De snelheid van 100 (of 133) MB/sec over een parallel ATA interface (die al meer dan 15 jaar gebruik is!) is waarschijnlijk de hoogst haalbare snelheid. Dit wordt opgelegd door de technische beperkingen die parallelle bekabeling met zich meebrengt. Naar mate de snelheid wordt opgevoerd, wordt het moeilijker om signaalsterkte op niveau te houden en de invloed van ruis en overspraak te onderdrukken Om hogere snelheden te kunnen bereiken is een andere aanpak nodig en wel via een seri?le verbinding. Daarvoor zijn al twee alternatieven op de markt;

USB en
FireWire IEEE1394.

Echter geen van beide bied de combinatie van een lagere prijs en beduidend hogere prestaties Bovendien zijn USB en FireWire randapparatuur uitgevoerd met devices, die een parallel ATA interface hebben, plus interface conversie elektronica en dus zijn deze interfaces niet "native". Daarom is in 1999 een aanvang gemaakt met het ontwikkelen van een seri?le ATA techniek door APT Technologies, Dell, IBM, Intel, Maxtor, Quantum en Seagate Technoligies.

Serial ATA biedt significante voordelen voor zowel de producenten, de leveranciers en de gebruikers van SATA gebaseerde apparatuur. Die voordelen komen voort uit de point-to-point verbinding waardoor de volledige bandbreedte van ieder device benut kan worden, de hot plug mogelijkheden, de kleinere connectoren en gestandaardiseerde connector posities, eenvoudigere bekabeling en grotere kabellengtes. Hierdoor is Serial ATA gemakkelijker te implementeren en tegen kosten die gelijk zijn Parallel ATA. Het voordeel van de lage kosten van Serial ATA spreken voor zich en de hoge prestatie van SerialATA maken het tot een zeer interessant alternatief voor andere technologie?n.

Een belangrijk ander voordeel is dat de Serial ATA technologie software compatible is en transparant is voor de operating systems. Dit maakt een gefaseerde transitie van parallel naar serial ATA mogelijk zonder ingrijpende wijzigingen in operating system en/of applicatie software.

De Serial ATA "versies"

De Serial ATA 1.0
De Serial ATA 1.0 specificatie is in augustus 2001 vastgelegd en op basis van die standaard zijn die nu (2003 en 2004) hun intrede in de markt doen. Voor Serial ATA is een roadmap gedefinieerd die begint met 1.5 Gigabit per seconde (equivalent aan een data transfer snelheid van 150MB/sec) tot en met 6.0 Gbps. Die roadmap is klaar voor de evolutie in de komende 10 jaar en gebaseerd op historische trends. Serial ATA 1.0 is opgezet om de Parallel ATA te vervangen en heeft de focus op "inside the computer" devices.

Serial ATA II Phase 1
De "Serial ATA II Phase l" specificatie is in oktober 2002 vrijgegeven en bestaat uit extensies op de 1.0 release. De belangrijkste toevoegingen zijn:

? Command Tag Queing
? Ondersteuning voor Backplane interconnects met hotswap drives
? Enclosure management ondersteuning:
Fan control, drive lights, temperatuur bewaking, nieuw device notificatie, enz.

Serial ATA II Phase 2
Serial ATA II Phase 2 is een definitie met toekomstige extensies:

? 2e-generatie snelheid voor desktops en networked storage systemen; 300 MB/sec.
? Verbeteringen t.b.v. higher-end networked storage segmenten
? Topologie ondersteuning voor dual host active failover
? Effici?nte connectivity voor grote hoeveelheden devices

Serial ATA implementatie aspecten
Bij Serial ATA is er geen sprake meer van Master en Slave configuraties maar van een point-to-point (l1op-1) verbinding direct tussen device en controller. Geen lastige jumper instellingen dus! Het concept en de beperkingen van maximaal twee devices op ??n IDE kanaal en twee IDE kanalen op een motherboard zijn daarmee volledig verdwenen. Bij parallel ATA controleert het Master device de Slave en beiden moeten de bandbreedte van de ATA afwisselend delen. De arbitrage (wie krijgt de bus) vergt op zijn beurt ook een stukje van de bandbreedte. Met Serial ATA staat de volledige bandbreedte ter beschikking voor het device en de overhead van de arbitrage is ge?limineerd.

In vergelijking met Parallel ATA gebruikt Serial ATA lagere voltages en minder aders in de kabel. Er zijn minimaal 4 aders nodig, ??n aderpaar voor transmit en ??n aderpaar voor receive. In de standaard is voorzien in aansluitingen voor aarding. Tevens worden kleinere connectoren en dunne, ronde kabels gebruikt. Dit levert een kostenbesparing op en lost ook een ander probleem op; De huidige IDE bandkabels belemmeren de voor de koeling zo belangrijke luchtstroom in de computer en zijn tevens moeilijk te buigen.

Ronde en relatief dunne kabels zijn eenvoudiger en effici?nter in een behuizing te plaatsen en zijn nauwelijks obstructie voor de luchtkoeling. De datakabel heeft aan beide zijden een identieke 7-pin connector en mag maximaal 1 meter lang zijn.

