SATA（Serial ATA)

SATA(読み:さた、語源:Serial AT Attachment)とは、ATA(SATAとの区別のためPATAと呼ばれる)の後続として登場したHDDやSSD、光学ドライブなどを接続するためのインタフェース規格である。

概要

SATAは2003年に、Serial ATA Working Groupによって開発され、後にこの組織はSerial ATA International Organization(SATA-IO)という非営利団体として法人化された。PATAの後継として設計されたSATAは、シリアル伝送方式を採用することで、パラレル伝送方式のPATAと比較して大幅な性能向上を実現した。

SATAの主な利点として、以下の点が挙げられる。

細いケーブル設計により、PATAの幅広いリボンケーブル(最大約45cm)と比較して、SATAケーブルは最大1メートルまで延長可能であり、ケース内の配線が容易になった。また、細いケーブルは内部の空気の流れを妨げないため、冷却効率が向上し、コンピュータの寿命が延びる。

ホットプラグ機能をサポートしており、システムの電源を切ることなくドライブの接続や取り外しが可能である。ただし、この機能を使用するには、ホスト、デバイス、オペレーティングシステムのすべてが対応している必要があり、AHCIモードでの動作が必須となる。

SATAはポイントツーポイント接続を採用しており、各デバイスが専用のポートに直接接続される。これにより、PATAで必要だったマスター/スレーブの設定が不要になり、設定が簡略化された。

電気的な面では、SATAは差動信号方式を採用し、0.5V(500mV)のピーク・ツー・ピーク信号で動作する。これにより、導体間のクロストークや干渉が大幅に低減され、より高い信号品質が実現されている。

SATAは下位互換性を持っており、新しい規格のSATAデバイスを古いSATAポートに接続することが可能である。ただし、この場合の転送速度は古い規格の速度に制限される。

主な規格

SATA 1.0

SATA 1.0は2003年1月7日にリリースされた。

NCQ (Native Command Queuing) をサポートしていない。

公称速度は1.5Gb/sとなっている。ただし8b/10b エンコーディングのオーバーヘッドを考慮すると実質 1.2Gbit/s (150MB/s)となり、現実的にはATA 133とほぼ同じであった。

また、この時代はPATA端子にSATAドライブを接続する変換器が主流であった。

SATA 2.0が登場するまでの移行期間であり、実質的にATAよりケーブルの抜き差しがしやすい程度の差しかなかった。

SATA 2.0

SATA 2.0(別名:SATA II、SATA 3Gb/s)は2004年4月にリリースされた。SATA 1.5 Gb/sとの下位互換性を持つ。

公称速度は3.0 Gb/sで、8b/10b エンコーディングを考慮した実質的な最大転送速度は2.4 Gbit/s(300 MB/s)となる。理論上のバースト転送速度はSATA 1.0の2倍である。

SATA 2.0の最も重要な新機能は、NCQ(Native Command Queuing)の導入である。NCQは、ホストから送信された複数の読み書きコマンドをドライブが処理効率の良い順序に並べ替えることで、機械的な負荷を軽減し、性能を向上させる技術である。NCQを使用しない場合、ドライブはコマンドを受信した順序で1つずつ処理する。NCQは最大32個のコマンドをキューイングできる。NCQ機能を利用するには、ホストコントローラとハードドライブの両方がこの機能に対応している必要がある。専門的なテストでは、NCQ技術により約7%の性能向上が確認されている。

2005年8月に発表されたSATA 2.5では、仕様が単一の文書に統合された。

SATA 2.6

2007年2月に発表されたSATA 2.6では、以下の機能が追加された:

スリムラインコネクタ
マイクロコネクタ(当初は1.8インチHDD用)
ミニ内部マルチレーンケーブルとコネクタ
ミニ外部マルチレーンケーブルとコネクタ
NCQ Priority(NCQ優先度)
NCQ Unload
BIST Activate FISの機能強化
Signature FISの堅牢な受信のための機能強化

