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직렬 ATA

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목차

1. 개요

직렬 ATA(SATA)는 2000년에 발표된 컴퓨터 저장 장치 인터페이스로, PATA를 대체하여 케이블 크기 감소, 핫 스와핑, 빠른 데이터 전송 속도 등의 이점을 제공한다. SATA는 1.5 Gbit/s(SATA I)부터 6.0 Gbit/s(SATA III)까지 여러 규격으로 발전했으며, SATA Express와 같은 새로운 인터페이스도 등장했다. SATA는 7핀 데이터 케이블과 15핀 전원 커넥터를 사용하며, eSATA, mSATA와 같은 파생 규격도 존재한다. PATA, SCSI, SAS, USB, FireWire, Thunderbolt 등 다른 인터페이스와 비교하여 기술적 특징과 장단점을 갖는다.

2. 역사

SATA는 2000년에 발표되어[3][4] 이전의 PATA 인터페이스보다 케이블 크기와 비용 감소(40개 또는 80개 대신 7개의 도체), 기본 핫 스와핑, 더 빠른 신호 속도를 통한 더 빠른 데이터 전송, (선택 사항) I/O 대기열 프로토콜을 통한 보다 효율적인 전송과 같은 몇 가지 이점을 제공했다.

2000년 SATA가 도입되기 전에는 PATA가 단순히 ATA로 알려졌으며, "AT 첨부" (ATA)라는 이름은 1984년 IBM PC AT가 출시된 후 생겨났다.[5] SATA는 레거시 ATA 소프트웨어 및 응용 프로그램과의 이전 버전과의 호환성을 보장하기 위해 레거시 ATA 장치와 동일한 기본 ATA 및 ATA 패킷 인터페이스(ATAPI) 명령 집합을 사용한다.

세계 최초의 SATA 하드 디스크 드라이브는 2003년 1월에 출시된 Seagate Barracuda SATA V이다.[7]

반이중 1.5Gb/s·3Gb/s·6Gb/s의 전송 속도를 가진 3가지 규격이 있으며, 모두 호환성을 가진다. 서로 다른 규격을 연결한 경우, 낮은 성능에 맞춰 작동한다. 단, 내장 기기용, 외부 기기용, 소형 기기용으로 커넥터가 다르며, 이들은 물리적으로 연결할 수 없다.

상기 규격은 일반적으로 각각 "시리얼 ATA 1·2·3"(Serial ATA I/II/III)라고도 불리지만, 이는 공식적인 규격 명칭은 아니다. 규격 번호와 성능이 반드시 일치하지 않는 점[100] 때문에, 통칭보다는 "SATA 6Gb/s"와 같은 표기가 요구되고 있다[101]. 규격 사양 자체를 특정하고 싶을 때는 "Serial ATA Revision 3.0"과 같이 표기한다.

2008년 데스크톱 PC 시장에서 SATA의 시장 점유율은 99%였다.[8] PATA는 거의 모든 용도로 SATA로 대체되었으며, 레거시 PATA 표준을 중심으로 설계된 컴팩트플래시(CF) 스토리지를 사용하는 산업 및 임베디드 응용 프로그램에서 PATA의 사용이 감소하고 있다. 컴팩트 플래시를 대체할 2008년 표준인 CFast는 SATA를 기반으로 한다.[9][10]

2. 1. 초기 역사 (PATA에서 SATA로)

SATA는 2000년에 발표되어[3][4] 이전의 PATA 인터페이스보다 케이블 크기와 비용 감소(40개 또는 80개 대신 7개의 도체), 기본 핫 스와핑, 더 빠른 신호 속도를 통한 더 빠른 데이터 전송, (선택 사항) I/O 대기열 프로토콜을 통한 보다 효율적인 전송과 같은 몇 가지 이점을 제공했다. 사양의 개정판 1.0은 2003년 1월에 출시되었다.[1]

구형 규격인 ATA (병렬 ATA)는 데이터를 여러 신호선으로 분할하여 전송하기 때문에, 클럭 스큐(전송 경로 간에 발생하는 신호의 어긋남)가 발생한다. 분할된 데이터를 재결합하려면 모든 경로에서 데이터의 도착을 기다려야 한다. 이 대기 시간이 전송 속도 향상의 제한이 되었다. SATA는 이를 해결하기 위해 신호를 분할하지 않고 하나의 경로로 전송하는 규격으로 탄생했다.

시리얼 ATA 워킹 그룹은 2000년 2월에 발족했다. 2000년 11월에 Serial ATA Revision 1.0이 발표되었다. 2007년경(3세대, 후의 Serial ATA Revision 3.0)까지의 대략적인 개발 예정도 제시되었다. 처음에는 Ultra SATA/1500이라는 이름으로 규격이 발표되었다.

시리얼 ATA 2 워킹 그룹(Serial ATA II Working Group)은 2002년 2월에 발족했다. "Serial ATA II"라는 잘못된 통칭은 이 조직명에서 유래한다. 원래는 조직명이며 규격을 가리키는 단어는 아니었다. 후에 Serial ATA International Organization (SATA-IO)로 개명했다.

또한, 당초 시리얼 ATA 2는 NCQ라는 특정 기능이나 전송 속도 3 Gb/s를 나타낸다는 오해가 있었다. 실제로는 기능과 속도가 별도의 규격이며, 특정 부분만을 채용한 제품도 가능하다. 2005년, 이러한 오해를 피하기 위해 이들을 단일 규격으로 통합한 Serial ATA Revision 2.5가 발표되었다.

