Silicon Image SteelVine: виртуализация eSATA – THG.RU

Silicon Image облегчает создание хранилищ eSATA

Жёсткие диски сегодня стоят дёшево, как никогда. Если заглянуть в price.ru, то можно найти 500-Гбайт 3,5″ модели всего за $120-130, что даёт наилучшую себестоимость хранения одного гигабайта. Почти все современные жёсткие диски производства Hitachi, Samsung, Seagate/Maxtor или Western Digital, довольно быстрые и имеют трёхлетнюю гарантию, а Seagate предлагает на некоторые модели и пятилетнюю гарантию. Кроме того, уже вышли 750-Гбайт и 1-Тбайт винчестеры, которые будут постепенно дешеветь. Вместе с тем, 2,5″ жёсткие диски для ноутбуков достигли ёмкости в 250 Гбайт. Всё это, конечно, замечательно, но гибкость конфигурации жёстких дисков осталась на прежнем уровне. Хранилища продолжают оставаться статичными.

Многие пользователи обычно предпочитают внешние жёсткие диски и другие решения plug&play, поскольку они отличаются как лёгкостью работы, так и гибкостью по сравнению с традиционными винчестерами ПК. Хотя энтузиасты и опытные пользователи обычно добавляют в свою систему дополнительный жёсткий диск или меняют существующий, выбирая при этом самый выгодный винчестер той марки, которой человек доверяет.

После выбора нужного продукта перед энтузиастом и обычным пользователем встаёт одинаковая проблема: винчестер требует ещё одного порта SATA, USB 2.0 или eSATA, да и распознаётся он как дополнительный том. В общем, придётся заняться настройкой хранилища на жёстких дисках.

Объединение всех данных на один том – решение идеальное, но оно возможно, если у вас есть, куда скопировать данные перед объединением. И чем больше жёстких дисков вы добавляете, тем больше придётся тратить времени и сил на управление. А если свободные порты закончатся, то придётся в дальнейшем заменять старые жёсткие диски. Некоторые устройства вообще не такие гибкие. Если, скажем, необходимо увеличить ёмкость видеомагнитофона, то в большинстве случаев придётся заменять существующий жёсткий диск.

В идеальном случае у пользователя должна быть возможность легко и просто добавить в систему жёсткие диски для увеличения ёмкости или производительности. Это добавление не должно требовать усилий на конфигурацию и управление. Представьте, что вы сможете добавлять внешние жёсткие диски по мере надобности, и их ёмкость сразу будет добавляться к существующему разделу.

И такое решение есть. Silicon Image представила новую линейку процессоров для хранилищ SATA под названием SteelVine. Это мощные контроллеры SATA для внешних приводов, при этом они содержат уровень виртуализации и множитель портов. Конечно, eSATA-контроллеру материнской платы (или USB-контроллеру) при этом виден обычный накопитель, но на самом деле SATA-процессор в накопителях управляет дополнительными жёсткими дисками в цепи. Звучит сложно, но на самом деле всё просто.

Жёсткие диски сегодня стоят дёшево, поэтому добавление ещё одного накопителя – затея интересная. Но распределять данные по нескольким винчестерам не всегда легко. Это требует личного вмешательства пользователя, особенно если вы ленитесь хранить важные данные в одном месте и их резервировать.

История Serial ATA

Первые контроллеры и накопители Serial ATA появились в конце 2002 года. Отличаясь от 40-контактного интерфейса и протокола UltraATA (параллельная шина со скоростью передачи до 100/133 Мбайт/с), винчестеры Serial ATA используют две высокоскоростные сигнальные пары с низким напряжением и кодированием 8/10 бит (8 бит “чистой” пропускной способности и 10 бит – физической). Контакты 2, 3, 5 и 6 используются для данных, а 1, 4 и 7 – для “земли”. Serial ATA/150 обеспечивает максимальную пропускную способность 150 Мбайт/с на основе физической скорости 1,5 Гбит/с. Serial ATA/300 удваивает скорость до 3,0 Гбит/с или до 300 Мбайт/с “чистой” пропускной способности. Интерфейс Serial ATA является менее дорогим и лучше масштабируется, просто увеличивая скорость связи. Кроме того, с кабелями SATA легче работать, поскольку они могут достигать в длину одного метра, да и не так мешают воздушному потоку внутри корпуса, как шлейфы UltraATA. Недостатком можно считать несколько большее энергопотребление, что характерно и для других высокоскоростных интерфейсов “точка-точка” (например, PCI Express).