SATA規格に適合するすべてのSATAデータケーブルは3.0 Gb/sに対応しており、現代の機械式ドライブでは持続的およびバースト的なデータ転送性能の損失なく動作する。

SATA 3.0 (SATA 6Gb/s)

Serial ATA International Organization(SATA-IO)は2008年7月にSATA 6 Gb/s物理層のドラフト仕様を発表し、2008年8月18日に物理層仕様を承認した。完全な3.0標準は2009年5月27日にリリースされた。

第3世代のSATAインタフェースは6.0 Gb/sのネイティブ転送速度で動作する。8b/10b エンコーディングを考慮すると、最大符号化前転送速度は4.8 Gbit/s(600 MB/s)となる。SATA 6.0 Gb/sの理論上のバースト転送速度はSATA 2.0の2倍である。以前のSATA実装との下位互換性を持つ。

SATA 3.0仕様には以下の変更が含まれている:

スケーラブルな性能のための6 Gb/s転送速度
SAS 6 Gb/sを含むSASとの継続的な互換性
アイソクロナスNCQストリーミングコマンドにより、ストリーミングデジタルコンテンツアプリケーションのためのアイソクロナス品質のサービスデータ転送を可能にする
NCQ管理機能により、未処理のNCQコマンドのホスト処理と管理を可能にし、性能を最適化する
改善された電力管理機能
よりコンパクトな1.8インチストレージデバイス用の小型低挿入力(LIF)コネクタ
スリムラインSATAコネクタ用の7mm光学ディスクドライブプロファイル(既存の12.7mmおよび9.5mmプロファイルに追加)
INCITS ATA8-ACS標準との整合

全体として、これらの機能強化はビデオストリーミングと高優先度割り込みのサービス品質の向上を目的としている。仕様では最大1メートルまでの距離をサポートし続けている。新しい速度では対応チップでより高い消費電力が必要になる可能性があるが、改良されたプロセス技術と電力管理技術によってこれが緩和される可能性がある。後の仕様では既存のSATAケーブルとコネクタを使用できるが、2008年には一部のOEMがより高速な接続のためにホストコネクタをアップグレードすることが予想されていた。

SATA 3.1

2011年7月にリリースされたSATA 3.1では、以下の機能が追加された:

mSATA - モバイルコンピューティングデバイス向けSATAで、専用のmSATAコネクタを不要にする自動検出機能の強化により相互運用性が向上
ゼロパワー光学ディスクドライブ(ODD) - アイドル状態のSATA ODDの消費電力を削減し、エネルギー節約を向上
必須リンク電力管理 - すべてのSATAデバイスにわたってエネルギー効率の高い電力管理を推進し、全体的なシステム電力需要を削減
キューイングトリムコマンド - SATA SSDが通常の動作に影響を与えることなくトリムを実行できるようにし、SSD性能を向上
ハードウェア制御機能 - デバイス機能のホスト識別を可能にし、ホストがSATAデバイスをより効果的に使用できるようにする
SATA Universal Storage Module(USM)の設計要件の完成

SATA 3.2

2013年8月に発表されたSATA 3.2では、以下の機能が追加された:

SATA Express - PCIeバスを使用してストレージデバイスを駆動する標準。SATA Expressは最大2.0 GB/sの速度でデバイスを動作させることができる(SATA3標準の6 Gb/sと比較して)
M.2フォームファクタ - Mini PCIeの次世代進化形として受け入れられている。M.2フォームファクタはストレージデバイスだけでなく、WiFiカード、USBカード、WWANカードなども受け入れる
DevSleep
USM
Transitional Energy Reporting
ハイブリッド情報
microSSD
RAIDアレイを再構築するためのRebuild Assist

SATA（Serial ATA)

概要

主な規格

SATA 1.0

SATA 2.0

SATA 2.6

SATA 3.0 (SATA 6Gb/s)

SATA 3.1

SATA 3.2

関連技術

AHCI (Advanced Host Controller Interface)

eSATA (external SATA)

関連項目