2. 2. SATA 규격 발전

SATA 1.5 Gbit/s는 1세대 SATA 인터페이스로, 'SATA I' 또는 'SATA/150'이라고도 불린다. 초당 약 1.5 기가비트의 속도로 통신하며, 8B10B 코딩 오버헤드를 고려하면 실제 전송 속도는 초당 1.2 기가비트(초당 150 메가바이트)이다. 이는 PATA/133과 이론적인 버스트 스루풋(burst throughput)이 비슷하지만, 최근의 SATA 장치들은 NCQ와 같은 기능을 통해 다중 작업 환경에서 더 나은 성능을 제공한다.

SATA/150 도입 초기에는 PATA의 구동 모델을 가상으로 구현하여 한 번에 하나의 요청만 처리할 수 있었다. 그러나 SCSI 디스크처럼 여러 요청을 큐에 저장하고 응답 시간을 최적화하는 NCQ 기능이 SATA에 도입되었다. NCQ는 SATA 1.5 Gbit/s와 SATA 3.0 Gbit/s에서 부가 기능으로 사용 가능하다.[3]

1세대 SATA 장치들은 이전의 PATA/133 장치보다 조금 더 빨랐을 뿐이었다. 이에 따라 데이터 스루풋을 300 MB/s로 늘린 3 Gbit/s 신호 속도의 물리 계층이 도입되었다. 현재 가장 빠른 하드 디스크도 SATA/150 링크를 간신히 채우지만, 앞으로는 SATA/300 링크를 채울 수 있는 디스크 드라이브 스루풋이 필요할 것으로 예상된다. 1.5 Gbit/s용 SATA 데이터 케이블이 현재 3.0 Gbit/s 드라이브에 연결되어 속도 저하 없이 사용되는 이유도 이 때문이다.

SATA/300과 SATA/150 간의 하위 호환성을 위해 SATA/300에는 자동 협상 절차(autonegotiation sequence)가 설계되었다. SATA/300은 SATA/150 장치와 연결될 때 자동으로 1.5 Gbit/s 속도로 작동한다. 다만, 일부 구형 SATA 컨트롤러는 자동 속도 협상을 제대로 처리하지 못하므로, 사용자가 직접 점퍼를 변경해야 했다.

SATA 3.0 Gbit/s 규격은 '시리얼 ATA II' 또는 'SATA II'라고도 불렸지만, 직렬 ATA 국제 기구(SATA-IO)는 이러한 명칭을 권장하지 않았다. 공식 사이트에서는 SATA II가 당시 조직 이름이었을 뿐이며, SATA 3.0 Gbit/s 규격이 올바른 명칭이라고 명시하고 있다. 대부분의 SATA 드라이브 및 컨트롤러 제조업체는 'SATA II' 용어를 피하고 있다. SATA 3.0 Gbit/s는 'SATA 3.0' 또는 'SATA/300'이라고도 불리며, 이는 ATA/100, ATA/133, SATA/150과 같은 관례를 따른 것이다.

SATA 로드맵에는 SATA 6.0 Gbit/s 규격이 포함되어 있다. 현재 PC에서 SATA 3.0 Gbit/s는 이미 하드 디스크의 최고 전송 속도를 넘어섰기 때문에, 6.0 Gbit/s 규격은 여러 드라이브를 연결하는 포트 멀티플라이어에 유용할 것으로 보인다. 솔리드 스테이트 디스크(SSD)와 같은 램 드라이브도 이러한 전송 속도 개선의 이점을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

2008년 8월 18일 SATA-IO가 발표하고, 2009년 5월 27일에 제정 완료된 Serial ATA Revision 3.0[104][105]은 다음과 같은 특징을 가진다.

  • 물리 전송 속도: 반이중 6 Gb/s (750 MB/s)
  • 실효 전송 속도: 반이중 4.8 Gb/s (600 MB/s)
  • 인터페이스 명칭: Third generation
  • 전력 관리 능력 향상
  • 아이소크로너스 전송(대역 보장)에 의한 NCQ (Native Command Queuing영어) 스트리밍 명령어 추가(오디오나 동영상등의 광대역 데이터 전송용)
  • NCQ 명령어의 호스트 컨트롤러 처리 및 관리 강화에 따른 성능 최적화
  • 1.8인치 드라이브용 소형 LIF (Low Insertion Force) 커넥터 지원
  • 노트북 PC용 7mm 슬림 광학 드라이브용 커넥터 지원
  • INCITS ATA8-ACS 규격 적합(HDD와 SSD 식별 가능)
  • 저비용·저전력 방향성 지속

2. 3. 새로운 인터페이스의 등장

2011년 8월 10일 SATA-IO는 새로운 인터페이스를 발표했다. 이 인터페이스는 내부적으로 PCIe를 사용하고, 소프트웨어적으로는 SATA를 사용하여 비용을 절감하고 기존 애플리케이션과의 호환성을 유지하면서 최대 전송 속도 8Gbps (1GB/s, X1 연결) 및 16Gbps (2GB/s, X2 연결)를 실현했다.[106] 새로운 장치 측 및 마더보드 측 커넥터 규격을 제정하여 고속 SATA Express 제품과 기존 SATA 제품 모두를 지원할 수 있도록 했으며, 2개의 SATA 케이블과 특수 단자를 사용한다.

SATA Express (최대 2GB/s[106])와 M.2를 지원한다.

