SAS Expander之边缘扩展器

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SAS在SATA的串行点对点架构的基础上，通过引入相当于网络中交换机和路由器的Expander（扩展器），从而能够形成一个先进的交换式拓扑架构，伸缩性和灵活性远远超出并行SCSI及FC-AL（光纤通道仲裁环路）。如果要构建一个基于SAS技术的磁盘阵列或更大型的存储系统，Expander必不可少。
与SAS控制芯片、HBA和硬盘驱动器相比，SAS Expander IC虽然端口数量较多，但对外的连接比较简单——需要考虑的标准只有SAS一种。这样带来的好处是可以减少在互操作性上投入的精力，缩短产品开发周期。看看4GFC，交换机推出的时间明显早于其他设备就是类似的原因使然。

SAS扩展器（红圈中的VSC7154）与控制芯片（VSC7250）的关系示意图
不过，SAS Expander毕竟是一种全新的设备。一方面，产品设计没有先例可循，摸索前进在所难免；另一方面，由于SAS Expander具有交换机的性质，吸引了PMC Sierra和Vitesse等具有网络交换机IC开发经验的厂商加入进来，并压倒LSI Logic成为主导力量。
SAS Expander的SAS端口不仅要连接硬盘驱动器等端设备，还要连接主机端设备，因此其数量通常不是2的幂次方（2、4、8、16……），而经常是3的整数倍，例如6、12、18、24、36等。这些端口一般都能自动检测并协商1.5Gbps或3.0Gbps的连接速率，以及支持配置为一个宽端口（x2或x4）。

简单的扩展器应用模型
目前市场上SAS Expaner的提供者主要是LSI Logic、PMC Sierra和Vitesse，各自有4款、6款和9款产品，下面我们将按照端口数量和类型的不同分组介绍。
6端口SAS Expander
PMC Sierra和Vitesse各有一款6端口SAS Expander：

• PM8381 SXP 6x3G是144管脚TQFP封装的20×20mm芯片，具有
  
  
  
  • 可任意分配给主机或目标的6个端口，支持主机到目标（host-target）、主机到主机和目标到目标的连接；
    
  • 连接主机端的Phy（可理解为单宽度的端口）可组成一个具有通用SAS地址的宽端口；
    
  • 支持STP，自动检测SATA或SAS硬盘驱动器，容忍扩展时钟频谱（Spread Spectrum Clocking，SSC）降低电磁干扰；
    
  • 允许SMP访问寄存器。
  
  
• VSC7149同样采用144管脚TQFP封装，具有
  
  
  
  • 6个独立的自配置端口，支持任意Phy之间的连接；
    
  • 通过内部的STP/SATA桥接功能支持SATA驱动器；
    
  • 支持SMP命令/协议，内嵌用于本地控制和SMP功能的32位RISC CPU（盘柜管理处理器，EMP）。

作为最低端的产品，6端口SAS Expander的多数端口直接连接SAS或SATA硬盘驱动器，其余的端口连接HBA或较为复杂的Fan-out（输出）Expander，其主要应用环境包括企业级服务器存储、内部服务器存储背板、高端桌面或工作站系统、具备外部盘柜支持的DAS、JBOD、低端NAS/SAN系统、磁盘备份/近线/固定内容存储系统等。

12端口SAS Expander
对Expander 而言，12端口比6端口具有更广的适用范围，LSI Logic和Vitesse各有两款产品，PMC Sierra也有一款：

• LSISASx12和LSISASx12A都采用472管脚EPBGA封装，属于带路由表的Edge Expander（边缘扩展器），具有
  
  
  
  • 12个完全独立的SAS或SATA端口；
    
  • 支持SSP目标和发起者（Target and Initiator）、STP目标和发起者、SMP目标和SATA协议；
    
  • 能控制SAS/SATA硬盘驱动器旋转启动的顺序，并具备诊断能力。
    
  • 两者的区别是LSISASx12支持3.0Gbps SAS和1.5Gbps SATA连接，而LSISASx12A支持的SAS和SATA连接均能达到3.0Gbps，并提供了增强的SGPIO支持。由于管脚兼容，原来采用LSISASx12的系统可以升级到LSISASx12A。
  
  
• PM8383 SXP 12x3G是228管脚CSBGA封装的23×23mm芯片，采用
  
  
  
  • 任意Phy到任意Phy的交换架构，主机和目标端口均可以配置为宽端口，能支持多个主机连接；
    
  • 支持STP，嵌入式虚拟SSP端口能够通过SAS网络传送和接收SCSI和SAF-TE命令；
    
  • 支持SMP链路、端口和应用层，并提供对内部寄存器的访问；
    
  • 自动检测SATA或SAS硬盘驱动器，提供旋转启动控制，能接受来自SATA硬盘驱动器的SSC。
  
  
• VSC7150的各项功能与VSC7149基本相同，只是端口数增加到12个并采用208管脚TQFP封装。VSC7160将内部无阻塞cross-bar矩阵提供的活动端口扩展连接Phy从6个提高至12个，有利于改善性能。VSC7160在Adaptec SANbloc S50 SAS/SATA JBOD中得到了应用。

12端口SAS Expander的主要应用环境涵盖了6端口产品所涉及的范围，还包括RAID存储盘柜。顺便提一句，Vitesse还有一款10端口的SAS Expander芯片VSC7161。


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