Вместе с Serial ATA появился и новый 15-контактный разъём питания с “горячим” подключением, который обеспечивает 3,3, 5 и 12 В для жёстких дисков в форм-факторе 3,5″ и 2,5″. Традиционная вилка Molex (знакомая нашим пользователям по жёстким дискам и оптическим приводам) не содержит напряжения 3,3 В, да и для 2,5″ винчестеров не подходит. Кроме того, SATA поддерживает технологию “родной” очереди команд (Native Command Queuing, NCQ), которая принимает входящие команды для жёсткого диска, анализирует их и выстраивает в оптимальном порядке. То есть жёсткий диск в процессе работы будет меньше перемещать головки чтения/записи. Головка будет считывать секторы жёсткого диска в оптимальном порядке.

В 2004 году спецификация SATA была пересмотрена и включила в себя внешние устройства, через интерфейс eSATA. Целью было поддержать все функции SATA и улучшить гибкость. Были увеличены напряжения приёма и передачи, чтобы удлинить кабель до двух метров. Разъёмы тоже были пересмотрены, чтобы сделать их более надёжными. В результате разъёмы eSATA не совместимы со стандартными внутренними гнёздами SATA.

Множители портов SATA

Большинство пользователей сегодня подсоединяют один жёсткий диск к одному доступному порту SATA.

Важно помнить, что спецификация eSATA поддерживает множители портов. Они позволяют использовать один кабель eSATA для подключения нескольких хранилищ eSATA к контроллеру eSATA. Множители портов позволяют подключать до 15 накопителей SATA через один интерфейс. Конечно, вряд ли стоит подключать столь много приводов через одно соединение, так как “узким местом” станет пропускная способность 300 Мбайт/с. Впрочем, среди возможных применений можно назвать подключение внешнего оптического привода или жёсткого диска к ноутбуку через eSATA-контроллер PCCard. Один жёсткий диск сегодня даёт скорость передачи данных до 90 Мбайт/с, поэтому если вам нужна высокая производительность, то подключать через множитель портов стоит не больше трёх-четырёх накопителей. Большинство SATA-контроллеров множители портов не распознают. Но у профессиональных контроллеров и последних чипсетов на южному мосту Intel ICH9 с этим проблем быть не должно.

Полупрофессиональные внешние хранилища eSATA с множителями портов обычно имеют уже заданную конфигурацию. Некоторые содержат четыре жёстких диска, другие – восемь, подключается хранилище к системе через eSATA. В большинстве случаев без потери данных нельзя изменить рабочий режим (JBOD, RAID), причём только high-end хранилища используют логику RAID, не говоря уже о том, что подобные устройства массивные и слишком дорогие для дома.

Silicon Image решила закрыть эту нишу, добавив в новые процессоры SteelVine множитель портов и логику виртуализации. Внешние хранилища на основе этих процессоров позволяют объединять накопители и обновлять цепочку eSATA-приводов в зависимости от потребностей.

Если ваш SATA-контроллер не распознаёт множители портов, он будет работать с подключёнными приводами так, будто они подсоединены к раздельным портам SATA. Если контроллер умеет работать с множителями портов, то он распознаёт физическое подключение, но для объединения накопителей требуется дополнительная логика Silicon Image.

Процессоры SteelVine Gen. 2

Нажмите на картинку для увеличения.

Первое поколение процессоров SteelVine было представлено чипом Sil4723, двухпортовым контроллером SATA/300 с поддержкой RAID и внеполосными функциями управления. Он отличался от RAID-контроллеров начального уровня, поскольку не требовал поддержки со стороны драйверов или BIOS, и вы могли легко перейти с одного жёсткого диска на RAID 1 в дальнейшем.

