Home

Zoom sur le Serial ATA !

Imprimer Envoyer
Note des utilisateurs: / 15
MauvaisTrès bien 
Écrit par Pascal Thevenier   
Lundi, 05 Mai 2003 10:56
Le Serial ATA semble être assez mal compris ! Les nombreux mails que nous recevons ainsi qu'un certain nombre de sujets dans le forum reflètent une large différence entre la réalité et les idées reçues à son sujet. Les différents tests publiés sur Internet, notamment ceux du Raptor ont largement contribué à confondre disque et interface. Si les résultats affichés par ce premier disque SATA sont brillants, il ne faut pas oublier qu'ils sont dus à sa vitesse de rotation et non à son interface. Aujourd'hui, le SATA n'est nullement synonyme de performances. Mais quel est donc son intérêt ?


Evolution des performances !

Même si la vitesse de rotation, la taille de la mémoire cache et la densité par plateau ont augmentés, les disques durs exploitent encore toujours une "vieille" interface parallèle IDE. Comme tout périphérique informatique, les disques durs ont connu de très nombreuses améliorations notamment en en 1997 avec l'introduction du DMA permettant au disque et à son contrôleur d'utiliser l'interface PCI sans faire appel au processeur central. La norme ATA-33 s'est généralisée en 1998 avec l'arrivée des chipsets comme le 440BX d'Intel. Les disques durs ont continué leur évolution à un rythme assez soutenu… Mais le marketing a joué son rôle : L'ATA-66 est arrivé bien avant qu'il ne soit nécessaire. Ne parlons même pas des ATA-100 et ATA-133 qui ne peuvent même pas être saturés par les disques durs actuels en utilisation réelle.

Les différents Mode PIO (Programmed In-Out) monopolisaient le processeur pour les transferts...

Avec les modes DMA, plus besoin de monopoliser le processeur.

Aujourd'hui, la majorité des disques durs tournent à 7200rpm et utilisent 2Mo de cache. Ils offrent un débit séquentiel soutenu de l'ordre de 40Mo/s sur leur périphérie. Le mode burst qui ne dure que le temps de vidage du cache au travers de l'interface est très réduit : 2ms sur une interface ATA-100 et 1,5ms en ATA-133… Même le vidage de 8Mo de cache n'est pas transcendant avec respectivement 9ms à 100Mo/s et 8ms en ATA-133. Mais tout ceci est uniquement théorique et ne se produit que dans une situation idéale. En pratique, un disque débite ~80Mo/s durant 1ms à 1,3ms…


Seule l'interface va changer !

Les performances que nous venons d'évoquer sont limitées par le disque dur lui-même. En effet, ce dernier fait appel à des pièces mécaniques dont le temps de réponse est sans commune mesure avec celui de circuits électroniques. Entre le Parallèle ATA que nous connaissons et le Serial ATA qui pointe son nez, rien ne va changer au niveau mécanique. Le disque dur lui-même sera toujours trop lent pour l'interface.


Les bus en question.

Le taux de transfert d'un bus s'exprime de la manière suivante :

Taux de transfert (Mo/s) = Fréquence (MHz) x largeur de bus (bit) x Coef / 8

Coef vaut de 1 à 4 en fonction du type de bus : 1 en SDR, 2 en DDR et 4 en QDR

Le parallèle ATA utilise des nappes de 40 ou 80 conducteurs mais dans ce dernier cas, les 40 nouveaux fils ne servent que de blindage électromagnétique ! Le connecteur exploite lui uniquement 40 broches dont 16 servent à la réception des données. Parmi les broches restantes, certaines servent à des signaux de contrôle et de commande ou ne sont simplement pas utilisées. Le bus Parallèle ATA est un bus de type DDR parfaitement comparable à celui d'une interface mémoire ! ATA-100 travaille à 25MHz en mode DDR, ce qui permet de calculer facilement son taux de transfert maximum : 25MHz x 16bits x 2 (DDR) / 8 soit 100Mo/s. Le Serial ATA est comme son nom l'indique un bus de type série. Au lieu d'envoyer un maximum de données de front à chaque cycle, un bus série envoie les données les unes derrière les autres mais à très haute fréquence. Cette solution nécessite l'envoi du signal CRC de vérification à la suite des données, ce qui réduit la bande passante à 80% (8bits de données et 2bits de CRC soit 10bits). Le SATA n'utilise que 7 broches dont 3 masses et 4 pistes pour les signaux mais sa fréquence de 1500MHz compense largement la faible largeur de bus : 1500MHz x 1bit x 0,8 / 8 = 150Mo/s.