2019년 현재, SATA Express를 탑재한 마더보드는 거의 없고, M.2로 전환되고 있다.[112]

3. 기술적 특징

직렬 ATA는 낮은 전압 차분 신호(LVDS) 방식을 사용하여 데이터를 전송하며, 이는 병렬 ATA보다 빠른 속도를 제공한다. 데이터는 8b/10b 인코딩을 거쳐 전송되는데, 이 방식은 이더넷, 파이버 채널, PCI 익스프레스 등에서도 사용된다. 8b/10b 인코딩은 비트와 문자열 경계를 구분하는 정보를 포함하여 클럭 신호가 따로 필요 없다는 장점이 있다. 직렬 방식은 향후 성능 개선된 하드 디스크의 속도를 뒷받침할 수 있으며, 고속 병렬 인터페이스에 비해 가격을 낮출 수 있다.

SATA 물리 계층 위에는 링크 계층과 트랜스포트 계층이 존재한다. 이들은 설정 및 데이터 작업을 순차적인 패킷으로 변환하여 전송한다. 응용 계층에서는 ATA의 동작 모델을 그대로 사용하며, 모든 SATA 호스트 구현은 작업 레지스터 파일(읽기/쓰기 PIO 및 DMA 요청)을 반드시 구현해야 한다. 제조사별 옵션 기능(예: 시뮬레이티드 RAID)은 특별한 장치 드라이버를 필요로 한다.

SATA와 PATA의 주요 차이점은 호스트와 드라이브 간 1:1 연결이다. 각 SATA 장치는 SATA 호스트 포트와 1:1로 연결되어 다른 장치와 케이블이나 대역을 공유하지 않으며, 별도의 점퍼 설정이 필요 없다. 저장 장치는 노트북과 데스크톱 간 단자가 같고, ODD는 단자 크기 차이는 있지만 호환 가능하다.

많은 제조사들이 직렬 ATA를 직렬 부착 SCSI(SAS)와 결합하여 구현했는데, 이 프로토콜들은 커넥터를 공유한다. 따라서 사용자는 SATA 저장 장치에서 고성능 SAS로 업그레이드할 수 있다.

SATA의 주요 기술적 특징은 다음과 같다:


  • 신호 경로의 직렬화
  • 핫 스와핑 지원 (자세한 내용은 핫 플러깅 섹션 참조)
  • UDMA6의 133.3MB/s에서 150MB/s로 통신 속도 향상
  • 케이블 길이 최대 45.7cm에서 1m로 연장 (외장형 규격 eSATA에서는 2m)
  • LVDS 기술 채용으로 신호 전송 전압 감소(5V → 0.5V): 소비 전력 및 신호 간섭 감소, 케이블 길이 연장
  • 80심 40핀 플랫 케이블 → 7핀 케이블: 배선 및 컴퓨터 내부 공기 흐름 개선
  • 커넥터 변경으로 병렬 ATA와 호환 불가[103] (변환 어댑터 사용 시 ATAPI 장치 등에서 문제 발생 가능)
  • 마스터/슬레이브 연결 폐지, 케이블 당 하나의 장치 연결
  • USB와 유사하게 호스트 컨트롤러의 레지스터 인터페이스는 규격 외 (AHCI는 SATA와 독립)
  • 링크 레이어는 병렬 ATA와 동등, 인텔 ICH 등에서 병렬 ATA 레지스터 인터페이스 에뮬레이트
  • 장치 제조사 불문 공통 백플레인 직접 탈착 가능하도록 전원 및 신호 커넥터 규격화
  • NCQ 지원 (자세한 내용은 NCQ 섹션 참조)
  • AHCI 지원 (자세한 내용은 AHCI 섹션 참조)


물리 계층에서 8b/10b 인코딩을 사용하므로 데이터 링크 대역폭은 물리적 속도의 80%이다. (예: SATA 3Gb/s의 실효 전송 속도는 2.4Gb/s, 300MB/s)

3. 1. 핫 플러깅 (Hot Plugging)

SATA 6 Gbit/s 호스트 컨트롤러, 마벨 칩셋이 탑재된 PCI Express ×1 카드


직렬 ATA(SATA) 규격은 SATA 장치가 핫 플러깅을 지원하도록 요구한다. 즉, 규격을 충족하는 장치는 전원이 켜진 상태에서 백플레인 커넥터(신호 및 전원 결합)에 장치를 삽입하거나 제거할 수 있다. 삽입 후 장치는 초기화된 다음 정상적으로 작동하며, 운영 체제에 따라 호스트도 초기화될 수 있다. 이를 핫 스왑이라고 한다. 전원이 제거될 때 기록되지 않은 데이터는 손실될 수 있지만, 전원이 켜진 호스트와 장치는 안전한 삽입 및 제거를 위해 유휴 상태일 필요는 없다.

PATA와 달리 SATA와 eSATA는 모두 설계상 핫 플러깅을 지원한다. 그러나 이 기능은 호스트, 장치(드라이브), 운영 체제 수준에서 적절한 지원이 필요하다. 일반적으로 SATA 장치는 장치 측의 핫 플러깅 요구 사항을 충족하며, 대부분의 SATA 호스트 어댑터가 이 기능을 지원한다.[11]

eSATA의 경우 핫 플러깅은 AHCI 모드에서만 지원되며, IDE 모드는 지원하지 않는다.[12]

3. 2. NCQ (Native Command Queuing)

'''NCQ'''(Native Command Queuing, 네이티브 커맨드 큐잉)는 Serial ATA Revision 1.0a를 기반으로 확장된 기술이다. 2004년경까지 정리된 기술적인 확장을 가리키며, 멀티 포트 등의 개념을 포함한다.[1]

