Entwicklung zukünftiger Schnittstellenstandards

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Namen der Autoren: Martin Butz, Christian Kleinalstede
Titel der Arbeit: "Entwicklung zukünftiger Schnittstellenstandards"
Hochschule und Studienort: FOM Neuss


Inhaltsverzeichnis


1 Einleitung

Zur Einleitung in diese Fallstudie lässt sich eine zentrale Frage stellen: "Welche Vorteile sollen zukünftige Schnittstellen bringen?"

Zukünftige Schnittstellen sollen schneller werden und mehr Geräte verwalten können, als die bisherigen, da die zu verabeitenden Datenmengen immer größer werden. Gerade bei Echtzeitverarbeitungen und Virtualisierungen werden diese Anforderungen immer wichtiger. Da in der IT-Welt alles größer und mächtiger wird, werden natürlich auch die Entfernungen, die durch hochperformante Datenübertragungen überwunden werden müssen, immer größer, wodurch sich eine weitere Anforderung an die zukünftigen Schnittstellenstandards ableiten lässt. Die Reichweite soll vergrößert werden. Zuletzt spielt natürlich auch der Umweltschutz eine Rolle, also der Energieverbrauch soll gesenkt werden.


2 Definitionen

2.1 Schnittstelle

Eine Schnittselle (engl. Interface) ist eine logische oder physikalische Trennung einzelner Funktionseinheiten. Eine Schnittstelle muß nicht immer physikalisch in Gestalt einer Buchse oder eines Steckers existent sein. Eine Schnittstelle kann auch der Übergang in einem Programm sein, z.B. zwischen Haupt- und Unterprogramm.[1]


2.2 Standard

Der Begriff eines technischen Standards wurde von der ISO definiert als: "A technical specification or other document available to the public, drawn up with cooperation and consensus or general approval of all interests affected by it, based on the consolidation results of science, technology and experience, aimed at the promotion of optimum cummunity benefits and approved by a body recognised on the national, regional or international level."

Ein Standard ist eine Definition oder ein Format, das von einer anerkannten Standard-Organisation oder als De-Facto-Standard von der Industrie genehmigt wurde. Es existieren Standards für Programmiersprachen, Betriebssysteme, Daten-Formate, Kommunikations-Protokolle und elektrische Schnittstellen.

Vom Standpunkt eines Benutzers aus sind in der Computer-Industrie Standards äußerst wichtig, weil sie die Kombination von Produkten unterschiedlicher Hersteller für ein maßgeschneidertes System erlauben. Ohne Normen, könnten nur Hard- und Software gleicher Hersteller zusammen verwendet werden. Darüber hinaus können Standard-User-Interfaces den Umgang mit neuen Applikationen sehr stark erleichtern.

Die meisten offiziellen Computer-Standards werden durch eine der folgenden Organisationen verabschiedet:

  • ANSI (American National Standards Institute)
  • ITU (International Telecommunication Union)
  • IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
  • ISO (International Standards Organization)
  • VESA (Video Electronics Standards Association)

IEEE setzt die Standards der meisten elektrischen Schnittstellen. Die bekannteste Norm ist wahrscheinlich RS-232C, die Definition einer Schnittstelle für die serielle Kommunikation. IEEE ist auch verantwortlich für die Gestaltung von Fließkomma-Daten-Formate.

Wie IEEE im Allgemeinen mit der Hardware betroffen ist, ist ANSI in erster Linie mit der Software betroffen. ANSI hat für eine Reihe von Programmiersprachen Standards festgelegt, z.B. für C, COBOL-und FORTRAN.

ITU definiert internationale Standards, insbesondere Kommunikations-Protokolle. Dazu zählen unteranderem V.22, V.32, V.34 und V.42, die zur Übertragung von Daten über Telefonleitungen dienen.

