리 외형적 특징에서부터 기존의 인터페이스의 단점을 타파하고 신선한 모습을 보여주었다는 것은 대단한 매력이 아닐 수 없다.
지난 17년을 접고 새로운 디케이드(decade)를 바라보는 인터페이스이기에 미래는 희망과 기대에 차 있는 지금, 각 제조사들이 언제, 어떠한 형태로 제품을 내 놓고 소비자들이 언제부터 이를 사용할 것인가만이 남아있다. 이제는 시간이 약이다. 기대되지 않으시는가?