Ook voor de voeding-aansluiting is een nieuwe 15-pin connector ge?mplementeerd. Die is samen met de data-connector op een vaste gestandaardiseerde positie aangebracht en opent de mogelijkheid om diskdrives in (kabelloze) backplanes te plaatsen.

Een aansluiting is gereserveerd voor een 3.3 V spanning, bedoeld voor toepassing in (energiezuinige) notebook computers en andere mobile computing.

Tagged Command Queing
Wie bekend is met SCSI technologie zal het begrip "Tagged Command Queing", een in Serial ATA phase-II aanwezige feature, niet vreemd in de oren klinken. Dit kenmerk is de belangrijkste prestatie dit ferentiator tussen SCSI en parallel ATA. Simpel gezegd kunnen er meerdere commando s in ??n keer in een wachtrij (que) op het device worden geplaatst, die deze vervolgens rangschikt en met de best mogelijke prestaties afhandelt. Door deze methode is de bus vaker vrij voor datatransfers en vertaalt naar een effici?nt gebruik van de bus en optimale prestaties.

De meest optimale volgorde: niet 1, 2, 3, 4 maar 2, 4, 1, 3

De prestaties van Serial ATA worden niet alleen aan de zijde van SATA bus bepaald, maar ook aan de kant die met de rest van het systeem communiceert. Vooralsnog bevindt de PCI bus zich tussen de Serial ATA controller en de rest van het systeem. Substantieel dataverkeer op de PCI-bus van andere bronnen zoals NICs of sound cards kunnen de overall PCI throughput sterk be?nvloeden. Dit beeld verslechtert als er ook RAID controllers worden gebruikt. Dit betekent dat er pas een echt duidelijk beeld van de Serial ATA prestatie zichtbaar wordt zodra de Serial ATA controller zich aan "north" kant van de PCI bus bevind. Inmiddels (2003 en 2004) zijn er motherboards op de markt met Serial ATA "on-board".

Maxtor heeft op het Intel Developer Forum zijn eerste native Serial ATA-harde schijven op basis van een single chip oplossing gedemonstreerd. De huidige generatie Serial ATA-harde schijven maakt nog gebruik van duurdere multi-chip oplossingen die veelal zijn gebaseerd op een parallel ATA naar Serial ATA-converter. De demonstratie van Maxtor was gericht op twee facetten van de Serial ATA-standaard; native command queuing (NCQ) en hot plug. De NCQ-demonstratie was volgens Maxtor de eerste publieke voorstelling van een native Serial ATA-harde schijven op Intels next-generation Grantsdale-chipset.

In het persbericht wordt NCQ omschreven als de 'meest significante prestatieverbeteringen in harde schijven tot op heden'. Command queuing wordt al jaren ondersteund door SCSI- en Fibre Channel-harde schijven maar was tot op heden afwezig op de meeste ATA en Serial ATA-harde schijven. Een andere vorm van command queuing, ATA tagged command queuing (TCQ) genaamd, was al aanwezig in de ATA-4-specificatie en werd reeds enige tijd ondersteund op de harde schijven van IBM/Hitachi en de Raptor WD740GD van Western Digital. Wegens het ontbreken van ondersteuning door controllers en drivers is ATA tagged command queuing nooit van de grond gekomen.

De doelstelling van command queuing is het verkleinen van de wachttijden voor de mechanische positionering van de lees- en schrijfkoppen. Dit wordt bereikt door de volgorde van de binnenkomende commando's te optimaliseren zodat de koppen van de schijf een zo klein mogelijke afstand hoeven af te leggen. Harde schijven met NCQ kunnen meerdere commando's tegelijkertijd open hebben staan en kunnen tevens nieuwe commando's ontvangen terwijl er wordt gezocht naar gegevens voor een ander commando. NCQ kan een grote prestatieverbetering opleveren in multi-user serveromgevingen en onder multi-tasking of multi-threaded desktopgebruik, waarbij de harde schijf gelijktijdig door meerdere applicaties of door meerdere threads van dezelfde applicatie wordt benaderd. Een bijkomstigheid van NCQ is de lagere slijtage aan de harde schijf. De koppen hoeven immers minder bewegingen te maken.

Ten opzichte van ATA TCQ heeft Serial ATA native command queuing als een van de voordelen de ondersteuning van First Party DMA (FPDMA). Met behulp van FPDMA kan de harde schijf op eigen houtje DMA-transfers met het geheugen opzetten. NCQ kan maximaal 32 openstaande commando's verwerken. Minder dan SCSI, maar nog altijd een hele grote verbetering voor desktopsystemen en voldoende voor low-end servergebruik. NCQ zal beschikbaar komen op Maxtor's volgende generatie 7200rpm Serial ATA-harde schijven, die later dit jaar op de markt zullen verschijnen. Een uitgebreide bespreking van de voordelen van native command queuing wordt gegeven in deze whitepaper van Seagate en Intel.