Workshop - Die Mini-SAS-Schnittstellentechnik, Teil 3 Mit einem Konnektivitätsmanagement will die SAS-Branche die Topologie-Vielfalt zähmen

Autor / Redakteur: Harry Mason / Rainer Graefen

SAS-Expander und -Switches erweitern die Reichweite von Serial Attached SCSI. Die Flexibilität beim Aufbau skalierfähiger SCSI-Speichersysteme bezahlt der Anwender allerdings einmal mehr mit einer Vielzahl von Kabeltypen. Ein „Kabel-Management“ soll helfen, den Überblick zu behalten.

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Optische QSFP-Kabel und Baugruppen unterstützen Kabelanlagenmanagement.
Optische QSFP-Kabel und Baugruppen unterstützen Kabelanlagenmanagement.
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Im Idealfall würden die SNIA-Roadmap-Anforderungen die Branche auf einem gut definierten Implementierungspfad im Gleichschritt vorwärts bringen. Jedoch verlangen Technologieverfügbarkeit und Fluidität des Marktes einige provisorische Maßnahmen auf dem Weg.

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Die erste Verbesserung an der Konnektivitätsroadmap erlaubt, dass die existierende Mini-SAS-Steckverbindung die Signalübertragung auf aktiver Kupferverkabelung bis zu 20 m Kabellänge unterstützt.

Mini-SAS – aktive Kupferverkabelung erlaubt im ersten Schritt Kabellängen bis 20 Meter

Indem über einen der vorhandenen Erdungskontakte Strom für ein aktives Kabel bereitgestellt wird, kann die Verdoppelung oder sogar Verdreifachung der bestehenden SAS-Kabellängen unterstützt werden.

Man erwartet, dass bestimmte große Storage-Implementierungen, die längere Rack-zu-Rack-Distanzen erfordern, dieses Verbindungsschema übernehmen, insbesondere homogene Storage-Implementierungen (d.h. Lösungen eines einzigen Herstellers).

Mit Optik zu größeren Distanzen

Es ist unwahrscheinlich, dass dieses Verfahren auch für optische Verbindungen eingesetzt wird. Und da dieses System keinen Erdungskontakt erfordert, wird es auf 6 GBit/s SAS-Systeme beschränkt sein.

Darüber hinaus nutzt dieser Ansatz immer noch vorhandene mechanische Mini-SAS-Kodierungen für das Kabelmanagement, was durch diese größeren Kabellängen nur komplizierter wird.

Verwaltete optische Quad Small-factor Pluggable (QSFP)-Lösungen

Eine ähnliche Klasse von Kunden, die mehr Wert auf das Kabelanlagen-Management für große Topologien legt, beschließt möglicherweise, existierende optische QSFP-Lösungen zu implementieren.

Der Erwartung nach werden die meisten dieser frühen Anwendungen in homogenen Systemen stattfinden, die zur ersten Generation von Systemen werden, die auf dem SAS-Konnektivitätsmanagement-Ansatz beruhen (siehe Abb. 16).

Optische QSFP-Kabel und Baugruppen unterstützen Kabelanlagenmanagement. (Archiv: Vogel Business Media)

Abb. 16: Optische QSFP-Kabel und Baugruppen unterstützen Kabelanlagen-Management.

Mini-SAS High Density (HD): Verwaltete Verbindungslösungen für aktive wie für passive Verbindungen

Die Mini-SAS-Aktiv-Kupfer-Steckverbindung und der optische QSFP-Ansatz ergänzen die existierende SAS-Konnektivität, können aber die oben umrissenen Marktziele bei Weitem nicht erreichen.

Glücklicherweise kann die Mini-SAS HD-Steckverbindung diese erweiterten Konnektivitätsanforderungen über mehrere Generationen bereitstellen. Diese Verbindungslösung ist so implementiert, dass Übersprechen und Signal-Rausch-Verhältnis gegenüber der existierenden Mini-SAS-Steckverbindung stark verbessert wurden.

Selbst für heutige SAS-Systeme, die mit 6 GBit/s arbeiten, ist es schwierig, ihre Anforderungen an die Signalübertragung auf der Systemebene über Kabel, Backplanes und Steckverbindungen einzulösen.

Eine Mini-SAS HD-Steckverbindung, die mit 6 GBit/s betrieben wird, verspricht zusätzlich Systemmargen für diese anspruchsvollen Konnektivitätsumgebungen (siehe Abb. 17).

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Das SAS-SAN kommt näher

Darüber hinaus unterstützt die Mini-SAS HD-Steckverbindung höhere Portdichten und ermöglicht mehr SAS-Ports in der Steckerleiste eines PCIe-basierten Hostadapters. Sie unterstützt wesentlich mehr Ports innerhalb oder zwischen Servern und Storage-Gehäusen.

Aufgrund der Fähigkeit, aktive Kupfer- und Optikverbindungen zu unterstützen, sind Kabellängen von 20 bzw. 100 m erreichbar. Dies verbessert die Fähigkeit von SAS, große Storage-Architekturen zu bedienen, erheblich, indem mehr Verbindungen zwischen Racks und mehr Flexibilität bei der Konfiguration großer Topologien ermöglicht werden.