항목내용
물리 전송 속도반이중 3 Gbit/s
실효 전송 속도반이중 2.4 Gbit/s (300MB/s)
인터페이스 명칭Second generation


3. 3. AHCI (Advanced Host Controller Interface)



어드밴스드 호스트 컨트롤러 인터페이스(AHCI)는 인텔에서 공개하고 사용하며 사실상 표준이 된 개방형 호스트 컨트롤러 인터페이스이다. AHCI를 통해 핫 플러그 및 네이티브 명령 대기열(NCQ)과 같은 SATA의 고급 기능을 사용할 수 있다. AHCI가 마더보드 및 칩셋에 의해 활성화되지 않은 경우, SATA 컨트롤러는 일반적으로 "IDE 에뮬레이션" 모드로 작동하며, 이는 ATA(IDE라고도 함) 표준에서 지원하지 않는 장치 기능에 대한 접근을 허용하지 않는다.

SATA로 라벨링된 윈도우 장치 드라이버는 AHCI 모드, RAID 모드, 또는 AHCI가 널리 사용되기 전 SATA의 고급 기능에 접근할 수 있도록 하는 독점 드라이버 및 명령 세트 모드라고 명시하지 않는 한, 종종 IDE 에뮬레이션 모드로 실행된다. 최신 버전의 마이크로소프트 윈도우, Mac OS X, FreeBSD, 버전 2.6.19 이후의 리눅스,[13] 솔라리스 및 오픈솔라리스는 AHCI를 지원하지만, 윈도우 XP와 같은 이전 운영 체제는 그렇지 않다. 이러한 경우에도 인텔과 같이 특정 칩셋에 대해 독점 드라이버가 생성되었을 수 있다.[14]

AHCI는 Serial ATA Revision 2.0과 밀접한 관련이 있지만, 호스트 컨트롤러의 독립적인 규격이며 시리얼 ATA 규격에는 포함되지 않는다. 시리얼 ATA 지원 호스트 컨트롤러는 동작 모드에 "AHCI" 또는 IDE 에뮬레이션 모드("IDE" 또는 "PATA" 등으로 표기)를 가진다. 이러한 동작 모드에서는 운영 체제나 장치 드라이버를 올바르게 설정해야 한다.

4. 케이블 및 커넥터

SATA는 병렬 ATA(PATA)와 비교했을 때, 전원 케이블과 데이터 케이블에서 가장 큰 차이를 보인다. PATA와 달리, 2.5인치(노트북용)와 3.5인치(데스크톱용) 저장 장치 모두 동일한 형태의 SATA 커넥터를 사용한다.[108] 따라서 SATA를 사용하면 노트북용 하드 디스크를 데스크톱에 연결할 때 별도의 어댑터가 필요 없다.

SATA는 PATA 장치와 다른 전원 커넥터를 사용한다. SATA 데이터 커넥터와 유사한 웨이퍼형 커넥터이지만, 혼동을 방지하기 위해 더 넓게(15핀 대 7핀) 설계되었다.[50]

마더보드 등에 있는 SATA 포트는 실수로 빠지는 것을 막기 위해 잠금 장치나 클립이 있는 데이터 케이블을 사용하기도 한다. 일부 케이블은 연결 편의성을 위해 L자형 커넥터를 사용한다.

4. 1. 데이터 케이블

SATA 표준에서는 데이터 케이블을 7가닥으로 정의한다. (3개는 그라운드이고 4개는 2쌍의 액티브 데이터 선이다.) 양 끝에는 8 밀리미터 너비의 웨이퍼 커넥터가 달린다. SATA 케이블은 약 1 미터 길이까지 허용된다. PATA 리본 케이블은 대개 40개 혹은 80개의 도선 가닥을 가지고 있고, 46 센티미터 길이까지 허용한다. SATA 커넥터는 밀폐된 공간에 잘 들어맞고, 공기 냉각에 장애물이 되지 않아 깔끔하다. 하지만 SATA 커넥터는 때때로 의도하지 않게 빠지거나 하드디스크 커넥터 지지대가 부러질 수도 있다.

7 핀 SATA 데이터 케이블


핀 #기능
1그라운드
2A+
3A-
4그라운드
5B-
6B+
7그라운드



SATA 규격은 7개의 도선(3개의 GND와 4개의 2쌍 데이터선)과 양쪽에 8mm 폭의 커넥터를 가진 데이터 케이블을 정의하고 있다.[110] SATA 케이블의 길이는 최대 1m이며, 하나의 마더보드 소켓을 하나의 저장 장치에 연결할 수 있다. PATA 리본 케이블은 하나의 마더보드 소켓을 1개 또는 2개의 하드 드라이브에 연결하며, 40개 또는 80개의 도선으로 45.7cm로 제한된다. 이 때문에 SATA 케이블은 PATA 케이블에 비해 설치가 용이하고, 공랭의 장애가 되기 어렵다. PATA에 비해 우발적으로 빠지기 쉬워지지만, 이에 대해서는 잠금 기능을 가진 케이블을 사용함으로써 회피할 수 있다.

3.5인치 HDD의 SATA 포트. 왼쪽이 데이터용, 오른쪽이 전원. 긴 핀은 GND 또는 Pre-charge이며, 먼저 접촉하도록 되어 있다.


