Los sistemas de almacenamiento actuales no solo alcanzan capacidades de terabits y ofrecen mayores velocidades de transferencia de datos, sino que también requieren menos energía y ocupan menos espacio. Estos sistemas también necesitan una mejor conectividad para brindar mayor flexibilidad. Los diseñadores necesitan interconexiones más pequeñas para proporcionar las velocidades de datos necesarias hoy y en el futuro. Y establecer una norma desde su concepción hasta su desarrollo y maduración gradual no es tarea fácil. Especialmente en el sector de las TI, cualquier tecnología está en constante mejora y evolución, como lo demuestra la especificación Serial Attached SCSI (SAS). Como sucesora de SCSI paralelo, la especificación SAS lleva ya un tiempo en el mercado.
A lo largo de los años, las especificaciones de SAS han mejorado. Si bien el protocolo subyacente se ha mantenido, los cambios no han sido drásticos. Sin embargo, las especificaciones del conector de interfaz externa sí han experimentado numerosas modificaciones, adaptaciones realizadas por SAS al entorno del mercado. Gracias a esta mejora continua, paso a paso, las especificaciones de SAS han alcanzado una mayor madurez. Los conectores de interfaz con diferentes especificaciones se denominan SAS, y la transición de la tecnología SCSI paralela a la SCSI serie (SAS) ha transformado significativamente el esquema de cableado. La anterior tecnología SCSI paralela podía operar en modo de un solo extremo o diferencial sobre 16 canales a velocidades de hasta 320 Mb/s. Actualmente, la interfaz SAS 3.0, más común en el almacenamiento empresarial, sigue vigente en el mercado. Su ancho de banda, de 24 Gbps, duplica la velocidad de la SAS 3, que no se ha actualizado desde hace tiempo, lo que representa aproximadamente el 75 % del ancho de banda de una unidad de estado sólido PCIe 3.0 x4 común. El conector MiniSAS más reciente, descrito en la especificación SAS-4, es más pequeño y permite una mayor densidad. Este conector tiene la mitad del tamaño del conector SCSI original y el 70 % del tamaño del conector SAS. A diferencia del cable paralelo SCSI original, tanto el SAS como el MiniSAS cuentan con cuatro canales. Sin embargo, además de mayor velocidad, mayor densidad y mayor flexibilidad, también aumenta la complejidad. Debido al menor tamaño del conector, el fabricante del cable, el ensamblador de cables y el diseñador del sistema deben prestar especial atención a los parámetros de integridad de la señal en todo el ensamblaje del cable.
No todos los ensambladores de cables son capaces de proporcionar señales de alta velocidad y calidad que cumplan con los requisitos de integridad de señal de los sistemas de almacenamiento. Los ensambladores de cables necesitan soluciones rentables y de alta calidad para los sistemas de almacenamiento más recientes. Para producir ensambles de cables de alta velocidad estables y duraderos, es necesario considerar varios factores. Además de mantener la calidad del mecanizado y el procesamiento, los diseñadores deben prestar especial atención a los parámetros de integridad de señal que hacen posible los cables de los dispositivos de memoria de alta velocidad actuales.
Especificación de integridad de la señal (¿Qué señal está completa?)
Algunos de los parámetros principales de la integridad de la señal incluyen la pérdida de inserción, la diafonía en los extremos cercano y lejano, la pérdida de retorno, la distorsión de asimetría del par diferencial interna y la amplitud del modo diferencial con respecto al modo común. Si bien estos factores están interrelacionados y se influyen mutuamente, podemos analizarlos de uno en uno para estudiar su impacto principal.
