シリアルATA

シリアルATAとは、コンピュータにHDD、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。 英語ではセイタまたはサタと発音する。

1. 概要
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半二重1.5Gb/s・3 Gb/s・6 Gb/sの転送速度を持つ3つの規格があり、いずれも互換性がある。異なる規格を接続した場合、低い性能に合わせて機能する。ただし、内蔵機器用、外部機器用、小型機器用でコネクタが異なりこれらは物理的に接続できない。

上記規格は一般にそれぞれ「シリアルATA 1・2・3」 とも呼ばれるがこれは公式な規格名称ではない。規格番号と性能は必ずしも一致しないことから通称ではなく「SATA 6Gb/s」のような表記が求められている。規格仕様自体を特定したいときは「Serial ATA Revision 3.0」のように表記する。

1.1. 経緯
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旧規格のATAはデータを複数の信号線に分割して転送するため、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全ての経路でデータの到着を待つ必要がある。この待ち時間が転送速度向上の制限となっていた。SATAはこれを解決するため信号を分割せず一つの経路で転送する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。2007年頃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の発足は2002年2月。「シリアルATA 2」 という間違った通称はこの組織名に由来する。本来は組織名であって規格を指す言葉ではなかった。後にSerial ATA International Organization  へと改名。

また当初シリアルATA 2とは、NCQという特定の機能や転送速度3 Gb/sを表すという誤解があったimpress20090630}}。実際には機能と速度が別々の規格であり特定部分のみを採用した製品も可能である。2005年、このような誤解を避けるためこれらを単一規格にまとめたSerial ATA Revision 2.5が発表されたimpress20090630}}。

1.2. パラレルATAとの違い
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信号経路のシリアル化
ホットスワップname=hotswapへの対応
通信速度の向上。UDMA6の133.3 MB/sから150 MB/sに
ケーブル長が最大45.7 cmから1 mに延長impress20090630}}。外付け用の規格eSATAでは2 m
信号伝送の電圧が5 Vから0.5 Vに低減 。消費電力と信号干渉の低減、ケーブル長の延長を実現
80芯40ピンコネクターのフラットケーブルを7ピンのケーブルへ簡略化。配線の取り回しやコンピュータ内部のエアフローを改善
コネクタ部も変更。これにより両者の互換性は絶たれた 
変換アダプタも販売されているが仕様が大きく異なるため正常に利用出来る保証は無い
マスタースレーブ接続の廃止。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年以前のマスタースレーブ前提のOSでは誤動作する可能性もあるがチップセットで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補う
USB同様にホストコントローラのレジスタインタフェースは規格範囲外になった 
パラレルATAでも明示的な規定はなかったが「タスクファイル」を実際のレジスタと見做す実装がほとんどであった
リンクレイヤはパラレルATA同等の機能。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容易に実装可能
インテルのICHが実例
電源及び信号コネクタの物理寸法と配置が規格化。デバイスメーカを問わず共通のバックプレーンに直接着脱できる

1.3. Advanced Host Controller Interface
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Advanced Host Controller Interface  は、Serial ATA Revision 2.0 と密接な関連があるがホストコントローラーの独立した規格でありシリアルATA規格には含まれない。

シリアルATA対応のホストコントローラーの内、動作モードに"AHCI"やIDEエミュレーションモードを持つものがある。これら動作モードではオペレーティングシステムやデバイスドライバを正しく設定する必要があるコントローラーがマザーボードに内蔵の場合[[Basic Input/Output System。

1.4. プロトコル
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トポロジ エンコード 物理層では8b/10bエンコードを行うためデータリンク帯域は物理レートの80%となる。

2. リビジョン
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2.1. Serial ATA Revision 1.0 
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物理転送速度 - 半二重1.5 Gb/s
実効転送速度1=ケーブル上では1byteのデータが10bitに符号化されるため、実際の転送速度は1.5 Gb/s x  = 1.2 Gb/s = 150 MB/sとなる。以降の規格も計算方法は同じ。}} - 半二重1.2 Gb/s 
インターフェイス名 - First generation

2.1.1. Serial ATA Revision 1.0a
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2003年1月7日にリリース

2.2. Serial ATA Revision 2.0 
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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 - 半二重3 Gb/s
実効転送速度 - 半二重2.4 Gb/s 
インターフェイス名 - Second generation
NCQ  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。

2.2.1. Serial ATA Revision 2.5
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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

2.2.2. Serial ATA Revision 2.6
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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  の優先度の強化
NCQのアンロードの強化

2.3. Serial ATA Revision 3.0 
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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 - 半二重6 Gb/s 
実効転送速度 - 半二重4.8 Gb/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によるNCQ  ストリーミングコマンドの追加
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  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
低コスト・低消費電力の方向性を継続

2.3.1. Serial ATA Revision 3.1
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2.3.2. Serial ATA Revision 3.2
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SATA Expressに対応
M.2に対応
SSHDに対応

2.3.3. Serial ATA Revision 3.3
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2.3.4. Serial ATA Revision 3.4
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2.3.5. Serial ATA Revision 3.5
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3. ケーブル、コネクタ、ポート
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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。

microSATA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。

3.1. データ用
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SATA規格は、7本の導線と両端に8 mm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1 m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45.7 cm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。 ファイル:SATA Data Cable.jpg|7ピンSATAケーブル ファイル:SATA Ports.jpg|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。 ファイル:SATA3-TwinAxCable.jpg|完全にシールドされたSATA3.0ケーブルの断面図

3.2. 電源
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3.2.1. 標準コネクター
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各電圧は3ピンで構成され、1ピン当たり1.5 Aを供給できる。



3.2.2. スリムコネクター
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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。



3.2.3. マイクロコネクター
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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。



3.3. eSATA
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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2 m
ホスト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name=hotswap}}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
eSATA  はUSB 2.0接続の5倍以上の速度で通信可能、eSATA  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ことを利用して、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ため、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なくてはならない。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。
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。

3.3.1. eSATAp
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詳しくは//:en:eSATAp//を参照のこと。

eSATAに5Vと12Vの端子を加えてバスパワー対応にした規格。 eSATAポートの両端に給電用のコネクタを備えており、ケーブルもeSATAp専用品である。 eSATApポートでも通常のeSATAの周辺機器が使用でき、eSATAケーブルも使用できるため下位互換性はあるものの、バスパワーでの使用はパソコン・周辺機器側のポートのeSATApへの対応が必須で、ケーブルもeSATAp専用品が必要であり、eSATApポートを備えたパソコン・インターフェイスカード・周辺機器・eSATAp専用ケーブルは日本では発売されていないため、日本では全く普及していない。

3.3.2. Pre-standard implementations
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3.4. Mini-SATA 
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3.5. SFF-8784 connector
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3.6. SATA Express
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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 8 Gbps および16 Gbps 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。2本のSATAケーブルと特殊端子を使用している。

2019年現在、SATA Express を搭載しているマザーボードはほとんどなく、M.2に移行しているdate=2020-03-12。

3.7. M.2 
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3.8. U.2 
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4. 他の接続規格との比較
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5. 脚注
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5.1. 注釈
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5.2. 出典
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6. 関連項目
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7. 外部リンク
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