Da SAS in diesen Umgebungen immer noch kaskadiert werden kann, können große Architekturen theoretisch mehrere hundert Meter umfassen und viele tausend Laufwerke unterstützen.

Verkabelungsvarianten erforden zur Fehlersuche Kabelmanagement

Als erste Mini-SAS-Verbindungen implementiert wurden, zeigte sich schnell, dass strikte Kodierungsmechanismen erforderlich waren, um zu verhindern, dass Kabel in die falschen Verbindungen eingesteckt werden.

Es wurden mehrere Kodierungsschemata verwendet, um universelle Verbindungen, Upstream-Verbindungen, Downstream-Verbindungen usw. zu kennzeichnen. Diese Vielzahl von Kodierungsmechanismen hat den Nachteil, dass mehr Inventar erforderlich ist, wodurch die Komplexität bei der Wartung dieser Systeme zunimmt.

So schnell wie die Nachfrage nach stets größeren Storage-Mengen wächst, wächst auch die Anzahl der Verbindungen. Viele dieser großen Topologien bedienen die Anforderungen von Highend-Datenzentren und großen Unternehmen, wo es auf Robustheit und Wartungsfreundlichkeit des Systems ankommt.

Verkabelungsprobleme in diesen großen Implementierungen zu erkennen und zu beheben, kann ohne geeignete Managementfunktionen schwierig werden.

Mini-SAS HD-Verbindung in 1x- und 4x-Konfigurationen. 8x-Baugruppen werden zu einem späteren Zeitpunkt erwartet. (Archiv: Vogel Business Media)

Abb. 17: Mini-SAS HD-Verbindung in 1x- und 4x-Konfigurationen (8x-Baugruppen werden zu einem späteren Zeitpunkt erwartet).

Dynamische Kabelerkennung hilfreich

Steckverbindungen mit Mini-SAS High Density unterstützen passive Kupfer-, aktive Kupfer- und Optikverkabelungssysteme komplett mit vollständigen Kabelmanagementfunktionen.

Dieses Konnektivitätskonstrukt ist besonders praktisch für Umgebungen mit externer Verkabelung, ist aber auch für interne Verbindungen erhältlich. Bezeichnenderweise ist es so ausgelegt, dass es auf 12 GBit/s SAS erweitert werden kann.

Mini-SAS HD verbessert diese Situation erheblich durch die Bereitstellung von Managementfunktionen innerhalb des Verbindungsschemas, wodurch eine software-gesteuerte Unterstützung möglich wird.

Kabel können dynamisch erkannt, abgefragt und konfiguriert werden. Die Fähigkeit, ein angeschlossenes Kabel zu erkennen und zu bestimmen, ob ein Kabel ausgefallen ist oder entfernt wurde, verbessert die Wartbarkeit von großen Konfigurationen enorm.

Die genaue Identität des verwendeten Kabels kann in der Steckverbindung gespeichert werden, was Irrtümer bei Austausch und Wartung minimiert (siehe Abb. 18).

weiter mit: Auch Mini-SAS wird wie SCSI mit einer bunten Kabelvielfalt „glänzen“

Auch Mini-SAS wird wie SCSI mit einer bunten Kabel- und Adaptervielfalt „glänzen“

So wichtig diese Möglichkeiten für die verbesserte Kabelanlage sind, es ist stets schwierig, von vorhandenen Kabeln weg zu migrieren. In der Übergangszeit werden Kabel beliebt werden, die Mini-SAS HD-Steckverbindungen an existierende Mini-SAS-Umgebungen anpassen.

Darüber hinaus wird es eine Reihe neuer Möglichkeiten für SAS geben, da es angesichts dieser Highend-Fähigkeiten kein großes Problem sein wird, Altumgebungen zu integrieren.

Es wird erwartet, dass frühe Mini-SAS HD-Implementierungen schwerpunktmäßig bei externen Verbindungen eingesetzt werden, für die der heutige Mini-SAS-Ansatz eine Herausforderung darstellt.

Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass dieses System zur bevorzugten internen und externen Steckverbindung wird und mit der Zeit erheblich an Verbreitung gewinnt.

Da Mini-SAS HD verwaltbar ist, Kabelwirrwarr reduziert, sowohl aktive als auch passive Verkabelung unterstützt und auf bis zu 12 GBit/s erweiterbar ist, ist sein Wachstums- und Akzeptanzpotenzial als konvergierte Konnektivitätslösung für künftige SAS-Implementierungen gewährleistet.

Externe und interne Mini-SAS HD-Konfigurationen. (Archiv: Vogel Business Media)

Abb. 18: Externe und interne Mini-SAS HD-Konfigurationen.

Bessere Konnektivität vor weiterem Performance-Schub

Beachten Sie in Abb. 18, dass 16 externe SAS-Ports auf der Slotblendenseite einer Lowprofile-PCIe-Karte unterstützt werden. Diese externen SAS-Ports können passive Kupfer-, aktive Kupfer- und/oder Optikverbindungen unterstützen. