シリアルATA

シリアルATA（SATA、Serial ATA、シリアルエーティーエー、エスエーティーエー、エスアタ、サタ）とは、コンピュータにハードディスク、SSDや光学ドライブを接続する為のインタフェース規格である。2010年時点において、SCSIやパラレルATAに代わって主流となっている記録ドライブの接続インタフェース規格である。 中心規格として、1.5Gb/s・3Gb/s・6Gb/sのデータ転送速度を持つ3つの規格があり、いずれの製品も互換性がある。異なる規格の製品を接続した場合、低い性能に合わせて機能する。ただし、通常の内部機器用、外部機器用、小型機器用でそれぞれコネクタが異なり、物理的に接続できない。 3つの規格は、一般にそれぞれ「シリアルATA 1・2・3」(Serial ATA I/II/III) とも呼ばれるが、これは公式な規格名称ではない。製品名称や宣伝における表記では、 規格と性能は必ずしも一致しないことや、規格番号と性能数値を混同しうることから、このような通称を用いるべきではないとされ、「SATA 6Gb/s」のような表記が求められている。一方、規格仕様書自体を具体的に指したいときは、「Serial ATA Revision 3.0」のように表記する。 旧規格であるATA（パラレルATA）はデータを複数の信号線に分割して転送するという原理上、伝送経路間でわずかに信号のずれ（クロックスキュー）が発生する。分割されたデータを再結合するにはクロックスキューを許容して全ての経路でデータが到着するのを待つ時間が必要である。転送速度を向上させる場合は待ち時間を短くしなくてはならないが、限界が見えてきた為、更なる転送速度向上が可能な規格として誕生した。 シリアルATA ワーキンググループが2000年2月に発足。2000年11月にSerial ATA Revision 1.0が発表された。この時に、2007年頃（第三世代、後のSerial ATA Revision 3.0）までの大まかな開発予定も示された。なお、最初はUltra SATA/1500の名で規格が発表された。 シリアルATA 2 ワーキンググループ (Serial ATA II Working Group) の発足は2002年2月。「シリアルATA 2」(Serial ATA II) という間違った通称はこの組織名に由来する。本来はあくまで組織名であって、規格や技術を指す言葉ではなかった。後にSerial ATA International Organization (SATA-IO) へと改名。 また、シリアルATA 2という表記は当初、商品性能表記での混乱などもあり、特定の機能であるNCQや転送速度3Gb/sを表す名前だという誤解があった。実際には、機能と速度が別々の規格となっており特定部分のみを採用した製品も可能である。2005年にはこのような誤解を避けるため、従前の規格を単一規格にまとめたSerial ATA Revision 2.5が発表された。 発売当初は形状の規格が混乱した状態にあった。その為当初市場に出回った非常に「抜け易い形状」のシリアルATAケーブルやコネクタが混在する点には注意が必要である。 従来の主流であるパラレルATAとの比較では、以下のような違いがある。 パラレルATAとは：シリアルATAが登場して以降、旧来のパラレル通信を行うATA規格を区別するレトロニムであり、正規の規格名称ではない。しかし本項では可読性向上の便宜を図るため、シリアルATA登場以前の規格を「パラレルATA」と表記する。シリアルATA登場以前の規格は単にATAと称されていたが、それらを指して「パラレルATA」と記述していることに留意が必要。 信号経路のシリアル化。 ホットスワップへの対応。 通信速度向上。UDMA6の133.3MB/sから150MB/sに。 ケーブル長が最大45.7cmから1mに（外付け用の規格eSATAでは2m）。 信号の伝送に使用する電圧がパラレルATAの5Vから0.5Vに低減すると共に、USBなどに使われているLVDS技術を使用している。これにより消費電力と信号の干渉の低減、ケーブル長の延長を実現している。 従来は80芯40pinコネクターのフラットケーブルであったものを7pinのケーブルとした。これによりケーブルの取り回しを容易にするとともに、コンピュータ内部のエアフローを改善し、配線の混雑を減らす。コネクタ部も新しくなったため、パラレルATA規格とシリアルATA規格の物理的な接続に互換性はない。例えばパラレルATAインターフェースのマザーボードにシリアルATAのドライブは使用できず、その逆も不可である。 相互接続を実現する為に小規模メーカーなどからパラレルATA・シリアルATAの変換アダプタが販売されている。しかしながら、仕様が大きく異なるため相性問題が発生しやすく、正常に認識・利用出来る保証は無い（特にATAPIデバイスの場合）。 マスタースレーブ接続の概念の廃止。1本のケーブルに1台のデバイスを接続するようになった。2003年以前に設計された、従来のパラレルATAのマスタースレーブ接続を想定しているOSでは誤動作を起こす可能性があるが、インタフェースの違いをチップセットが吸収できる場合が多い（パラレルATAのエミュレートモードやデバイスドライバでカバーしている）。 USBと同様に、シリアルATA規格ではホストコントローラのレジスタインタフェースは規格の範囲外である。