Zusätzlich zu den Normen, die von Organisationen verabschiedet werden, gibt es auch De-Facto-Standards. Dies sind Formate, die zum Standard werden, weil eine große Anzahl von Unternehmen vereinbart haben, sie zu nutzen. Sie wurden nicht offiziell als Normen genehmigt, sind aber dennoch Standards. PostScript ist ein gutes Beispiel für einen De-Facto-Standard.[2]


3 Aktuelle Schnittstellenstandards

3.1 SATA und SATA 2

3.1.1 Technische Daten

Name: SATA SATA 2
maximale Übertragungsrate: 150 MByte/s 300 MByte/s
ATA-kompatibel: ja ja
SCSI-kompatibel: nein nein
Reichweite (intern): 1 m 1 m
Reichweite (extern): nicht unterstützt 1 m
maximale Anzahl an Laufwerken: 4 16
NCQ: nein ja
Hot-Plugging: nein ja
Release: 2003 2005


3.1.2 Beschreibung

Bei der EDV Abkürzung SATA handelt es sich um einen Festplattenstandard für IDE bzw. ATA-Festplatten der im Jahr 2001 von den Festplatten und Chip-Herstellern IBM, Quantum, Seagate, Western Digital, Intel und Maxtor vorgestellt wurde. Die Serial ATA International Organization (SATA-IO) ist für die Entwicklung und das Management den Serial ATA Standard weiter zu spezifizieren zuständig.[3] Der wesentliche Unterschied zwischen SATA und dem herkömmlichen ATA-Standard ist die Art der Datenübertragung. Beim ATA-Standard wurden die Daten über viele parallele Leitungen parallel übertragen, im Gegensatz dazu werden beim SATA-Standard die Daten seriell über ein 4adriges Kabel und einer Punkt zu Punkt Verbindung nacheinander Bit für Bit übertragen. Durch dieses serielle Verfahren werden bei Festplatten Datentransferraten von 150 MByte/s möglich.

Mainboards müssen den SATA bzw. Serial ATA Standard unterstützen, um in den Genuß solcher Datenübertragungsraten zu kommen, SATA Festplatten werden wegen ihrer hohen Datantransferrate vorwiegend bei RAID-System-Controller eingesetzt und benötigen in der Regel keine speziellen Treiber. SATA Kabellängen sind weitaus länger als gewöhnliche ATA-Kabel und besitzen kleinere Stecker. Die SATA-Kabel bzw. Stecker führen neben Datenleitungen auch die Stromleitungen, so dass eine externe Stromversorgung über das Netzteil entfallen kann. Auch die Konfiguration mehrerer SATA-Festplatten als Master, Slave oder Cable Select ist bei SATA nicht mehr notwendig. Im externen Betrieb ist der SATA-Standard auch Hot Plugging bzw. Hot Plug and Play fähig.

Die Spezifikation SATA 2 unterstützt einen Datendurchsatz von 3 Gbit/s (300 MByte/s) pro Sekunde und wurde 2004 vorgstellt. Der SATA 2 Standard erreicht dabei eine höhere Signalgeschwindigkeiten, ohne neue Kabel und Stecker. Denoch wurde eine neue Spezifikation für Kabel und Stecker auf dem IDF vorgestellt. Unter anderem wurde eine interne Multi-Lane-Kabel- und Steckerbaugruppe für die Optimierung der Verbindungen zwischen internen Host Ports sowie internen Geräten oder rückseitigen Platinen spezifiziert. Damit ist es möglich, beispielsweise ein RAID-Array mit mehreren Platten über ein Kabel an mehrere Ports eines RAID-Controllers anzuschließen. Auch externe Kabel- und Steckerlösungen zum Anschluss externer Speichergeräte wurde spezifiziert, einschließlich externer Multi-Lane-Kabel- und Steckerlösungen.[4]

Die Spezifikation eSATA ist ein externer Anschluss der auf dem SATA1.0a Standard basiert und für externe SATA Geräte geeignet ist. Dieser kann wie auch SATA1.0 bis zu 150 MByte/s übertragen.

Die meisten Mainboards haben heute einen eSATA Anschluss integriert. Seid 2005 sind solche Mainboards auf dem Markt.


3.2 SAS und SAS 2

3.2.1 Technische Daten

Name: SAS SAS 2
maximale Übertragungsrate: 300 MByte/s 600 MByte/s
ATA-kompatibel: ja ja
SCSI-kompatibel: ja ja
Reichweite (intern): 1 m 1 m
Reichweite (extern): 10 m 10 m
maximale Anzahl an Laufwerken: 16384 16384
NCQ: ja ja
Hot-Plugging: ja ja
Release: 2005 2007


3.2.2 Beschreibung

Serial Attached SCSI (SAS) ist eine Entwicklung der SCSI Trade Association die Ihren Sitz in Californien hat. [5]

Um Schnittstellen-Geschwindigkeiten von Massenspeichern weiter steigern zu können, ist man von parallelen Schnittstellen auf serielle umgestiegen. Die Bezeichnung Serial attached SCSI (SAS) kann man auch als SATA + SCSI bezeichnen.

SCSI musste diesem Trend folgen, um mit SATA konkurieren zu können. Weitere Konkurrenten sind iSCSI und Fibre Chanel. Doch diese beiden Massenspeicher-Schnittstellen eignen sich eher um größere Strecken zwischen Server und RAID-Arrays zu überbrücken. SAS transportiert SCSI-Kommandos über eine serielle Schnittstelle, die mit SATA Ähnlichkeiten hat. In der ersten Generation unterstützt SAS eine Bruttorate von 3 Gbit/s, welches 2004 auf den Markt kam. Mit Serial Attached SCSI 2 wurde die Datenrate auf 6 Gbit/s verdoppelt, welches 2007 auf den Markt kam. Weiterhin unterstüzt der SAS 2 Standard das Stadardized-Expander-Zoning, welches Multihost-Support und Sicherheitsfunktionen verbessert. [6]

Durch reine Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen Host-Adapter und Laufwerk entfällt die Konfiguration und erleichtert die Verkabelung. Alle SAS-Komponenten haben eine eigene feste Adresse. Für die Umsetzung des bestehenden SCSI-Protokolls ist das Serial SCSI Protocol (SSP) zuständig. Die Kompatibilität zu Seriel ATA Geräten erledigt das Serial ATA Tunneling Protocol (STP). Zudem beinhaltet SAS noch ein drittes Transportprotocol das Serial Management Protocol (SMP).[7] Es sorgt für die Kommunikation zwischen SAS-Controller und SAS-Gerät. SAS-Festplatten haben gegenüber SATA-Laufwerken viele Vorteile. So unterstützt SAS Native Command Queuing (NCQ) mit bis zu 256 Kommandos. Durch geschicktes umsortieren der Kommandos werden die Lesekopf-Bewegungen und so die Latenzzeiten minimiert. Bei SATA gibt es das auch, aber nur für 32 Kommandos.[8]

SAS verwendet die gleichen Stecker, wie SATA. Die SAS Laufwerke sind von vorne herein Hotplug-fähig. Außerdem liegen die Signalpegel bei SATA bei +- 250 mV. Bei SAS betragen sie +- 1,2 V. Dadurch ist die Störanfälligkeit geringer und es können längere Kabel für SAS verwendet werden.

Des Weiteren gibt es einen MINI-SAS Standard der für externe Verkabelung entwickelt wurde.


3.3 Fibre Channel und iSCSI

3.3.1 Technische Daten

Name: Fibre Channel iSCSI
maximale Übertragungsrate: 800 MByte/s 300 MByte/s
ATA-kompatibel: nein nein
SCSI-kompatibel: ja ja
Reichweite (intern): 30 m nicht spezifiziert
Reichweite (extern): 10 km nicht spezifiziert
maximale Anzahl an Laufwerken: keine Eingrenzung bekannt keine Eingrenzung bekannt
NCQ: ja ja
Hot-Plugging: ja ja
Release: 1997 2002


3.3.2 Beschreibung

Viele SANs basieren auf der Implementierung des Fibre-Channel-Standards, da Fibre Channel für serielle, kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsübertragung großer Datenmengen konzipiert wurde. Ähnlich wie bei klassischen Netzwerken, bei denen jede Netzwerkkarte eine MAC-Adresse hat, hat bei Fibre Channel jedes Gerät einen WWNN sowie jeder Port pro Gerät einen WWPN. Es handelt sich hierbei einen 64-Bit-Wert, der jedes Fibre-Channel-Gerät eindeutig identifiziert. Meistens wird dieser 64-Bit-Wert hexadezimal dargestellt. Fibre-Channel-Geräte können über mehr als nur einen Port verfügen, in diesem Fall hat das Gerät weiterhin nur eine WWNN, aber es besitzt WWPNs in der gleichen Anzahl wie es Ports besitzt. Die WWNN und die WWPN sind sich in der Regel sehr ähnlich. Fibre Channel kann als ein Transportsystem für Kommandos (im allgemeinen SCSI) betrachtet werden. Es packt die Daten in Frames und tranportiert sie unter Anwendung einer Fehlerkorrektur zum Bestimmungsort. Die erreichten Datenübertragungsraten liegen bei 4 Gbit/s und 8 Gbit/s, was im Vollduplex-Betrieb für Datentransferraten von 800 MByte/s ausreicht. Es sind jedoch auch geringere Datenübertragungsraten möglich, so war bis vor wenigen Jahren noch 1 Gbit/s die maximale Datenübertragungsrate im Fibre Channel. Als Übertragungsmedium findet man Kupferkabel und Glasfaserkabel. Innerhalb von Storage-Systemen werden hauptsächlich die Kupfkabel verwendet und haben eine maximale Reichweite von 30 m. Um die Storage-Systeme untereinander zu verbinden, werden meistens Glasfaserkabel verwendet. Mit diesen können Reichweiten von bis zu 10 km überbrückt werden. Der Zugriff auf die Festplatten erfolgt blockbasiert. Die Erweiterungskarten, die es den Servern ermöglichen über Fibre Channel zu kommunizieren, werden als HBA bezeichnet. Typische HBAs benötigen einen PCI-Express-Steckplatz mit 64-Bit-Busbreite und mindestens 100-MHz-Taktrate.

iSCSI ist ein Verfahren, welches die Nutzung des SCSI-Protokolls über TCP ermöglicht. Wie beim gewöhnlichen SCSI gibt es einen Controller (Initiator), der die Kommunikation steuert. Die Speichergeräte (Festplatten, Bandlaufwerke, optische Laufwerke etc.) heißen Target. Somit soll iSCSI den kostengünstigen Aufbau von Speichernetzwerken auf Bais von gängigen Ethernet-Netzwerkkomponenten ermöglichen. Bei diesem Verfahren werden SCSI-Daten vom Initiator in TCP/IP-Pakete verpackt und über IP-Netze transportiert. Die verpackten SCSI-Kommandos gelangen so zu einem SCSI-Router, der auf Basis vorhandener Mapping-Tabellen das entsprechende Target zur Kommunikation mit der SCSI-Datenquelle auswählt. Zwei Nachteile der iSCSI-Technologie sind mehr Interrupts pro Datenmenge für den Server und eine erhöhte CPU-Belastung. Derzeit sind Übertragungsraten von 1 Gbit/s möglich, da iSCSI von den Geschwindigkeiten des Netzwerkes abhängig ist, jedoch mit der Einführung des 10 Gbit-Ethernets erreicht iSCSI dann maximale Übertragungsraten von 1 GByte/s. iSCSI wird eingesetzt, um über eine virtuelle Punkt-zu-Punkt-Verbindung den Zugriff auf das Speichernetz zu ermöglichen, ohne dass eigene Speichergeräte aufgestellt werden müssen. Vorhandene Netzwerkkomponenten (Switch) können genutzt werden, da keine neue Hardware für die Knotenverbindungen nötig ist. Der Zugriff auf die Festplatten erfolgt blockbasierend, ist also auch für Datenbanken geeignet. Der Zugriff über iSCSI ist darüber hinaus transparent, erscheint auf Anwendungsebene also als Zugriff auf eine lokale Festplatte. Die Spezifikation des iSCSI-Standard wurde durch die Storage Networking Industry Association erstellt. iSCSI wurde 2002 zum Standard erklärt.[9]

Zur Zeit hat iSCSI eine geringere Grundgeschwindigkeit als Fibre Channel, was jedoch mit der Einführung des 10 Gbit-Ethernets nicht mehr der Fall ist. Für Fibre Channel werden im Vergleich zu iSCSI teure Spezialkomponenten benötigt.


3.4 USB 3.0

3.4.1 Technische Daten

Name: USB 3.0
maximale Übertragungsrate: 480 MByte/s
ATA-kompatibel: nein
SCSI-kompatibel: nein
Reichweite (intern): nicht spezifiziert
Reichweite (extern): nicht spezifiziert [10]
maximale Anzahl an Laufwerken: keine Eingrenzung bekannt
NCQ: ja
Hot-Plugging: ja
Release: 2008


3.4.2 Beschreibung

Der USB Standard wird von dem USB Implementers Forum (USB-IF), welches von verschiedenen Firmen gegründet wurde und nicht auf Gewinn aus ist, entwickelt. [11]

Im November 2008 wurden die Spezifikationen für USB 3.0 durch das "USB Implemters Forum vorgestellt. USB 3.0 soll mit dem SuperSpeed-Modus Datenraten von bis zu 4,8 GBit/s erreichen.[12]

