SATA

SATA(Serial Advanced Technology Attachment, Serial ATA)는 하드디스크와(HDD)의 데이터 전송을 위한 직렬 전송 방식을 사용하는 인터페이스다. 사타 또는 직렬 ATA라고도 부른다.

개요

SATA 인터페이스는 하드디스크나 광학 드라이브(ODD)와의 데이터 전송을 위해 만든 컴퓨터 데이터 연결 방식의 한 종류로, PC 개발 초기부터 사용된 병렬 전송 방식의 인터페이스(PATA)를 대체하기 위해 만들어졌다. PATA(Parallel ATA) 인터페이스에 비해 안정성, 소형화 등이 뛰어나고, 데이터 전송속도도 현재까지 이론적인 데이터 전송 속도의 한계가 600MB/s로 더 빠르다. 하지만 최근 초당 데이터 전송 속도의 성능 한계를 극복한 PCI(Peripher Component Interconnect standard) 익스프레스 인터페이스 규격이 등장하면서 밀리고 있는 추세다. PCI 익스프레스 인터페이스는 현재 초당 3GB/s의 데이터 전송이 가능하다.

등장 배경

PC의 주요 구성품은 중앙 처리 장치(CPU), 주기억장치(RAM), 하드디스크다. 이 세 가지 요소의 성능이 고르게 향상되어야 실질적인 처리 속도의 향상을 체감할 수 있다. 다만, 반도체 기반 장치인 중앙 처리 장치와 주기억장치에 비해, 자기디스크 기반 장치인 하드디스크는 데이터 처리 속도가 뒤떨어질 수밖에 없었고, 이 때문에 PC의 전체 성능을 향상시키는데 걸림돌이 되곤 했다. 하드디스크의 속도가 느린 이유는 장치 자체의 재질과 구조 문제도 있었지만, 인터페이스(Interface)의 문제도 있었다. 1980년대 PC 개발 초기부터 써온 PATA 방식의 인터페이스는 2000년대 초반까지 하드디스크 및 광학 드라이브(ODD)용 인터페이스로 널리 쓰였다. 시간이 지나면서 PATA 인터페이스도 몇 번의 개량을 거쳐 약간의 성능 향상이 있었지만, 데이터 전송 속도 면에서 한계가 드러났다. 속도뿐만 아니라 PATA는 편의성 면에서도 불리했다. 데이터의 경로를 여러 개로 분산시켜 성능을 높이는 병렬 구조의 특성 때문에 PATA 방식의 하드디스크와 광학 드라이브는 40개의 핀으로 구성된 복잡한 구조의 커넥터와 케이블을 사용해야 했고, 이후 80선 규격의 PATA 케이블이 나오기도 했다. 이는 장치 및 케이블을 소형화 하는데 불리했고, 지나치게 많은 핀을 사용하여 데이터 전송 도중 신호의 누락이나 오류 발생의 여지가 컸고, 결국 데이터 전송 시 안정성과 속도를 저하시키는 요인으로 작용했다. 1986년 PATA보다 데이터 안정성과 전송속도를 향상시킨 SCSI(Small Computer System Interface) 인터페이스가 발표되었지만, 표준 규격이 완전히 확립되지 못하고 장치의 가격이 비싸 PC보다는 서버나 워크스테이션용으로만 보급되는데 그쳤다. 이러한 이유로, PATA 인터페이스의 한계를 극복하고 하드디스크 및 광학 드라이브의 성능을 향상시키기 위해 새로운 표준 인터페이스를 원하는 목소리가 점차 커졌고, 그 결과 SATA 인터페이스의 규격이 2003년 처음으로 재정되었다.