ホストコントローラのAHCI規格はシリアルATAの規格範囲外である。パラレルATAでも明示的にレジスタインタフェースが規定されていたわけではないが、規格内の「タスクファイル」がそのまま実際のレジスタと見做すことができる実装がほとんどであるため問題にならなかった。 リンクレイヤでは、パラレルATAの機能をほぼ同等に備える。そのためパラレルATAのレジスタインタフェースをエミュレートするホストコントローラを比較的容易に実装できる。インテルのICH（I/O コントローラー・ハブ）などは実際にそのように実装されている。 電源及び信号コネクタの物理寸法と配置が規格化されているので、ドライブのメーカを問わず共通のバックプレーンにケーブルを介すことなく直接着脱できる。 Advanced Host Controller Interface (AHCI) は、Serial ATA Revision 2.0 と密接な関連を持つものの、ホストコントローラーの規格であり、シリアルATA規格に含まれるものではない。 シリアルATA対応のホストコントローラーのなかには、動作モードにこの"AHCI"の他、IDEエミュレーションモード（"IDE"あるいは"PATA"などと表記）を持つものがあり、これら動作モード設定においてサポートするオペレーティングシステムやデバイスドライバとの整合性を図る必要がある物が多い。 トポロジ エンコード 物理層では8b/10bエンコードを行う。よってデータリンク帯域は物理レートの80%となる。（例：SATA 3Gb/sでの実効転送速度は2.4Gb/s、300MB/s） 物理転送速度 - 1.5Gb/s 実効転送速度 - 1.2Gb/s (150MB/s) (*)ケーブル上では1byte(8bit)のデータが10bitに符号化されるため、実際の転送速度は1.5Gb/s x (8bit / 10bit) = 1.2Gb/s = 150MB/sとなる。以降の規格も計算方法は同じ。 インターフェイス名 - First generation 2003年1月7日にリリース Serial ATA Revision 1.0aを基に拡張したもの。Serial ATA Revision 1.0a策定後から2004年頃までにとりまとめられた技術的な拡張全体を指す。 物理転送速度 - 3Gb/s 実効転送速度 - 2.4Gb/s (300MB/s) インターフェイス名 - Second generation NCQ (Native Command Queuing) やマルチポート等の概念を入れる 15ピン電源端子にアクティブLEDやスピンアップ制御機能をオプション扱いで盛り込む インタフェース仕様の統一の為、AHCIが規格化された。ATAエミュレートが不要な為性能も向上する。 2005年8月23日付 SATA-IO、シリアルATAのRevision 2.5仕様を策定 SATA 1.0aとSATA 2.0の拡張仕様を統合 2007年3月5日付 SATA-IO、シリアルATAのRevision 2.6仕様を策定 小型フォームファクタ用スリムドライブ向けのスリムケーブルとコネクタ 1.8インチHDD向けのMicro SATAコネクタ Mini SATAの内蔵/外付けマルチレーンケーブルとコネクタ 複雑なワークロード環境のデータに対するネイティブコマンドキューイング (NCQ) の優先度の強化 NCQのアンロードの強化 2008年8月18日付 SATA-IO 発表、2009年5月27日策定完了。米マーベル社からSerial ATA Revision 3.0コントローラチップが出荷されており、マザーボードやインタフェースカードに搭載、販売されている。パソコン向けチップセットにおけるサポート（機能の内蔵）は、AMDが890GXのサウスブリッジのSB850へSerial ATA Revision 3.0コントローラを実装し、インテルはSandy Bridgeに対応するチップセット6x世代から実装した。 物理転送速度 - 6Gb/s (750MB/s) 実効転送速度 - 4.8Gb/s (600MB/s) インターフェイス名 - Third generation 電力管理能力の向上 アイソクロナス転送（帯域保障）によるNCQ (Native Command Queuing) ストリーミングコマンドの追加（オーディオや動画等の広帯域データ転送向け） NCQコマンドのホストコントローラ処理や管理強化によるパフォーマンスの最適化 1.8インチドライブ向け小型LIF (Low Insertion Force) コネクタのサポート ノートPC用7mmスリム光学ドライブ向けコネクタのサポート INCITS ATA8-ACS 規格適合（HDDとSSDの識別が可能となる） 低コスト・低消費電力の方向性を継続 コネクタとケーブルはSATAとパラレルATAを比較した時に最も顕著に異なる箇所である。PATAとは異なり、主にデスクトップやサーバーコンピューター用に使用される3.5インチの記憶装置と、ノートパソコンなどの小型パソコンに使用される2.5インチの記憶装置で同じコネクタが使用される。 mSATAコネクタは1.8インチの記憶装置のほか、DVDやBlu-rayなどの小型デバイスにて使用される。 外部装置用にはeSATAコネクタが指定される。この場合SATAドライブはSASコントローラに接続されネイティブSASディスクと同じケーブルで通信できるが、SATAコントローラではSASディスクを処理はできない。 