Die höheren Datenraten werden durch eine Übertragungstechnik ähnlich PCI-Express bzw. Serial ATA ermöglicht. Allerdings erfordert diese Übertragungstechnik zu den bisherigen Datenleitungspaar (D+/D-) im Kabel noch zwei weitere Adernpaare und einen weiteren Masseanschluss. Da in den Steckern somit fünf weitere Kontakte erforderlich sind, werden mit USB 3.0 neue Steckverbinder und Kabel eingeführt. Die folgende Tabelle zeigt die 5 zusätzlichen Pins des USB 3.0 Steckers:

Name Beschreibung
SSTX+ Datenübertragung vom Host zum Gerät
SSTX− mit SSTX+ verdrillt
GND Masse
SSRX+ Datenübertragung vom Gerät zum Host
SSRX− mit SSRX+ verdrillt


Diese neuen Verbinder von Typ A sind mit den bisherigen Verbindern des Typs A abwärtskompatibel. USB 1.1- und USB 2.0-Geräte lassen sich auch weiterhin an USB 3.0 Hosts und neue 3.0-Geräte auch an USB 2.0- bzw. USB 1.1-Hosts betreiben. Durch die hier notwendigen Anbauten lassen sich zwar alte Stecker in neuen Buchsen, nicht jedoch neue Stecker in alten Buchsen verwenden. Dafür wären dann Adapter erforderlich.[13]

Die bei den bisherigen USB-Standards übliche Reihumabfrage der Geräte (Polling) entfällt. Durch solche Abfragen können Geräte in verschiedene Stromsparmodi (U0 bis U3) geschaltet werden. Möglich wird dies bei USB 3.0 durch zusätzliche Befehle.

Es stehen jedem Gerät bei USB 3.0 150 mA zur Verfügung. Auf Anforderung können statt bisher 500 mA nun 900 mA bereitgestellt werden.

Ältere Treiber sollen weiterverwendbar bleiben. Allerdings werden sich Treiberupdates unter Umständen lohnen, etwa um die effizenteren neuen Stromsparmodi zu nutzen, welche im Ruhezustand der Geräte aktiviert werden können.[14]

Mit der Linux-Kernel Version 2.6.31 wird Linux das erste Betriebssystem sein, welches USB 3.0 unterstützt. [15]

Erste Geräte, die USB 3.0 nutzen, werden voraussichtlich ab Mitte 2009 erhältlich sein. Anders als noch bei USB 2.0 dürfen sich Geräte nur USB 3.0-kompatibel nennen, wenn sie tatsächlich die schnellstmögliche Geschwindigkeit (hier Super-Speed-Modus) anbieten.[16]


4 Zukünftige Schnittstellenstandards

4.1 SATA 3

4.1.1 Technische Daten

Name: SATA 3
maximale Übertragungsrate: 0,6 GByte/s
ATA-kompatibel: ja
SCSI-kompatibel: nein
Reichweite (intern): 1 m
Reichweite (extern): 1 m
maximale Anzahl an Laufwerken: keine Eingrenzung bekannt
NCQ: ja
Hot-Plugging: ja
Release: 2009


4.1.2 Beschreibung

Der offiziell unter dem Namen Serial ATA Revision 3.0 geführte neue Standard ist zu SATA 2 abwärtskompatibel und ermöglicht Datenübertragungsraten von bis zu 6 Gbit/s. Die Stecker sind die gleichen wie bei SATA 2.

Zu den neuen Funktionen zählt unter anderem ein neues Streaming Kommando für Native Command Queuing (NCQ), das isochrone Datentransfers für datenintensive Applikationen wie Multimedia-Streaming unterstützt. Zudem kann der Host über NCQ Management Einfluss auf die Reihenfolge der abzuarbeitenden NCQ-Kommandos nehmen, um so die Leistung zu erhöhen.

Darüber hinaus bietet SATA 3 neue Stromsparfunktionen, spezifiziert eine neue LIF-Steckverbindung (Low Insertion Force Connector) für 1,8-Zoll-Festplatten sowie eine Steckverbindung speziell für 7 mm flache optische Laufwerke.[17]


4.1.3 Entwicklungsstand

Die Serial ATA International Organization (SATA-IO) hat SATA 3 auf dem Intel Developer Forum im August 2008 als Spezifikation erstmals vorgestellt.[18] SATA-IO hat die entgültige und finalisierte Spezifikation für SATA 3 am 27.05.2009 veröffentlicht, die Datentransfergeschwindigkeiten von bis zu 6 Gbit/s sowie Multimedia-Erweiterungen vorsieht.[19]

Erste Produkte soll es bis Ende 2009 geben. Prototypenhardware gibt es jedoch schon, unter anderem erste SATA-3-Festplatten von Seagate.[20]


4.2 SAS 3

4.2.1 Technische Daten

Name: SAS 3
maximale Übertragungsrate: 1,2 GByte/s
ATA-kompatibel: ja
SCSI-kompatibel: ja
Reichweite (intern): 1 m
Reichweite (extern): 10 m
maximale Anzahl an Laufwerken: 16834
NCQ: ja
Hot-Plugging: ja
Release: voraussichtlich 2012 bis 2013


4.2.2 Beschreibung

SAS 3 soll der Nachfolger von SAS 2 werden. Der Standard SAS 3 sollte nach der ursprünglichen SCSI Roadmap 2010 verabschiedet werden und maximale Datenübertragungsraten von 12 Gbit/s übertragen können. Aktuellere Roadmaps der SCSI Trade Associate zeigen, dass der Standard wahrscheinlich erst 2012 oder 2013 fertiggestellt sein wird.


4.2.3 Entwicklungsstand

Bild:roadmap_sas.gif


Der Standard SAS 3 befindet sich derzeit noch in der anfänglichen Entwicklungsphase und es sind noch nicht viele Details über den zukünftigen Standard bekannt. Wahrscheinlich werden aber alle Spezifikationen wie bei den vorherigen Standards SAS und SAS 2 mit Ausnahme der maximalen Übertragungsrate sein.


4.3 InfiniBand

4.3.1 Technische Daten

Name: InfiniBand
maximale Übertragungsrate: 100 GByte/s
ATA-kompatibel: ja
SCSI-kompatibel: ja
Reichweite (intern): keine Eingrenzungen bekannt
Reichweite (extern): keine Eingrenzungen bekannt
maximale Anzahl an Laufwerken: keine Eingrenzungen bekannt
NCQ: ja
Hot-Plugging: ja
Release: 2011


4.3.2 Beschreibung

InfiniBand ist eine Industrie-Standard Spezifikation, die eine Eingangs- und Ausgangs-Architektur definiert, um Server, Kommunikationsinfrastrukturen und Storage Systeme zu verbinden. Infiniband ist eine wahre Industrie Architekur, die heute schon mit über 120 Gbit/s Komponenten verbindet.

Infiniband hat einen sehr niedrigen Protokoll- und Verwaltungs-Overhead und ist ideal, um verschiedene Datentypen über eine einzige Verbindung zu übertragen. Infiniband wird am meisten in Hochverfügbarkeitssystemen und Cluster-Systemen genutzt und verbindet meistens tausende von Rechnern.

Infiniband ist eine Entwicklung der Infiniband Trade Association, die 1999 zur Weiterentwicklung der Infiniband Spezifikation von IBM, Intel, Mellanox,QLogic, Sun und Voltaire gegründet wurde. [21]

Infiniband nutzt eine Punkt zu Punkt Verbindung über 2.5 GHz differential Paare wobei einer überträgt und einer empfängt. Infiniband nutzt dabei das 8bit 10bit enconding. Dies bedeutet 8 bit werden netto übertragen und 2 Bit dienen zur Syncronisation. Höhere Bandbreiten werden über Gruppen von 4 oder 12 Paaren erreicht. [22] Weiterhin unterstüzt Infiniband Hot-Plugging und nutzt Backplane, Kupferleitungen oder optische Glasfaserleitungen,[23]


4.3.3 Entwicklungsstand

Die vorgestellte Roadmap von IBTA (InfiniBand Trade Association) zeigt das Infiniband bis 2011 1000 Gbit/s erreichen soll.

Bild:Infiniband_Roadmap.gif


4.4 PCI-Express als mögliche Alternative

4.4.1 Technische Daten

Name: PCI-Express x1 PCI-Express x4 PCI-Express x8 PCI-Express x16 PCI-Express x32
maximale Übertragungsrate: 0,5 GByte/s 2 GByte/s 4 Gbyte/s 8 GByte/s 16 GByte/s
Release: 2002 2002 2002 2002 2002


4.4.2 Beschreibung

PCIe ist der Nachfolger von PCI und AGP. Der PCIe-Bus ist ein Verbindungsbus mit dem man Peripheriegeräte dem Computer zufügen kann. PCIe wurde im Juli 2002 veröffentlicht. Im Gegensatz zum PCI-Bus, der als Parallelschnittstelle arbeitet, arbeitet der PCIe-Bus seriell. Trotz dieses anderen physischen Aufbaus ist PCIe softwareseitig voll kompatibel zu PCI, so dass weder Betriebssysteme und Treiber noch Anwendungsprogramme angepasst werden müssen.

PCIe bietet als neues Feature gegenüber PCI Quality of Service. Dazu werden virtuelle Kanäle VC benutzt, welchen eine Priorität TC zugeordnet wird. Standardmäßig läuft der Datenverkehr über VC0 mit TC0. Durch die Benutzung von anderen virtuellen Kanälen kann bestimmter Datenverkehr priorisiert werden.

Ein PCIe-Steckplatz kann das daran angeschlossene Gerät mit Strom versorgen. Laut Spezifikation beträgt die gelieferte Leistung maximal 75 Watt bei einem PEG (PCIe-x16) Slott.[24] Da dies für manche Hochleistungsgrafikkarten jedoch zu wenig sein kann, sieht die Spezifikation unterschiedliche Zusatzstecker zur Stromversorgung vor, sogenannte PEG Connector, die +12V liefern.

PCI-Express wurde von PCI-SIG(PCI Specialist Interest Group) entwickelt. PCI-SIG ist für die Entwicklung stabiler und kompatibler Standards für PCI Geräte zuständig. PCI-SIG wurde 1992 gegründet. Mit über 900 Mitgliedern ist die PCI Spezifikation in den Händen einer Entwickler Community.[25]

Die 8 Bit-10 Bit-Codierung wird bei PCI-Express ebenfalls genutzt und ähnelt der Übertragungscharakteristika von InfiniBand.[26]

SSDs kratzen mit maximalen Übertragungsraten von 250 MByte/s an der Grenze des gegenwärtigen SATA-Standards. Zumindest in Desktop PC´s steht mit PCI-Express ein schnellerer Bus zur Verfügung.


4.4.3 Entwicklungsstand

Erste Festplatten auf SSD (Solid Stats Disc) Basis für PCI-Express-Slots von der Firma OCZ sind seit Mai 2009 auf dem Markt.[27]


5 Fazit

Name: SATA SATA 2 SAS SAS 2 Fibre Channel iSCSI USB 3.0 SATA 3 SAS 3 InfiniBand PCIe x32
maximale Übertragungsrate: 150 MByte/s 300 MByte/s 300 MByte/s 600 MByte/s 800 MByte/s 300 MByte/s 480 MByte/s 0,6 GByte/s 1,2 GByte/s 100 GByte/s 16GByte/s
ATA-kompatibel: ja ja ja ja nein nein nein ja ja ja -
SCSI-kompatibel: nein nein ja ja ja ja nein nein ja ja -
Reichweite (intern): 1 m 1 m 1 m 1 m 30 m - - 1 m 1 m - -
Reichweite (extern): - 1 m 10 m 10 m 10 km - - 1 m 10 m - -
maximale Anzahl an Laufwerken: 4 16 16384 16384 - - - - 16834 - -
NCQ: nein nein ja ja ja ja ja ja ja ja -
Hot-Plugging: nein ja ja ja ja ja ja ja ja ja -
Release: 2003 2005 2005 2007 1997 2002 2008 2009 voraussichtlich 2012 bis 2013 2011 2002


Mit neuen Schnittstellenstandards werden immer schnellere Geschwindigkeiten erreicht. Es ist jedoch zu sehen, das die Hardware zur Zeit in gewissen Bereichen große Fortschritte macht und teilweise sogar die Geschwindigkeiten aktueller Standards übertrifft.

Neue Standards wie SATA 3.0 oder SAS 3 werden hier Abhilfe bei den SSD schaffen.

Weiterhin ist zu erkennen, das die neuen Schnittstellen immer intelligenter werden und bestimmte Modien für Anwendungen bereitstellen, wie z.B. der neue SATA 3.0 Standard mit seinem Multimedia Modus der extra für Datenintensive Applikationen entwickelt wurde.

Neue Schnittstellenstandards stellen auch Funktionen für weitere Energiesparpotentiale bereit. Wie z. B. der neue Energiesparmodus bei USB 3.0 und SATA 3.0.

Bei zukünftigen Schnittstellen wird darauf geachtet, dass sie weitmöglichst abwärtskompatibel zu den Vorgängerversionen sind und wenn möglich die gleichen Kabeltypen nutzen können.

Serielle Verbindungen sind die Zukunft und werden in allen neuen und teilweise schon aktuellen Standards genutzt. Punkt zu Punkt Verbindungen sowie Bit für Bit Übertragungen spielen hier Ihre großen Vorteile aus und finden in heutigen sowie zukünftigen Standards eine große Rolle.