Pérdida de inserción (Parámetros básicos de alta frecuencia 01 - parámetros de atenuación)
La pérdida de inserción es la disminución de la amplitud de la señal desde el extremo transmisor del cable hasta el extremo receptor, y es directamente proporcional a la frecuencia. Esta pérdida también depende del número de hilo, como se muestra en el diagrama de atenuación a continuación. Para componentes internos de corto alcance en un cable de 30 o 28 AWG, un cable de buena calidad debería tener una atenuación inferior a 2 dB/m a 1,5 GHz. Para SAS externo de 6 Gb/s con cables de 10 m, se recomienda un cable con un calibre promedio de 24, que presenta una atenuación de tan solo 13 dB a 3 GHz. Si se desea un mayor margen de señal a velocidades de datos más altas, se recomienda utilizar un cable con menor atenuación a altas frecuencias para cables más largos.
Diafonía (Conceptos básicos de parámetros de alta frecuencia 03 - Parámetros de diafonía)
La cantidad de energía transmitida de un par de señales o de diferencia a otro. En los cables SAS, si la diafonía en el extremo cercano (NEXT) no es suficientemente baja, provocará la mayoría de los problemas de enlace. La medición de NEXT se realiza en un solo extremo del cable y corresponde a la cantidad de energía transferida del par de señales de transmisión de salida al par de señales de recepción de entrada. La diafonía en el extremo lejano (FEXT) se mide inyectando una señal para el par de transmisión en un extremo del cable y observando cuánta energía permanece en la señal de transmisión en el otro extremo.
El problema de NEXT en el conjunto de cables y conectores suele deberse a un aislamiento deficiente de los pares diferenciales de señal, lo cual puede ser causado por tomas y enchufes, una conexión a tierra incompleta o un manejo inadecuado de la zona de terminación del cable. El diseñador del sistema debe asegurarse de que el ensamblador de cables haya solucionado estos tres problemas.
Curvas de pérdida para cables comunes de 100 Ω de 24, 26 y 28
En un ensamblaje de cable de buena calidad, conforme a la especificación “SFF-8410-Specification for HSS Copper Testing and Performance Requirements”, el NEXT medido debe ser inferior al 3%. En cuanto al parámetro S, el NEXT debe ser superior a 28 dB.
Pérdida de retorno (Conceptos básicos de parámetros de alta frecuencia 06 - Pérdida de retorno)
La pérdida de retorno mide la cantidad de energía reflejada por un sistema o cable cuando se inyecta una señal. Esta energía reflejada puede provocar una caída en la amplitud de la señal en el extremo receptor del cable y problemas de integridad de la señal en el extremo transmisor, lo que puede causar interferencias electromagnéticas tanto para el sistema como para sus diseñadores.
Esta pérdida de retorno se debe a desajustes de impedancia en el cableado. Solo tratando este problema con sumo cuidado se puede evitar que la impedancia de la señal varíe al pasar por el conector, el enchufe y el terminal del cable, minimizando así la variación de impedancia. La norma SAS-4 actual se ha actualizado a un valor de impedancia de ±3 Ω, frente a los ±10 Ω de la norma SAS-2, y los cables de buena calidad deben cumplir con la tolerancia nominal de 85 o 100 ±3 Ω.
Distorsión sesgada
En los cables SAS, existen dos tipos de distorsión por retardo: entre pares diferenciales y dentro de los pares diferenciales (la señal diferencial de la teoría de integridad de la señal). En teoría, si se introducen múltiples señales en un extremo del cable, deberían llegar simultáneamente al otro extremo. Si estas señales no llegan al mismo tiempo, se produce un fenómeno denominado distorsión por retardo del cable o distorsión por retardo. En el caso de los pares diferenciales, la distorsión por retardo dentro del par diferencial es el retardo entre los dos hilos del par diferencial, y la distorsión por retardo entre pares diferenciales es el retardo entre los dos conjuntos de pares diferenciales. Una distorsión por retardo elevada en el par diferencial empeorará el balance diferencial de la señal transmitida, reducirá la amplitud de la señal, aumentará la fluctuación temporal y provocará problemas de interferencia electromagnética. La diferencia de un cable de buena calidad con respecto a la distorsión por retardo interna debería ser inferior a 10 ps.
Fecha de publicación: 30 de noviembre de 2023