Второе поколение SteelVine представлено четырьмя продуктами: Sil5723, 5733, 5743 и 5744. Все они используют компактную упаковку 10×10 мм QFN (quad flat no lead) и поддерживают все функции первого поколения SteelVine, а также новый уровень виртуализации Silicon Image, позволяющий создавать каскады устройств eSATA. Чипы Sil5723 и 5733 были разработаны только с поддержкой eSATA, нацеливаясь на встроенные решения. Подумайте, например, об установке Sil5723 и 5733 в качестве сопроцессоров RAID и виртуализации накопителей на материнскую плату. За исключением Sil5743, все модели поддерживают разные режимы RAID, сочетающие зеркалирование данных и расширение ёмкости. Sil5743 и 5744 были разработаны специально для внешних накопителей, поэтому они поддерживают не только интерфейсы eSATA к системе (uplink), но и USB 2.0. Как нам кажется, это немаловажно для обеспечения максимальной гибкости. Чип 5743 режимы RAID не поддерживает.

Возможность создавать каскады приводов может показаться не очень важной, но подумайте о разных сценариях. Например, если вы имеете один порт eSATA, то сможете подключать второй накопитель eSATA к первому (благодаря функции множителя портов). Ещё один возможный сценарий связан с видеомагнитофонами: всё больше этих устройств оснащаются портом eSATA, но как быть, если вам нужно увеличить ёмкость хранилища, помимо уже подключённого жёсткого диска eSATA? Конечно, технологию можно использовать для зеркалирования данных с одного накопителя SteelVine eSATA на другой. Silicon Image поддерживает несколько режимов работы, от простого расширения ёмкости через зеркалирование (под названием Safe) до двух режимов RAID с несколькими разделами под названием Safe33 и Safe50. Каждый из режимов создаёт два логических раздела, один из которых будет зеркалироваться на два жёстких диска, занимая 33% или 50% доступной ёмкости, а второй логический раздел будет использовать оставшуюся ёмкость, объединённую с двух жёстких дисков. Silicon Image аппаратно поддерживает функцию перестройки массива (перестройка не отнимает ресурсов у CPU).

Все процессоры SteelVine Generation 2 поддерживают host-интерфейс, дополнительный SATA-интерфейс, логику виртуализации и RISC-процессор, обеспечивающий все функции виртуального хранилища.

Прототипы жёстких дисков на SteelVine Gen. 2

Мы получили два прототипа внешних жёстких дисков, оба построены на процессорах Silicon Images Sil5744.

Мы получили два устройства, внутри которых установлены два разных жёстких диска. Silicon Images называет их PDE (production, design, engineering – производство, дизайн и разработка). Перед нами, по сути, внешние 2,5″ жёсткие диски с интерфейсами eSATA и USB 2.0. Второй интерфейс eSATA необходим, чтобы подключать приводы в цепочку, один к другому. В итоге через eSATA можно подключить несколько накопителей PDE, после чего соединить их с host-системой по интерфейсу USB 2.0. Один PDE использовал 80-Гбайт жёсткий диск Seagate Momentus 5400.2, а второй – 80-Гбайт винчестер Fujitsu.

Как можно видеть по результатам тестов, жёсткие диски работают на уровне других внешних накопителей. Один PDE-накопитель показал низкое среднее время доступа 16,6 мс при подключении по интерфейсу eSATA. При подключении по USB 2.0 среднее время доступа немного возросло до 18,7 мс. Переход в режимы Big, Fast или Safe через eSATA привёл к среднему времени доступа посередине двух упомянутых результатов. Режимы Fast или Big дают одну и ту же скорость передачи данных, которую можно ожидать от одного накопителя. Если взглянуть на диаграммы передачи данных, то режим Big очевидно демонстрирует, что два привода просто объединены. Режим RAID 0 позволяет удвоить скорость с 35 до 70 Мбайт/с, что говорит о высокой производительности процессора. Обычно переход на RAID 0 к удвоению скорости не приводит, результат оказывается чуть ниже.