특징

40개의 접점을 사용하는 PATA와 달리, SATA는 커넥터의 접점이 7개로 줄었으며, 이로 인해 포트의 크기와 케이블의 굵기를 크게 줄일 수 있었다. PATA용 데이터 케이블은 너비가 5cm에 육박하지만 SATA용 케이블의 너비는 8mm에 불과하여 PC 내부 공간을 그만큼 절약할 수 있고, 케이블 및 포트의 생산 비용도 낮출 수 있게 되었다. 또한 PATA 환경에서는 전송 오류 발생의 우려 때문에 케이블의 최대 길이가 40~50mm 정도로 제한되었지만, SATA 환경에서는 1m에 달하는 긴 케이블을 쓸 수 있다. 병렬 구조의 PATA 인터페이스에서는 하나의 케이블에 2개의 하드디스크나 광학 드라이브를 함께 연결한 뒤, 각 장치에 꽂힌 점퍼(jumper)의 배치에 따라 이를 구분해 사용하는 마스터/슬레이브의 개념이 있었지만, 직렬 구조인 SATA 인터페이스에선 이런 개념 없이 각 디스크가 각각의 포트와 케이블을 사용해 메인보드와 직접 연결된다. 이로 인해 두 대 이상의 디스크를 함께 설치할 때 점퍼나 케이블의 조정을 해줄 필요가 없게 되었다. 이 외에도, PATA 환경에서는 하드디스크를 교체할 때 반드시 PC의 전원을 꺼야 했지만, SATA 환경에서는 전원이 켜진 상태에서도 하드 디스크의 교체가 가능한 핫 스와핑(Hot Swapping) 기능을 지원한다. 다만, 모든 PC에서 SATA하드디스크의 핫 스와핑이 가능한 것은 아니며, 해당 PC의 메인보드 및 운영체제에서 AHCI(Acanved Host Controller Interface) 규격을 지원해야 가능하다. 그리고 SATA 규격은 기본적으로 PC 내부에 설치되는 내장형 하드디스크를 위한 것이지만, 휴대용 외장형 저장장치인 외장하드를 위한 별도의 SATA 규격도 지정되어 있다. 외장형 SATA 규격은 ‘eSATA’라고 하는데, 내부적으로 전송되는 데이터는 일반 SATA와 동일하다. 다만 커넥터 및 케이블의 규격은 일반 SATA와 다른 것을 사용하며, 최대 2m에 이르는 긴 케이블을 사용할 수 있다는 점이 특징이다. 노트북이나 태블릿 같은 소형 기기에 탑재되는 저장 장치나 확장 카드를 위한 미니 SATA라고 불리는 SATA 규격도 있다. 2009년 9월에 발표한 규격으로 소형 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)나 와이파이 및 무선통신을 위한 모듈을 장착할 때 쓰인다. 단자는 PCI 익스프레스 미니 카드와 비슷한데, 상호 호환이 가능한 경우가 많다.

SATA 인터페이스가 가지고 있는 많은 장점 중 가장 눈에 띄는 것은 바로 데이터 전송 속도가 향상되었다는 점이다. PATA 규격의 경우, 실질적으로 마지막 규격이라고 할 수 있는 Ultra ATA/133모드에서 최대 1.33Gbit/s의 속도를 낼 수 있었지만, SATA의 경우, 2003년에 등장한 첫 번째 규격부터 최대 1.5Gbit/s의 속도를 낼 수 있었다. 이후 SATA 규격의 데이터 전송속도가 점차 향상되어 2005년 최대 데이터 전송 속도가 3.0Gbit/s로 빨라진 SATA 리버전 2.0규격이 발표되었고, 2008년에는 6Gbit/s의 최대 전송 속도를 내는 SATA 리버전 3.0 규격이 발표되었다. SATA의 각 버전은 같은 모양의 포트와 커넥터를 사용하며, 내부적으로도 하위호환성을 갖추고 있어 서로 버전이 다른 하드디스크 및 메인보드를 함께 사용하는 것도 가능하다. 다만, 이 경우는 양쪽 제품 중 하위 버전의 성능으로 동기화된다. 예를 들어 SATA 리버전 3.0 규격의 하드디스크와 SATA 리버전 2.0 규격의 메인보드를 함께 사용할 경우, 전체 성능이 SATA 리버전 2,0 수준으로 낮아지게 된다. 참고로 시중에는 다소 비싼 가격의 SATA 리버전 3.0 규격 전용 케이블이라는 제품이 팔리고 있긴 하지만, 벤치마크(성능 측정) 프로그램 사용 시, 기존 SATA 케이블에 비해 약간의 수치변화가 있을 뿐, 체감적인 성능 차이는 거의 없으므로 일부러 이를 구매할 필요는 없다.

단점

케이블이 얇고 밀도가 조밀하기 때문에 약간의 조립불량만으로도 핀이 어긋나거나 접촉 불량이 발생하기 쉬우며, 접점불량이나 오접촉으로 연소가 되는 경우도 있다. 플라스틱 포트의 성질상 늘어남, 휨, 깨짐 등에 약하고, 오랜 기간 동안 사용하거나 잦은 분해, 조립 시 변형이 와서 접촉 불량의 가능성이 높아진다. 포트 연결부위가 늘어나는 경우가 가장 흔하다. 케이블 불량은 기존 PATA 방식에서 4핀 전원을 사용하였을 때는 이런 문제가 발생하는 경우가 훨씬 적었다는 점을 볼 때 구조상의 문제도 다소 안고 있다고 볼 수 있다. 파워서플라이에 사용되는 컨넥터 품질도 안전에 문제가 될 수 있으므로, 파워서플라이 선택에 있어서도 신경 쓸 필요가 있다.