완전히 실드된 SATA3.0 케이블의 단면도

4. 2. 전원 커넥터

SATA 표준에서는 데이터 케이블 외에도 새로운 전원 커넥터를 규정하고 있다. 데이터 케이블과 마찬가지로 웨이퍼를 기반으로 하며, 15핀으로 구성되어 서로 헷갈리지 않도록 하였다. 일부 SATA 장치에는 4핀 커넥터를 연결할 수도 있지만, 네이티브 SATA 장치에는 PATA에 쓰이던 예전의 4핀 커넥터보다는 SATA 파워 커넥터를 쓰는 것이 좋다. SATA 파워 커넥터는 강도 면에서 문제를 보이기도 한다.(수직이 아닌 방향으로 억지로 빼면, 상단의 플라스틱 덮개가 부러질 수도 있다.)[50]

15-핀 SATA 전원 커넥터.


많은 핀들은 세 개의 각각 다른 3.3V, 5V, 12V 전압을 공급할 때 쓰인다. 각 전압은 각각 3개 핀을 합쳐 공급 받는다. 나머지 핀 가운데 5개는 그라운드다. 마지막 11번 핀은 새로 붙는 드라이브를 위한 스태거드 스핀업에 사용된다. 전압 공급 핀들은 하나만으로는 충분한 전류를 공급하지 못하므로 다른 두 개 핀과 함께 전력을 공급한다. 3개의 전압 각각에 대한 핀들 가운데 한 개는 컴퓨터가 켜져 있는 동안 장착하고 제거할 수 있는 핫 플러그 용도로도 쓰인다.[50]

핀 #기능
1-33.3 볼트
4-6그라운드
7-95 볼트
10그라운드
11스태거드 스핀-업 (지원 드라이브에 한함)
12그라운드
13-1512 볼트



SATA 2.6은 노트북 광학 드라이브와 같은 소형 폼 팩터 드라이브를 대상으로 하는 '''슬림라인''' 전원 커넥터를 정의하였다. 슬림라인 전원 커넥터는 +5 V (빨간색 전선)만 공급하도록 6핀으로 줄어들었으며, +12 V 또는 +3.3 V는 공급하지 않는다.[21][58] 슬림라인 전원 커넥터의 핀 1은 장치 존재 여부를 나타내며, 핫 스왑을 허용하기 위해 다른 핀보다 짧다. 저가 어댑터가 표준 SATA에서 슬림라인 SATA로 변환하는 데 사용된다.

슬림라인 커넥터, 전원부
핀 번호대응기능
 —코딩 노치
13번째장치 존재 여부
22번째5 V 전원
32번째
42번째제조 진단
51번째접지
61번째



마이크로 SATA 커넥터(uSATA 또는 μSATA)[59]는 SATA 2.6에서 시작되었으며, 1.8인치 하드 디스크 드라이브용으로 설계되었다. 각 전압은 3핀으로 구성되어 있으며, 1핀당 1.5 A를 공급할 수 있다.

마이크로 커넥터, 전원부
핀 번호접촉기능
13번째3.3 V 전원
22번째
31번째접지
41번째
52번째5 V 전원
63번째
73번째예약
 —코딩 노치
83번째제조사별
92번째


4. 3. eSATA (External SATA)

2004년에 표준화된 eSATA(''e''는 external, 외부를 의미)는 외부 연결을 위한 SATA의 변형이다. eSATA는 더 견고한 커넥터, 더 긴 차폐 케이블, 더 엄격한 (그러나 하위 호환되는) 전기 표준을 사용한다. 프로토콜 및 논리적 신호(링크/전송 계층 이상)는 내부 SATA와 동일하다.

eSATA와 SATA의 주요 차이점은 다음과 같다.

  • 최소 전송 진폭 증가: 범위는 400–600 mV 대신 500–600 mV이다.
  • 최소 수신 진폭 감소: 범위는 325–600 mV 대신 240–600 mV이다.
  • 최대 케이블 길이가 1m에서 2m로 증가했다.
  • eSATA 커넥터는 외부에서 차폐되지 않은 내부 케이블을 사용하지 못하도록 기계적으로 다르다. eSATA 커넥터는 L자형 키를 버리고 가이드의 위치와 크기를 변경한다.
  • eSATA 삽입 깊이가 더 깊다: 5 mm 대신 6.6 mm이다. 접점 위치도 변경되었다.
  • eSATA 케이블은 EMI를 줄이기 위해 추가 차폐 기능을 갖추고 있다.
  • eSATA 커넥터는 차폐 접촉 및 기계적 유지를 위해 금속 스프링을 사용한다.
  • eSATA 커넥터는 5,000회의 결합 수명을 갖도록 설계되었으며, 일반 SATA 커넥터는 50회만 지정된다.


eSATA 공식 로고


SATA (왼쪽) 및 eSATA (오른쪽) 커넥터


eSATA 포트


소비자 시장을 겨냥한 eSATA는 USB 및 FireWire 인터페이스도 제공하는 외부 저장 장치 시장에 진입한다. SATA 인터페이스는 몇 가지 장점이 있다. FireWire 또는 USB 인터페이스가 있는 대부분의 외장 하드 디스크 드라이브 케이스는 PATA 또는 SATA 드라이브와 드라이브 인터페이스와 인클로저의 외부 포트 간에 변환하는 "브리지"를 사용한다. 이 브리징은 약간의 비효율을 발생시킨다. 일부 단일 디스크는 실제 사용 중에 157MB/s를 전송할 수 있는데,[17] 이는 USB 2.0 또는 FireWire 400 (IEEE 1394a)의 최대 전송 속도의 약 4배, FireWire 800의 최대 전송 속도의 거의 2배이다. S3200 FireWire 1394b 사양은 약 400MB/s (3.2Gbit/s)에 도달하고 USB 3.0은 5Gbit/s의 공칭 속도를 갖는다. S.M.A.R.T.와 같은 일부 저수준 드라이브 기능은 일부 USB[62] 또는 FireWire 또는 USB+FireWire 브리지를 통해 작동하지 않을 수 있다. eSATA는 이러한 문제를 겪지 않는다.