Архитектура SteelVine очень мощная, но энергопотребление внешнего 2,5″ жёсткого диска слишком большое, чтобы он мог питаться от одного порта USB 2.0.

Конфигурация и режимы работы

У полученных нами от Silicon Image прототипов есть небольшое колёсико, которое отвечает за выбор режимов.

Прототипы PDE позволяют легко переключать режимы с помощью небольшого колёсика. В зависимости от положения колёсика на три контакта микросхемы 10×10 мм подаётся или нет повышенный уровень напряжения, что приводит к шести режимам работы и к одному дополнительному режиму, в котором PDE можно управлять программно.

Режим Big

В режиме Big все жёсткие диски объединяются с помощью контроллеров Sil57xx.

Данный режим объединяет ёмкость всех доступных жёстких дисков в один виртуальный накопитель. Затем уже вы можете самостоятельно создавать один большой раздел или несколько отдельных. Мы рекомендуем для этих целей воспользоваться утилитой diskpart.exe, которая входит в состав Windows или Windows Server, либо другой соответствующей программой.

Режим JBOD

В режиме JBOD вы получаете два раздельных диска.

Данный режим просто обеспечивает доступ к имеющимся накопителям и работает как обычный множитель портов, без технологии Silicon Image SteelVine. Вы получите два раздельных жёстких диска, которые будут подключены через один интерфейс eSATA.

Режим Fast (RAID 0)

Режим Fast соответствует RAID 0. Требуется два или больше жёстких дика, подключённых в цепь eSATA, из которых строится массив RAID 0. Помните, что если один жёсткий диск выйдет из строя, то весь массив будет повреждён, информация будет утеряна.

Режим Safe (RAID 1)

Содержимое основного жёсткого диска будет копироваться на все жёсткие диски eSATA в каскаде. Если подчинённые жёсткие диски сконфигурированы в режим Safe, то они будут копировать своё содержимое на подключённые накопители (если они есть). Последний режим хорош для параноиков.

Режим Safe33

В режиме Safe33 создаётся несколько разделов RAID. Эта технология уже знакома нам по Intel Matrix RAID, которая поддерживается южными мостами Intel ICH6, ICH7, ICH8 и ICH9. Silicon Image создаёт два разных раздела, распределённых по двум жёстким дискам. В случае Safe33 33% ёмкости первого жёсткого диска зеркалируются на второй. Оставшаяся ёмкость двух винчестеров объединяется и выглядит как единый раздел.

Режим Safe50

Safe50 похож на Safe33, но здесь 50% ёмкости первого диска уходит на создание “зеркала”. Оба режима, Safe33 и Safe50, можно активировать и на одном жёстком диске, но тогда данные не будут защищены до добавления второго винчестера.

В таблице перечислены комбинации контактов (high/low), которые включают тот или иной режим работы. Либо активируют режим GUI (все high), позволяющий управлять процессором через программный интерфейс.

Каскад жёстких дисков eSATA для увеличения ёмкости

Так работает функция расширения ёмкости SteelVine: просто соедините несколько жёстких дисков SteelVine через интерфейс eSATA, после чего накопители SteelVine будут доступны host-системе как один большой диск. Подключение к host-системе может осуществляться как через eSATA, так и USB 2.0

Система в начальном состоянии: внешний жёсткий диск на 80 Гбайт, использующий процессоры Silicon Image Sil5743 или 5744. Когда место закончится, можно подключить ещё один накопитель напрямую к внешнему жёсткому диску.

Когда будет добавлен второй жёсткий диск (в нашем примере на 160 Гбайт), он отобразится как доступное неразмеченное пространство. Затем можно создавать новый раздел и форматировать его. Либо использовать утилиту Windows diskpart.exe, чтобы добавить неразмеченное пространство к существующему разделу. Существующие данные при этом не потеряются.

Если вы и дальше планируете расширять доступную ёмкость, можно добавить ещё один жёсткий диск. В нашем примере добавляется жёсткий диск на 400 Гбайт, после чего с помощью утилиты diskpart.exe неразмеченное пространство можно добавить к существующему разделу.

