Los sistemas de almacenamiento actuales no solo alcanzan velocidades de terabits y mayores tasas de transferencia de datos, sino que también consumen menos energía y ocupan menos espacio. Además, requieren una mejor conectividad para ofrecer mayor flexibilidad. Los diseñadores necesitan interconexiones más pequeñas para proporcionar las tasas de datos necesarias hoy o en el futuro. Y establecer una norma desde su concepción hasta su desarrollo y maduración gradual es un proceso complejo. Especialmente en el sector de las TI, cualquier tecnología se encuentra en constante mejora y evolución, como es el caso de la especificación Serial Attached SCSI (SAS). Como sucesora de la SCSI paralela, la especificación SAS lleva tiempo en el mercado.
A lo largo de los años, las especificaciones de SAS se han mejorado, aunque el protocolo subyacente se ha mantenido. Básicamente, no ha habido muchos cambios, pero las especificaciones del conector de interfaz externa han experimentado muchas modificaciones. Esto representa un ajuste realizado por SAS para adaptarse al entorno del mercado. Con esta mejora continua, que se ha convertido en un proceso gradual, las especificaciones de SAS han alcanzado una madurez cada vez mayor. Los conectores de interfaz con diferentes especificaciones se denominan SAS, y la transición de la tecnología paralela a la serial, y de la tecnología SCSI paralela a la tecnología SCSI serial (SAS), ha modificado significativamente el esquema de enrutamiento de cables. La tecnología SCSI paralela anterior podía operar en modo de terminación simple o diferencial a través de 16 canales a una velocidad de hasta 320 Mb/s. Actualmente, la interfaz SAS 3.0, más común en el ámbito del almacenamiento empresarial, todavía se utiliza en el mercado, pero su ancho de banda es el doble de rápido que el de SAS 3, que no se ha actualizado en mucho tiempo, alcanzando los 24 Gbps, aproximadamente el 75 % del ancho de banda de una unidad de estado sólido PCIe 3.0 x 4 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 SAS como Mini SAS 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 y el diseñador del sistema deben prestar especial atención a los parámetros de integridad de la señal durante todo el proceso de cableado.
No todos los fabricantes de cables pueden proporcionar señales de alta velocidad y calidad que satisfagan las necesidades de integridad de señal de los sistemas de almacenamiento. Los fabricantes de cables necesitan soluciones de alta calidad y rentables para los sistemas de almacenamiento más recientes. Para producir 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 alta velocidad para dispositivos de memoria actuales.
Especificación de integridad de la señal (¿Qué señal es completa?)
Algunos de los parámetros principales de la integridad de la señal incluyen la pérdida de inserción, la diafonía en el extremo cercano y lejano, la pérdida de retorno, la distorsión de asimetría del par diferencial interno y la amplitud del modo diferencial con respecto al modo común. Si bien estos factores están interrelacionados y se influyen mutuamente, podemos considerarlos individualmente 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 conductores, 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 de línea promedio de 24, que presenta una atenuación de tan solo 13 dB a 3 GHz. Si se requiere un mayor margen de señal a velocidades de datos más altas, se debe especificar 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 lo suficientemente pequeña, causará la mayoría de los problemas de enlace. La medición de NEXT se realiza en un solo extremo del cable y es 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 del cable.
El problema de la señal 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 una manipulación inadecuada del área 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
Un buen conjunto de cables, de acuerdo con la especificación SFF-8410 para pruebas de cobre HSS y requisitos de rendimiento, debe tener un valor NEXT inferior al 3 %. En cuanto al parámetro s, el valor 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 al inyectar una señal. Esta energía reflejada puede provocar una disminución en la amplitud de la señal en el extremo receptor del cable y causar problemas de integridad de la señal en el extremo transmisor, lo que puede generar interferencias electromagnéticas para el sistema y sus diseñadores.
Esta pérdida de retorno se debe a desajustes de impedancia en el conjunto del cable. Solo tratando este problema con sumo cuidado se puede evitar que la impedancia de la señal cambie al pasar por el conector, el enchufe y el terminal del cable, minimizando así la variación de impedancia. El estándar SAS-4 actual se ha actualizado a un valor de impedancia de ±3 Ω en comparación con los ±10 Ω del SAS-2, y los requisitos para cables de buena calidad deben mantenerse dentro de la tolerancia nominal de 85 o 100 ±3 Ω.
Distorsión sesgada
En los cables SAS, existen dos tipos de distorsión de sesgo: entre pares de diferencia y dentro de los pares de diferencia (la señal de diferencia de la teoría de integridad de la señal). En teoría, si se introducen varias señales en un extremo del cable, deberían llegar al otro extremo simultáneamente. Si estas señales no llegan al mismo tiempo, este fenómeno se denomina distorsión de sesgo del cable o distorsión de retardo-sesgo. Para los pares de diferencia, la distorsión de sesgo dentro del par de diferencia es el retardo entre los dos hilos del par de diferencia, y la distorsión de sesgo entre pares de diferencia es el retardo entre los dos conjuntos de pares de diferencia. Una gran distorsión de sesgo en el par de diferencia empeorará el balance de diferencia de la señal transmitida, reducirá la amplitud de la señal, aumentará la fluctuación temporal y causará problemas de interferencia electromagnética. La diferencia de un cable de buena calidad con respecto a la distorsión de sesgo interna debería ser inferior a 10 ps.
Fecha de publicación: 30 de noviembre de 2023