SATA 6G의 eSATA 버전은 로 작동한다. 인터페이스가 드라이브가 처리할 수 있는 속도만큼 빠르게 데이터를 전송할 수 있으면 인터페이스 속도를 높여도 데이터 전송이 개선되지 않는다.

eSATA 인터페이스에는 몇 가지 단점이 있다.

  • eSATA 인터페이스가 인기를 얻기 전에 제작된 장치에는 외부 SATA 커넥터가 없다.
  • 소형 폼 팩터 장치(예: 외부 2.5인치 디스크)의 경우 PC에서 호스팅되는 USB 또는 FireWire 링크가 일반적으로 장치를 작동하기에 충분한 전원을 공급할 수 있다. 그러나 eSATA 커넥터는 전원을 공급할 수 없으며 외부 장치에 대한 전원 공급 장치가 필요하다. 관련 eSATAp 커넥터는 외부 SATA 연결에 전원을 추가하므로 추가 전원 공급 장치가 필요하지 않다.[64]


몇몇 새로운 컴퓨터에는 전용 외부 SATA (eSATA) 커넥터가 없으며, USB3가 지배적이며, 종종 썬더볼트 대체 모드를 사용하는 USB3 Type C가 이전 USB 커넥터를 대체하기 시작했다. USB3와 eSATA를 모두 지원하는 단일 포트가 여전히 존재한다.

내장 eSATA 인터페이스가 없는 데스크톱 컴퓨터는 eSATA 호스트 버스 어댑터 (HBA)를 설치할 수 있다. 마더보드가 SATA를 지원하는 경우 외부에서 사용할 수 있는 eSATA 커넥터를 추가할 수 있다. Cardbus[65] 또는 ExpressCard[66]를 사용하는 노트북 컴퓨터는 eSATA HBA를 추가할 수 있다.

External Serial ATA의 약자. Serial ATA Revision 1.0a의 확장 규격으로, 외장 드라이브용으로 정의되었다.

  • 오접속을 방지하기 위해 eSATA의 커넥터 모양은 시리얼 ATA의 커넥터 모양과 다르다.
  • 연결 케이블의 길이는 최대 2 m이다.
  • 호스트(컴퓨터)의 전원을 켠 채로 연결 케이블을 꽂았다 빼는 핫 스왑을 지원한다.
  • eSATA 외부용 커넥터와 케이블은 규격상 5000회 이상 꽂았다 빼는 것을 견디도록 되어 있다(SATA 내부용 커넥터는 규격상 ''50회'' 이상).
  • eSATA (3 Gb/s)는 USB 2.0 연결보다 5배 이상 빠른 속도로 통신 가능하며, eSATA (6 Gb/s)는 USB 3.0과 동일한 수준이다.
  • 커넥터 중앙의 받침대 부분이 USB 커넥터와 같은 크기이며, eSATA도 USB도 단자가 커넥터의 한쪽에만 있는 점을 이용하여 한쪽에 USB용 단자를, 다른 쪽에 eSATA용 단자를 구현하여 USB 케이블과 eSATA 케이블을 모두 사용할 수 있는 콤보 커넥터라고 불리는 것도 존재한다.
  • eSATA 연결 케이블은 싱글 쉴드 단거리 케이블 또는 듀얼 쉴드 장거리 케이블 중 하나이며, 반드시 평형 피더선 연결이어야 한다.
  • SATA-eSATA 변환에서 어느 쪽이 호스트 어댑터 측이 되어도 상관없다. 예를 들어, SATA-eSATA 변환 어댑터 사이를 eSATA 케이블로 연결한 것은 그대로 SATA 케이블로 간주하여 사용할 수 있다.
  • 전용 부트 ROM을 탑재한 eSATA 대응 마더보드 또는 호스트 버스 어댑터와 대응하는 하드 드라이브를 조합하여 멀티 부팅 환경 구축도 쉽게 할 수 있다.

4. 4. mSATA (Mini-SATA)

2.5인치 S-ATA 위에 올려져 있는 mSATA SSD.


mSATA(미니 SATA)는 2009년 9월 21일 Serial ATA International Organization이 발표한 SATA 방식이다.[118] 솔리드 스테이트 드라이브를 사용하는 노트북 등의 장치에 적합하다. mSATA 단자는 PCI 익스프레스 미니 카드 인터페이스와 모양이 비슷하지만, 전기적으로 호환되지 않는다. 데이터 신호(TX±/RX± SATA, PETn0 PETp0 PERn0 PERp0 PCI-express)는 PCI 익스프레스 호스트 컨트롤러가 아닌 SATA 호스트 컨트롤러에 연결해야 한다. miniSATA 방식과 microSATA 방식으로 나뉜다.