커넥터

커넥터는 SATA와 병렬 ATA 드라이브 간의 가장 눈에 띄는 차이점을 나타낸다. PATA와 달리 동일한 커넥터가 데스크탑 및 서버 컴퓨터 용 3.5인치(89mm) SATA 하드 디스크와 휴대용 또는 소형 컴퓨터 용 2.5인치(64mm) 디스크에 사용된다. 데이터 및 전력용 표준 SATA 커넥터의 도체 피치(pitch)는 1.27mm(0.050인치)이다. SATA 커넥터를 접합하려면 낮은 삽입력이 필요하다. 소형 미니 SATA 또는 mSATA 커넥터는 SATA 1.8인치 드라이브, 일부 DVD 및 블루레이 드라이브, 미니 SSD와 같은 소형 장치에서 사용한다. 외부 장치용 특수 eSATA 커넥터가 지정되었으며 클립이 내부 커넥터를 제자리에 단단히 고정할 수 있도록 선택적으로 구현된 조항이 있다. SATA 드라이브는 SAS 컨트롤러에 연결되어 기본 SAS 디스크와 동일한 물리적 케이블로 통신할 수 있지만 SATA 컨트롤러는 SAS 디스크를 처리할 수 없다. 예를 들어 마더보드에 있는 암 SATA 포트는 실수로 플러그를 뽑지 않도록 잠금장치나 클립이 있는 SATA 데이터 케이블과 함께 사용한다. 일부 SATA 케이블에는 회로 기판에 쉽게 연결할 수 있도록 오른쪽 또는 왼쪽 각도의 커넥터가 있다.

데이터 커넥터

SATA 표준은 각 끝에 7개의 도체(접지 3개와 3개의 활성 데이터 라인 2쌍)와 8mm 너비의 웨이퍼 커넥터가 있는 데이터 케이블을 정의한다. SATA 케이블은 최대 1m(3.3fit)로, 마더보드 소켓 하나를 하나의 하드 드라이브에 연결할 수 있다. 이에 비해 PATA 리본 케이블은 마더보드 소켓을 하나를 하나 또는 두 개의 하드 드라이브에 연결하고, 40 또는 80개의 와이어를 연결하며, PATA 사양에 따라 길이가 45cm(18인치)로 제한되지만, 최대 90cm(35인치)의 케이블을 쉽게 사용할 수 있다. 따라서 SATA 커넥터와 케이블은 밀폐된 공간에 더 쉽게 장착되며 공기 냉각의 장애물을 줄여준다. PATA보다 우발적인 플러그 분리 및 파손에 더 취약하지만, 사용자는 작은 스프링이 소켓에 플러그를 고정하는 잠금 기능이 있는 케이블을 구입할 수 있다. SATA 케이블은 직선, 직각 또는 왼쪽 각일 수 있다. 각진 커넥터를 사용하여 하위 프로파일 연결을 허용한다. 직각 커넥터는 회로 기판 쪽의 드라이브에서 케이블을 즉시 유도하고, 왼쪽 각도 커넥터는 드라이브를 가로 질러 케이블을 위쪽으로 유도한다. 전기적 연결을 통한 고속 데이터 전송과 관련된 문제 중 하나는 노이즈인데, 이것은 데이터 회로와 다른 회로 간의 전기 결합으로 인해 발생한다. 결과적으로, 데이터 회로는 다른 회로에 영향을 미칠 수 있고 영향을 받을 수 있다. 설계자는 이러한 의도하지 않은 결합으로 인해 바람직하지 않은 영향이 미치는 것을 줄이기 위해 여러 가지 기술을 사용한다. SATA 링크에 사용되는 여러 가지 기술 중 하나는 차동 신호이다. 이는 단일 종단 신호(Single ended Signal)를 사용하는 PATA에 비해 향상된 것이다. 각 디퍼렌셜 쌍에 대해 다중 접지 연결부가 있는 완전 차폐 이중 동축 도체를 사용하면 채널 간 분리를 개선하고 어려운 전기 환경에서 데이터 손실 가능성을 줄일 수 있다.