Pourquoi arrêter le Parallèle ATA ?

Il est légitime de se demander pourquoi ne pas continuer à augmenter la fréquence du PATA comme par le passé ou migrer vers un bus QDR. La raison a déjà été partiellement citée quand nous avons parlé des 40 conducteurs de blindage lors du passage en ATA66. Un signal parallèle haute fréquence engendre des champs magnétiques perturbateurs. Continuer une montée en fréquence serait donc synonyme de câbles blindés plus courts, plus rigides et plus chers… Le SATA a donc été introduit pour autoriser de meilleures évolutions. Ainsi, parmi les avantages, nous noterons les suivants :
  • Câble de largeur réduite : Une "nappe" SATA ne fait qu'un centimètre de large contre 5cm pour un câble PATA.
  • Câbles plus longs : Les câbles SATA peuvent atteindre 1m de long contre 50cm à 60cm pour le PATA.
  • Hot Plug : Un disque dur SATA peut se brancher à chaud et être immédiatement opérationnel.
  • Consommation réduite : Les futurs disques SATA demanderont beaucoup moins de puissance et chaufferont moins.
  • Connectique dédiée : Le disque SATA est directement en liaison avec le contrôleur, ce qui offre 150Mo/s à chaque disque. En PATA, le 100Mo/s se répartissent entre les deux HDD de la nappe.
  • Ni master, ni slave : Un disque SATA étant directement en liaison avec le contrôleur, la notion de master/slave n'existe plus au niveau du disque.


    Des limites…

    Le SATA est actuellement à ses débuts, ce qui engendre certaines limites. En effet, si l'interface SATA supporte les 150Mo/s, ce n'est pas toujours le cas des contrôleurs. Un contrôleur SATA raccordé au bus PCI limité à 132Mo/s ne permettra jamais d'atteindre les 150Mo/s… Le SATA ne prend tout son sens que s'il est géré nativement par le southbridge (ICH5 par exemple). Dans ce cas, les données ne transitent pas par le PCI mais sont directement placées dans le bus (propriétaire) qui relie le southbridge au northbridge. Mais ici encore le gain en performances ne sera pas visible pour la simple et bonne raison que les disques ne sortent actuellement au mieux que 80Mo/s le temps de vider leur cache ! Les contrôleurs SATA offriront dans le futur uniquement 4 ports SATA. Actuellement, l'ICH5 gère 2 ports ATA-100 (IDE1) qui peuvent être complétés par 2 autres ports ATA-100 (IDE2) ou deux ports SATA-150 (IDE). Le setup du bios permet alors d'assigner les ports SATA-150 comme premier canal et ainsi booter sur un disque SATA. Le SATA n'est pas comme le SCSI ! Nativement, les contrôleurs continueront à gérer 4 périphériques. Mais il n'est pas exclu que des constructeurs de cartes mères proposent plus de ports via des contrôleurs SATA intégrés (mais reliés au bus PCI et donc limité à 132Mo/s).


    Des adaptateurs…

    Les disques SATA sont équipés d'un connecteur d'interface SATA à 7 broches mais également d'une alimentation électrique spécifique. Le montage d'un disque dur SATA dans un PC actuel demande au moins un adaptateur pour convertir le Molex au "format SATA". Les nouveaux blocs d'alimentation intégreront progressivement des prises directement conçues pour le SATA. Un disque IDE peut parfaitement être utilisé sur un contrôleur SATA. Il suffit de faire appel à un petit convertisseur qui se loge sur le port IDE du disque dur. Attention, ce type de convertisseur ne peut pas être monté sur la carte mère pour transformer le port IDE de la carte mère en port SATA. En effet, le contrôleur IDE de la carte mère attend une réponse du disque sur son mode (master ou slave) mais cette information n'est pas gérée par l'adaptateur…


    Au niveau des disques…

    La conception du disque dur ne va pas changer. Le SATA consiste uniquement en un changement d'interface c'est à dire de mode de communication avec son contrôleur. Les disques durs SATA poursuivront donc la même évolution : augmentation du cache, plus hautes vitesses de rotation, densité par plateau plus importante, etc.


    Configuration de tests

    Matériel et drivers
  • Abit BH7 et Asus P4C800
  • Intel Pentium 4 2,40B GHz
  • 512 Mo Corsair TWINX DDR400
  • Seagate Barracuda V 120Go ATA100 et Seagate Barracuda V 120Go SATA-150
  • Ecran IIyama Vison Master 403 (synchronisation verticale toujours désactivée)
  • Leadtek Winfast A250 Ultra

    Logiciel
  • Windows XP français
  • SiSoft Sandra 2002
  • Winbench 99 V 2.0
  • Content Creation 2002

    Tests sur la BH7

    Les tests sur la BH7 ne montrent pas de différences de performances importantes. Le disque dur SATA monté sur le contrôleur SATA offre un léger mieux dans les tests burst et séquentiel. A noter qu'en mode aléatoire (random) les performances sont identiques : elles sont nivelées par le temps de déplacement physique de la tête de lecture...
    Malgré de très nombreux test, assez curieusement, le disque dur PATA monté sur le contrôleur SATA de la BH7 via un adaptateur offre le meilleur score... La présence de buffer dans les chips de conversion ?

    Tests sur la P4C800

    L'ICH5 de la P4C800 gère nativement les deux modes et offre des performances un rien meilleures que l'ICH4 de la BH7. Les scores sont nettement moins variables. Le disque SATA exploité sur l'interface SATA-150 présente de meilleurs débits bursts. Les autres résultats sont identiques...
    Le Serial ATA prend une petite avance sur le PATA. La même remarque reste d'application : Un disque PATA connecté à un contrôleur SATA via un adaptateur offre des performances un rien supérieures à celles où il travaille en PATA sur un contrôleur PATA. Selon nous, la théorie d'un petit buffer dans le contrôleur tient la route.


    Remarque sur les mesures...

    Nous tenons à insister sur un point : Les performances des disques durs ne doivent pas être prises au pied de la lettre. Les écarts entre différentes séquences de benchs sont parfois importants. Nous avons généralement effectué une dizaine de tests, retirer les deux scores extrêmes et réalisé une moyenne sur les huit mesures restantes... Le temps d'accès reste de l'ordre de 15ms et l'occupation CPU au cours du High-End Disk Winmark se situe à ~5,7% (extrêmes de 9% et 3%)...



    Le Winbench 99 V 2.0 nous a permis de faire des graphes de l'évolution du taux de transfert. Peu importe le disque (Barracuda SATA ou PATA), l'interface utilisée ou la carte mère (BH7 ou P4C800), le taux de transfert continue débute à ~42700ko/s (+/-200ko/s) et se termine à ~27400ko/s (+/-300ko/s). Les graphes illustrent des sources d'erreur de mesure dans les 5 premiers Go...


    Conclusion

    Le SATA risque fort d'être décrié s'il est considéré pour ce qu'il n'est pas. En d'autres mots, si vous montez un disque SATA dans le but d'exploser tous les benchs, vous faites erreur ! Le SATA est un peu comme DirectX 9 ou l'AGP 8x, son intérêt ne se verra qu'avec les prochaines générations de disques ou l'actuel Raptor (test prévu) dont les 10000rpm font la différence. Le SATA permet surtout de s'affranchir d'anciennes normes et introduit le Hot Plug… Selon nous, il n'est pas encore nécessaire de se ruer sur le SATA. D'ici six mois ou la fin de l'année, la technologie devrait prendre de l'intérêt. Le PATA et le SATA cohabiteront un certain temps, ce n'est donc pas demain que nos tours seront équipées des 4 petits câbles SATA !
  • Mise à jour le Mardi, 10 Novembre 2009 20:23