Auto Drive Locking: привязка хранилища к системам

Процессор Sil5733 поддерживает функцию Auto Drive Locking, которая использует максимальный режим безопасности стандарта ATA. Как только подача питания будет прекращена, Sil5733 автоматически блокирует накопитель. Для обращения к жёстким дискам процессор хранилища, который в данном случае устанавливается на материнскую плату, требует 128-битный пароль. Пароль требуется и для соединения дисков в каскад. В результате любой жёсткий диск eSATA, будь он основан на SteelVine или нет, будет работать только с host-системой, где есть процессор Sil5733 и правильный пароль.

Тестовая конфигурация

Результаты тестов

Диаграммы передачи данных

Один жёсткий диск

USB 2.0

Режим Big

Режим Fast

Режим Safe

Время доступа

Скорость чтения

Скорость записи

Заключение

Компания Silicon Image давно известна пользователям, поскольку на многих материнских платах можно встретить один-два чипа этого производителя. Да и RAID-контроллеры начального уровня тоже часто используют процессоры Silicon Image (включая и компоненты Marvell). Хотя у нас нет информации о покупателях нового поколения процессоров SteelVine gen. 2, мы уверены, что реакция со стороны индустрии будет весьма позитивной.

Процессоры Sil57xx с их гибкими функциями позиционируются не на рынок многоканальных контроллеров, а на бизнес- и потребительский рынки. Сочетая множитель портов и интеллектуальный уровень виртуализации, Silicon Image позволяет по новому управлять несколькими жёсткими дискам как внутри, так и снаружи вашего ПК. Технология SteelVine gen. 2 позволяет сложить ёмкость отдельных жёстких дисков SATA в единые крупные разделы. Поскольку данные можно легко перенести на новые, увеличенные разделы (или расширить существующие разделы за счёт неразмеченного пространства), процессоры Sil57xx обеспечивают удобное средство расширения ёмкости через цепочки накопителей для потребительских устройств и продуктов бытовой электроники, таких, как видеомагнитофоны, игровые приставки, плееры и т.д.

Поддержка режимов RAID 0 (Fast), RAID 1 (Safe) и JBOD сегодня просто обязательна. Но больше нас заинтересовали режимы Big, Safe33 и Safe50. В режиме Big все жёсткие диски объединяются в один виртуальный накопитель, а в режимах Safe33 и Safe50 создаётся отдельный раздел RAID 1 для важных данных, а оставшаяся ёмкость суммируется и выносится во второй раздел. В зависимости от конфигурации и потребностей, на Sil57xx можно строить весьма сложные хранилища.

Что касается отдельных пользователей и малого бизнеса, то процессоры SteelVine gen. 2 позволяют расширять хранилище по мере надобности. То есть, если возникнет потребность, вы можете купить недорогой обычный жёсткий диск вместо приобретения дорогих внешних решений с поддержкой расширения. Если Sil5733 интегрирован на материнскую плату, то процессор обеспечит высокий уровень защиты данных, поскольку внешний накопитель будет привязан к ПК с контроллером 5733. И никакой работник не сможет взять домой ценные данные, так как накопитель будет разблокирован только на том контроллере, где он был инициализирован.

SteelVine предлагает весьма интересные технологии, но они вряд ли могут заменить профессиональные RAID-массивы, да и про резервирование важных данных забывать не следует. Но перед нами простое и удобное средство работы с (внешними) накопителями. Вообще, было бы неплохо, если бы эта технология напрямую интегрировалась на жёсткие диски. Следует понимать, что технология SteelVine и обеспечиваемые возможности виртуализации нацелены на будущее. Возможно, жёсткие диски вновь получат перемычки или DIP-переключатели, но они будут служить не для выбора режима master/slave, а для конфигурации жёстких дисков, как для максимальной производительности, так и для максимальной надёжности хранения данных. Всё остальное возьмёт на себя host-контроллер. Как вам такое решение?