Les systèmes de stockage actuels atteignent des capacités de stockage de l'ordre du térabit et offrent des débits de transfert de données supérieurs, tout en consommant moins d'énergie et en occupant un espace réduit. Ces systèmes nécessitent également une connectivité améliorée pour une plus grande flexibilité. Les concepteurs doivent utiliser des interconnexions plus compactes pour garantir les débits de données requis aujourd'hui et demain. L'élaboration d'une norme, de sa conception à sa maturation progressive, est un processus complexe et de longue haleine. Dans le secteur informatique notamment, toute technologie est en constante évolution, à l'instar de la spécification SAS (Serial Attached SCSI). Successeur du SCSI parallèle, la spécification SAS existe depuis un certain temps.
Au fil des années, les spécifications du SAS ont été améliorées. Bien que le protocole sous-jacent soit resté globalement inchangé, les spécifications du connecteur d'interface externe ont connu de nombreuses modifications. Ces ajustements, effectués par SAS pour s'adapter au marché, ont permis aux spécifications SAS de gagner en maturité grâce à une approche progressive. Les connecteurs d'interface, quelle que soit leur spécification, sont appelés SAS. La transition du parallèle au série, de la technologie SCSI parallèle à la technologie SAS (Serial Connected SCSI), a profondément modifié le câblage. L'ancienne technologie SCSI parallèle pouvait fonctionner en mode asymétrique ou différentiel sur 16 canaux jusqu'à 320 Mb/s. Actuellement, l'interface SAS 3.0, plus répandue dans le domaine du stockage d'entreprise, offre une bande passante deux fois supérieure à celle de la SAS 3, qui n'a pas été mise à jour depuis longtemps (24 Gb/s), soit environ 75 % de la bande passante d'un SSD PCIe 3.0 x4 classique. Le connecteur MiniSAS le plus récent, décrit dans la spécification SAS-4, est plus compact et permet une densité de connexion plus élevée. Il est deux fois plus petit que le connecteur SCSI d'origine et représente 70 % de la taille du connecteur SAS. Contrairement au câble parallèle SCSI d'origine, les connecteurs SAS et MiniSAS possèdent tous deux quatre canaux. Toutefois, outre une vitesse, une densité et une flexibilité accrues, la complexité s'en trouve également augmentée. Du fait de sa taille réduite, le fabricant, l'assembleur et le concepteur du système doivent veiller scrupuleusement à l'intégrité du signal tout au long du câblage.
Tous les fabricants de câbles ne sont pas en mesure de fournir des signaux haut débit de haute qualité répondant aux exigences d'intégrité du signal des systèmes de stockage. Les fabricants de câbles ont besoin de solutions performantes et économiques pour les systèmes de stockage les plus récents. La production de câbles haut débit stables et durables nécessite la prise en compte de plusieurs facteurs. Outre la qualité de l'usinage et du traitement, les concepteurs doivent veiller scrupuleusement aux paramètres d'intégrité du signal qui rendent possibles les câbles des dispositifs de mémoire haut débit actuels.
Spécification d'intégrité du signal (Quel signal est complet ?)
Parmi les principaux paramètres d'intégrité du signal figurent l'affaiblissement d'insertion, la diaphonie entre les extrémités proche et lointaine, l'affaiblissement de retour, la distorsion asymétrique interne de la paire de différence et l'amplitude du mode de différence par rapport au mode commun. Bien que ces facteurs soient interdépendants et s'influencent mutuellement, il est préférable de les examiner un par un afin d'en étudier l'impact principal.