5. 다른 인터페이스와의 비교

SCSI는 SATA보다 복잡한 버스를 사용하기 때문에 제조 비용이 더 높은 경향이 있다. SCSI 버스는 여러 드라이브를 하나의 공유 채널에 연결할 수 있지만, SATA는 포트 멀티플라이어를 사용하지 않는 한 채널당 하나의 드라이브만 연결할 수 있다. SAS는 SATA와 동일한 물리적 상호 연결을 사용하며, 대부분의 SAS HBA는 3 및 6 Gbit/s SATA 장치를 지원한다(HBA는 ''직렬 ATA 터널링 프로토콜'' 지원 필요).[85]

SATA 3 Gbit/s는 이론적으로 장치당 최대 300MB/s의 대역폭을 제공하는데, 이는 SCSI Ultra 320의 최대 속도인 320MB/s보다 약간 낮다.[85] SCSI 드라이브는 분리-재연결 및 성능 집계 덕분에, 여러 SATA 드라이브를 단순 포트 멀티플라이어로 연결했을 때보다 더 높은 지속 처리량을 제공한다.[86] 일반적으로 SATA 장치는 SAS 인클로저 및 어댑터에 호환 가능하게 연결되지만, SCSI 장치는 SATA 버스에 직접 연결할 수 없다.

SCSI, SAS, 파이버 채널(FC) 드라이브는 SATA보다 가격이 비싸 서버나 디스크 어레이와 같이 더 나은 성능을 필요로 하는 환경에서 주로 사용된다. 과거에는 저렴한 ATA 및 SATA 드라이브가 홈 컴퓨터 시장에서 발전했기 때문에 신뢰성이 낮다는 인식이 있었지만, 최근에는 이러한 구분이 다소 모호해졌다. 일반적으로 디스크 드라이브의 고장률은 인터페이스보다는 헤드, 플래터 및 지원 제조 공정의 품질과 관련이 있다.[8]

2006년 22%에서 2008년 28%로 비즈니스 시장에서 직렬 ATA 사용이 증가했다.[8]

SCA-2 커넥터가 있는 SCSI-3 장치는 핫 스와핑을 위해 설계되었다. 많은 서버 및 RAID 시스템은 투명한 핫 스와핑을 위한 하드웨어 지원을 제공한다. SCA-2 커넥터 이전의 SCSI 표준 설계자는 핫 스와핑을 고려하지 않았지만, 실제로는 대부분의 RAID 구현에서 하드 디스크의 핫 스와핑을 지원한다.

이름원시 데이터 전송률데이터 전송률최대 케이블 길이제공되는 전원채널당 장치 수
eSATA6 Gbit/s600 MB/s아니요1 (포트 멀티플라이어 사용 시 15개)
eSATAp6 Gbit/s600 MB/s5 V, 선택적으로 12 V[87]
SATA Express16 Gbit/s1.97 GB/s1 m아니요
SATA revision 3.06 Gbit/s600 MB/s[88]
SATA revision 2.03 Gbit/s300 MB/s
SATA revision 1.01.5 Gbit/s150 MB/s[89]1
PATA (IDE) 1331.064 Gbit/s133.3 MB/s0.46 m (18 in)5 V (2.5인치 드라이브 44핀 커넥터만 해당)2
SAS-422.5 Gbit/s2.25 GB/s10 m백플레인 커넥터만 해당1 (익스팬더 사용 시 > 65k)
SAS-312 Gbit/s1.2 GB/s
SAS-26 Gbit/s600 MB/s
SAS-13 Gbit/s300 MB/s
IEEE 1394 (FireWire) 32003.144 Gbit/s393 MB/s100 m (특수 케이블 사용 시 더 길게 가능)15 W, 12–25 V63 (허브 사용 시)
IEEE 1394 (FireWire) 800786 Mbit/s98.25 MB/s100 m[90]
IEEE 1394 (FireWire) 400393 Mbit/s49.13 MB/s4.5 m[90][91]
USB 3.2 (Generation 2x2)20 Gbit/s2.44 GB/s1 m (수동 케이블 USB-IF 표준)100 W, 5, 12 또는 20 V[92]127 (허브 사용 시)[93]
USB 3.1 (Generation 2)10 Gbit/s1.22 GB/s1 m (수동 케이블 USB-IF 표준)100 W, 5, 12 또는 20 V[92]127 (허브 사용 시)[93]
USB 3.0 (USB 3.2, Generation 1)5 Gbit/s610 MB/s 이상 (프로토콜 오버헤드, 흐름 제어 및 프레이밍을 제외)2 m (수동 케이블 USB-IF 표준)4.5 W, 5 V
USB 2.0480 Mbit/s58 MB/s5 m2.5 W, 5 V
USB 1.112 Mbit/s1.5 MB/s3 m예
SCSI Ultra-3202.56 Gbit/s320 MB/s12 mSCA 백플레인만 해당15 (호스트 버스 어댑터/호스트 제외)
10GFC 파이버 채널10.52 Gbit/s1.195 GB/s2 m – 50 km아니요126 (스위치 사용 시 16,777,216)
4GFC 파이버 채널4.25 Gbit/s398 MB/s12 m
인피니밴드
쿼드 속도		10 Gbit/s0.98 GB/s1 점대점, 스위치 패브릭 사용 시 다수
썬더볼트10 Gbit/s1.22 GB/srowspan="3" |10 W (구리만 해당)7
썬더볼트 220 Gbit/s2.44 GB/s
썬더볼트 340 Gbit/s4.88 GB/s100 W (구리만 해당)



반이중 1.5Gb/s·3Gb/s·6Gb/s의 전송 속도를 가진 3가지 규격이 있으며, 모두 호환성을 가진다. 서로 다른 규격을 연결한 경우, 낮은 성능에 맞춰 작동한다. 단, 내장 기기용, 외부 기기용, 소형 기기용으로 커넥터가 다르며, 이들은 물리적으로 연결할 수 없다.