マザーボードなどが備えるSATAポートは誤って抜けないようにロックやクリップのついたデータケーブルを使用。一部のケーブルは接続を容易にするためにL字型のコネクタとなっている場合がある。 SATA規格は、7本の導線（3つのGNDと4本2対データ線）と両端に8mm幅のコネクタを持つデータケーブルを定義している。 SATAケーブルの長さは最大1mで、1つのマザーボードソケットを1つの記憶装置に接続できる。PATAのリボンケーブルでは、1つのマザーボードソケットを1つまたは2つのハードドライブに接続し、40本または80本の導線で長さ45.7cmに制限されている。このため、SATAケーブルはPATAケーブルに比べて取り付け易く、空冷の障害となりにくい。なお、PATAに比べ偶発的に抜けやすくなるが、これについてはロック機能を持ったケーブルを使用することで回避できる。 7ピンSATAケーブル（上向きL字型コネクタ） 3.5インチHDDのSATAのポート。左がデータ用、右が電源。長いピンはGNDであり、先に接触するようになっている。 完全にシールドされたSATA3.0ケーブルの断面図 各電圧は3ピンで構成され、1ピン当たり1.5Aを供給できる。 ノートPCの光学ドライブなど向けに、Serial ATA Revision 2.6 で規格化。 1.8インチHDDなど向けに、Serial ATA Revision 2.6 で規格化。なお、データ用のマイクロコネクターもあり、データ用の標準コネクターに似ているが、少しだけ薄い。 External Serial ATAの略称。Serial ATA Revision 1.0aの拡張規格で、字の綴りから「イーサタ」等とも呼ばれる。外付けドライブ向けに定義されたもの。 誤接続を防ぐ為、eSATAのコネクター形状はシリアルATAのコネクター形状とは違うものになっている 接続ケーブルの長さは最大2m ホスト（コンピュータ）の電源を入れたまま、接続ケーブルを抜き差し出来るホットスワップに対応 eSATA外部用コネクターとケーブルは規格上、5000回以上の抜き差しに耐えること、となっている（SATA内部用コネクターは、規格上は50回以上となっている） eSATA (3Gb/s) はUSB 2.0接続の5倍以上の速度で通信可能、eSATA (6Gb/s) はUSB 3.0と同程度 コネクタ中央の台座部分がUSBコネクタと同じサイズであり、またeSATAもUSBも端子がコネクタの片面にしかついていない事を利用して、片面にUSB用の端子を、もう片面にeSATA用の端子を実装することで、USBケーブルとeSATAケーブルの両方を排他利用して接続できる、コンボコネクタと呼ばれるものも存在し、一部のマザーボードやUSBとeSATAの両方に対応する外付けハードディスクなどで採用されている なお、コネクタの厚みはUSBケーブルの方が厚くなっており、横幅はeSATAケーブルの方が長くなっている為、逆差しをすることはできなくなっている eSATA接続ケーブルはシングルシールドの短距離ケーブルか、デュアルシールドの長距離ケーブルのいずれかであり、必ず平衡型のフィーダー線接続で無くてはならない。線を束ねて「ラウンドケーブル」と称するケーブルはeSATAの規格外であり、高速転送時にエラーが多発するなど問題が多い（フィーダー線を丸く加工した物は問題ない）。 SATA-eSATA変換において、いずれがホストアダプター側となっても良い。例えば、SATA-eSATA変換アダプタ間をeSATAケーブルで結んだ物はそのままSATAケーブルとみなして使用できる。外部エンクロージャーや、ハードディスクを裸で使用する場合に、この様なケーブルトポロジーは便利である。 専用のブートROMを搭載したeSATA対応マザーボード又はホストバスアダプタと対応したハードドライブを組み合わせることで、マルチブート環境の構築も簡単に行える。LinuxなどのUNIX系OSのみならず、Windowsのインストールも可能であることに加え、信号変換に伴う転送速度のロスも全く発生せず、AHCIやNCQを含むSATAが持つメリットを最大限に享受することができる。このため、USB 3.0などの後継規格が普及した現在においても、複数のOSを切り替えて使用するユーザーの間では、根強い人気がある。 2011年8月10日付 SATA-IO 発表。内部インターフェースとしてPCIeを、ソフトウェア基盤としてSATAを用いることでコストを抑え、従来のアプリケーション資産と互換性を保ちつつ、規格上の最大転送速度 8Gbps (1GByte/s)（X1接続）および16Gbps (2GByte/s)（X2接続）を実現。新たなデバイス側およびマザーボード側コネクタ規格も制定することで、高速なSATA Express 製品と従来のSATA製品への両対応を可能。 ^ デジタル大辞泉. “SATA”. コトバンク. 2018年9月29日閲覧。 ^ a b IT用語がわかる辞典. “SATA”. コトバンク. 2018年9月29日閲覧。 ^ a b 大原雄介 (2009年6月30日). “【短期集中連載】大原雄介の最新インターフェイス動向 Serial ATA 3.0編その2”. 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