Perte d'insertion (Paramètres haute fréquence - Notions de base 01 - Paramètres d'atténuation)
L'affaiblissement d'insertion correspond à la perte d'amplitude du signal entre l'extrémité émettrice et l'extrémité réceptrice du câble ; il est directement proportionnel à la fréquence. Cet affaiblissement dépend également du numéro de conducteur, comme illustré dans le diagramme d'atténuation ci-dessous. Pour les composants internes à courte portée d'un câble de calibre 30 ou 28 AWG, un câble de bonne qualité doit présenter une atténuation inférieure à 2 dB/m à 1,5 GHz. Pour une connexion SAS externe à 6 Gb/s utilisant des câbles de 10 m, un câble de calibre moyen 24 est recommandé, offrant une atténuation de seulement 13 dB à 3 GHz. Pour une marge de signal plus importante à des débits de données plus élevés, privilégiez un câble présentant une atténuation plus faible aux hautes fréquences pour les câbles de grande longueur.
Diaphonie (Principes de base des paramètres haute fréquence 03 - Paramètres de diaphonie)
La diaphonie représente la quantité d'énergie transmise d'une paire de signaux ou de différences à une autre. Pour les câbles SAS, si la diaphonie à l'extrémité proche (NEXT) est trop importante, elle est à l'origine de la plupart des problèmes de liaison. La mesure de la NEXT est effectuée à une seule extrémité du câble et correspond à l'énergie transférée de la paire de signaux de transmission à la paire de signaux de réception. La diaphonie à l'extrémité distante (FEXT) est mesurée en injectant un signal sur la paire de signaux de transmission à une extrémité du câble et en observant l'énergie résiduelle sur le signal de transmission à l'autre extrémité.
Le défaut NEXT dans le câblage et le connecteur est généralement dû à une mauvaise isolation des paires différentielles de signal, elle-même causée par les prises et fiches, une mise à la terre incomplète ou une mauvaise manipulation de la zone de terminaison du câble. Le concepteur du système doit s'assurer que le câbleur a pris en compte ces trois points.
Courbes de perte pour les câbles courants de 100 Ω de 24, 26 et 28
Un assemblage de câbles de bonne qualité, conforme à la norme « SFF-8410 – Spécifications relatives aux tests et aux exigences de performance des câbles en cuivre HSS », présente un NEXT inférieur à 3 %. Concernant les paramètres S, le NEXT doit être supérieur à 28 dB.
Perte de retour (Principes de base des paramètres haute fréquence 06 - Perte de retour)
L'affaiblissement de retour mesure la quantité d'énergie réfléchie par un système ou un câble lors de l'injection d'un signal. Cette énergie réfléchie peut entraîner une chute d'amplitude du signal à la réception et des problèmes d'intégrité du signal à l'émission, susceptibles de provoquer des interférences électromagnétiques pour le système et ses concepteurs.
Cette perte de retour est due à des désadaptations d'impédance au niveau du câble. Seul un traitement rigoureux de ce problème permet de garantir que l'impédance du signal reste constante lors de son passage dans la prise, la fiche et le bornier, minimisant ainsi les variations d'impédance. La norme SAS-4 actuelle impose une impédance de ±3 Ω, contre ±10 Ω pour la norme SAS-2. Les câbles de bonne qualité doivent respecter une tolérance nominale de 85 ou 100 ±3 Ω.
Distorsion oblique
Dans les câbles SAS, on distingue deux types de distorsions de décalage : entre paires de différences et au sein des paires de différences (signal de différence de la théorie de l'intégrité du signal). En théorie, si plusieurs signaux arrivent simultanément à une extrémité du câble, ils devraient parvenir simultanément à l'autre extrémité. Si ce n'est pas le cas, on parle de distorsion de décalage du câble, ou distorsion de décalage temporel. Pour les paires de différences, la distorsion de décalage au sein d'une paire correspond au délai entre les deux fils de la paire, tandis que la distorsion de décalage entre paires correspond au délai entre deux paires de différences. Une distorsion de décalage importante au sein d'une paire de différences dégrade l'équilibre du signal transmis, réduit son amplitude, augmente la gigue temporelle et peut engendrer des interférences électromagnétiques. La différence entre la distorsion de décalage interne et la distorsion de décalage d'un câble de bonne qualité doit être inférieure à 10 ps.
Date de publication : 30 novembre 2023