SAS 3.0 zeigt gute Ansätze und könnte, da es viele Protokolle und eine hohe Geschwindigkeit besitzen wird, ein lang genutzer Standard werden, der einen großen Markanteil inbesondere in Unternehmen aber auch in Privathaushalten erreichen.


6 Glossar

HBA Host Bus Adapter
Hot-Plugging Hot-Plugging (übersetzt: heißes Stecken) und Hot-Swapping (übersetzt: heißes Tauschen) bezeichnen den Wechsel bzw. die Wechselbarkeit von Systemkomponenten bzw. Modulen im laufenden Betrieb des Systems.
PCIe Peripheral Component Interconnect Express
NCQ Native Command Queuing (übersetzt: natürliche Befehlsreihung) ist eine Technologie, die es ermöglicht, dass mehrere Anfragen gleichzeitig an die Festplatte abgesetzt werden und diese dann selbst entscheidet, in welcher Reihenfolge sie sie abarbeitet. Durch die Vermeidung unnötiger Lesekopfbewegungen kann so der Durchsatz und vor allem die Latenz verbessert werden.
Release Release (übersetzt: loslassen, freigeben, herausgeben) ist der Moment, indem etwas herausgegeben bzw. veröffentlicht wird.
SAN Storage Area Network
SCSI Small Computer System Interface ist ein Bussystem für PCs und vergleichbare Rechner zum Anschluss von Peripheriegeräten.
SSD Solid State Drive (dt. Festplattenkörper) auch Solid State Disk genannt ist ein Speichermedium, das wie eine herkömmliche Festplatte eingebaut und angesprochen werden kann, ohne eine rotierende Scheibe oder andere bewegliche Teile zu enthalten, da nur Halbleiterbausteine vergleichbarer Größe verwendet werden.
TC Traffic Class
VC Virtual Channel
WWNN World Wide Node Name
WWPN World Wide Port Name


7 Fußnoten

  1. ↑ vgl. Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, 2004
  2. ↑ vgl. WebMediaBrands Inc., 2009
  3. ↑ vgl. SATA-IO, 2009
  4. ↑ vgl. Klaß & Ihlenfeld Verlag GmbH, 2004
  5. ↑ vgl. STA Governance, 2009
  6. ↑ vgl. speicherguide.de, 2009
  7. ↑ vgl. IDG Business Media GmbH, 2004
  8. ↑ vgl. Stor IT Back Annette Bornemann und Stephan Kranz, GbR, 2009
  9. ↑ vgl. IDG Business Media GmbH, 2003
  10. ↑ vgl. Klaß & Ihlenfeld Verlag GmbH, 2008
  11. ↑ vgl. USB Implementers Forum,Inc., 2009
  12. ↑ vgl. NetMediaEurope Deutschland GmbH, 2008
  13. ↑ vgl. COMPUTEC MEDIA AG, 2008
  14. ↑ vgl. Inqnet GmbH, 2008
  15. ↑ vgl. linux-community.de, 2009
  16. ↑ vgl. c't 22/2008 (Benjamin Benz: Pfeilschnell – Die dritte USB-Generation liefert Transferraten von 300 MByte/s.), Seite 212
  17. ↑ vgl. CHIP Xonio Online GmbH, 2009
  18. ↑ vgl. hardware-info.com, 2008
  19. ↑ vgl. Klaß & Ihlenfeld Verlag GmbH, 2009
  20. ↑ vgl. CBS Interactive GmbH, 2009
  21. ↑ vgl. InfiniBand® Trade Association, 2009
  22. ↑ vgl. interfacebus.com, 2008
  23. ↑ vgl. interfacebus.com, 2008
  24. ↑ vgl. Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG, 2009
  25. ↑ vgl. PCI-SIG, 2009
  26. ↑ vgl. Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG, 2009
  27. ↑ vgl. Klaß & Ihlenfeld Verlag GmbH, 2009


8 Quellen

8.1 Printmedien

  • c't 22/2008, 2008
  • Niels Klußmann, 1997, Lexikon der Kommunikations- und Informationstechnik, Hüthig Verlag, Heidelberg


8.2 Internet-Quellen

Von „http://winfwiki.wi-fom.de/index.php/Entwicklung_zuk%C3%BCnftiger_Schnittstellenstandards“
Persönliche Werkzeuge