전원 커넥터

표준 커넥터

SATA는 PATA 장치 및 이전의 소형 스토리지 장치, ST-506 하드 디스크 드라이브, 심지어 IBM PC 이전의 플로피 디스크 드라이브에 사용되는 4핀 몰렉스(Molex) 커넥터와는 다른 전원 커넥터를 지정한다. SATA 데이터 커넥터와 같은 웨이퍼 타입의 커넥터이지만, 둘 사이의 혼동을 방지하기 위해 훨씬 더 넓다. 일부 초기 SATA 드라이브에는 새로운 15핀 커넥터와 함께 4핀 몰렉스 전원 커넥터가 포함되었지만, 이제 대부분의 SATA 드라이브에는 후자만 있다. 새로운 SATA 전원 커넥터에는 여러 가지 이유로 더 많은 핀이 포함되어 있다. 새로운 SATA 전원 커넥터에는 여러 가지 이유로 더 많은 핀이 포함되어 있다. 3.2V는 기존의 5V 및 12V 전원과 함께 공급된다. 그러나 실제로 사용하는 드라이브는 거의 없어, 어댑터가 있는 3핀 몰렉스 커넥터에서 전원을 공급받을 수 있다. SATA 3.3 버전의 핀 3은 PWDIS로 재정의 되었으며, SAS 사양과의 호환성을 위해 POWER DISABLE 모드를 시작하고 종료하는 데 사용된다. 핀 3이 하이(High)로 구동되면, 드라이브 회로에 대한 전원이 차단된다. 이는 핀 3 구종 하이가 드라이브 전원을 켜지 못하게 하기 때문이다. 저항을 줄이고 전류 성능을 높이기 위해 각 전압은 3개의 핀에 병렬로 공급되지만, 각 그룹의 핀은 사전충전용이다. 각 핀은 1.5A를 전달할 수 있어야 한다. 5개의 병렬 핀은 저저항 접지 연결을 제공하고, 제공된 각 전압에 대해 2개의 접지 핀과 1개의 핀이 핫 플러그 사전 충전을 지원한다. 핫스왑 케이블의 접지 핀 4와 12가 가장 길기 때문에 커넥터가 일치할 때 먼저 접촉한다. 드라이브 전원 커넥터 핀 3, 7, 13은 다른 핀보다 길기 때문에 다음에 접촉한다 이 드라이브를 사용하여 전류 제한 저항을 통해 내부 바이 패스 커패시터를 충전한다. 마지막으로 나머지 전원 핀이 접촉하여 저항을 우회하고, 각 전압의 저저항 소스를 제공한다. 이 단계는 결합 프로세스는 다른 부하에 대한 글리치와 SATA 전원 커넥터 접점의 가능한 아크 또는 침식을 방지한다. 핀 11은 시차 스핀 업, 활동 표시 또는 둘 다에서 작동하거나 아무것도 작동하지 않을 수도 있다. 그것은 커넥터나 드라이브에 의해 풀다운 신호가 될 수 있는 오픈 콜렉터(Open Collector) 신호다. 대부분의 케이블 스타일 SATA 전원 커넥터에 있는 것처럼 커넥터에서 아래로 당기면, 전원이 공급되는 즉시 드라이브가 회전한다. 부동 상태로 두면 드라이브가 연결될 때까지 기다리는데, 이렇게 하면 많은 드라이브가 동시에 회전하여 너무 많은 전력을 소비할 수 있다. 또한 핀은 드라이브 작동을 나타내기 위하여 드라이브에 의해 낮게 당겨진다. LED를 통해 사용자에게 피드백을 제공하는 데 사용한다. 이와 같이 새로운 SATA 전원 커넥터에 더 많은 핀이 포함되어야 하는 이유는 여러 가지이다. 4핀 몰렉스 커넥터를 SATA 전원 커넥터로 변환하는 패시브 어댑터를 사용할 수 있고, 몰렉스 커넥터에서 5V 및 12V 라인을 사용할 수 있지만, 3.3V는 사용할 수 없다. 3.3V 전원 공급을 추가로 제공하는 전자 제품을 포함하는 4핀 몰렉스 SATA 전원 어댑터도 있다. 그러나 대부분의 드라이브는 3.3V 전원 선이 필요하지 않다.

슬림 라인 커넥터

SATA 2.6은 슬림라인 커넥터를 정의한 최초의 개정판으로, 노트북 광학 드라이브와 같은 소형 폼팩터를 위한 것이다. 장치 유무를 나타내는 슬림라인 전원 커넥터의 핀 1은 핫 스왑이 가능하도록 다른 커넥터보다 짧다. 슬림 라인 신호 커넥터는 동일하고 표준 버전과 동일하고 호환되지만, 전원 커넥터는 6핀으로 줄어들어 +5V만 공급되고, +12V 또는 +3.3V도 공급되지 않는다. 표준 SATA에서 슬림라인 SASTA로 변환하기 위한 저렴한 어댑터가 존재한다.

마이크로 커넥터

마이크로 SATA 커넥터(Micro SATA, uSATA, μSATA)는 SATA 2.6에서 시작되었으며, 1.8인치(46mm) 하드 디스크 드라이브 용이다. 마이크로 데이터 커넥터도 있따. 모양을 비슷하지만, 표준 데이터 커넥터보다 약간 더 얇다.

참고 자료

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• 컴프로, 〈저장장치 M.2 SSD SATA와 NCMe의 차이〉, 《네이버 블로그》, 2020-01-28
• 코고자 kogoza, 〈SSD 종류 와 차이점SATA,NVMe,mSATA,M.2,PCIE,SATA Express〉, 《티스토리》, 2019-04-24
• 晴空, 〈Advanced Technology Attachment〉, 《티스토리》, 2009-04-03

같이 보기

• 인터페이스

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