5. 1. PATA (Parallel ATA)

PATA(병렬 ATA)는 2000년 SATA가 도입되기 전까지 ATA로 불렸다. 1984년 IBM PC AT 출시와 함께 "AT 첨부"(ATA)라는 이름이 생겨났으며, IBM AT의 컨트롤러 인터페이스는 하드 디스크를 포함한 사실상의 업계 인터페이스가 되었다.[5] SATA는 "Serial Advanced Technology Attachment"의 약자로 알려져 있기도 하지만, ATA 사양은 IBM과의 상표 문제 발생 가능성을 피하기 위해 단순히 "AT 첨부"라는 이름을 사용한다.[6]

SATA는 PATA에 비해 다음과 같은 여러 장점을 제공한다.[3][4]

  • 케이블 크기 및 비용 감소 (40개 또는 80개 대신 7개의 도체)
  • 기본 핫 스와핑 지원
  • 더 빠른 신호 속도를 통한 데이터 전송 속도 향상
  • (선택 사항) I/O 대기열 프로토콜을 통한 효율적인 전송


하드웨어 인터페이스 수준에서 SATA와 PATA 장치는 완전히 호환되지 않아 어댑터 없이는 상호 연결할 수 없다.[83] 응용 프로그램 수준에서는 SATA 장치를 PATA 장치처럼 보이도록 설정할 수 있다. 많은 마더보드는 "레거시 모드" 옵션을 제공하여 SATA 드라이브가 표준 컨트롤러의 PATA 드라이브처럼 OS에 표시되도록 한다. 그러나 이 모드는 SATA의 일부 기능을 지원하지 않을 수 있다.

PATA-SATA 브리지 칩을 이용하여 PATA 드라이브를 SATA 드라이브처럼 사용하거나, 마더보드 PATA 포트를 SATA 드라이브에 연결할 수 있다.

SATA와 PATA의 주요 차이점 중 하나는 호스트와 드라이브 간의 연결 방식이다. SATA는 각 장치가 호스트 포트와 1:1로 연결되어 케이블이나 대역폭을 공유하지 않는다.

이름원시 데이터 전송률데이터 전송률최대 케이블 길이제공되는 전원채널당 장치 수
PATA (IDE) 1331.064 Gbit/s133.3 MB/s0.46 m (18 in)부분적 (2.5인치 드라이브 44핀 커넥터만 5V 제공)2



SATA 변환기가 부착된 PATA 하드 디스크

5. 2. SCSI (Small Computer System Interface)

병렬 SCSI는 SATA보다 복잡한 버스를 사용하므로 일반적으로 제조 비용이 더 높다. SCSI 버스는 하나의 공유 채널에 여러 드라이브를 연결할 수 있지만, SATA는 포트 멀티플라이어를 사용하지 않는 한 채널당 하나의 드라이브만 허용한다. 직렬 연결 SCSI(SAS)는 SATA와 동일한 물리적 상호 연결을 사용하며, 대부분의 SAS HBA는 3 및 6 Gbit/s SATA 장치도 지원한다(HBA는 ''직렬 ATA 터널링 프로토콜'' 지원이 필요함).[85]

SATA 3 Gbit/s는 이론적으로 장치당 최대 300 MB/s의 대역폭을 제공하며, 이는 버스의 모든 장치에 대해 최대 320 MB/s인 SCSI Ultra 320의 정격 속도보다 약간 낮다. SCSI 드라이브는 분리-재연결 및 성능 집계 때문에 단순한(예: 명령 기반) 포트 멀티플라이어를 통해 연결된 여러 SATA 드라이브보다 더 높은 지속 처리량을 제공한다.[86] 일반적으로 SATA 장치는 SAS 인클로저 및 어댑터에 호환 가능하게 연결되지만, SCSI 장치는 SATA 버스에 직접 연결할 수 없다.

SCSI, SAS, 파이버 채널(FC) 드라이브는 SATA보다 비싸므로 더 나은 성능으로 추가 비용을 정당화하는 서버 및 디스크 어레이에서 사용된다. 저렴한 ATA 및 SATA 드라이브는 홈 컴퓨터 시장에서 발전했기 때문에 신뢰성이 떨어진다는 견해가 있었다. 이 두 세계가 겹치면서 신뢰성 문제는 다소 논란의 여지가 있게 되었다. 일반적으로 디스크 드라이브의 고장률은 인터페이스가 아닌 헤드, 플래터 및 지원 제조 공정의 품질과 관련이 있다.[8]

5. 3. SAS (Serial Attached SCSI)

직렬 부착 SCSI(SAS)는 SATA와 커넥터를 공유하며, SATA 저장 장치를 SAS 컨트롤러에 연결할 수 있도록 설계되었다. 이를 통해 사용자는 SATA 저장 장치를 사용하다가, 고성능이 필요하면 SAS 저장 장치로 업그레이드할 수 있다. 그러나 SAS 디스크는 SATA 컨트롤러에 연결할 수 없다.[3][4]

6. 한국 시장 및 산업에 미치는 영향

SATA는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 하드 디스크 드라이브(HDD)를 포함한 저장 장치에서 널리 사용되는 인터페이스이다. 삼성전자와 SK하이닉스와 같은 한국 기업들은 SATA SSD 시장에서 중요한 역할을 하고 있다. 이들 기업은 고성능 및 대용량 SATA SSD를 개발하여 전 세계 시장에서 경쟁력을 확보하고 있다.

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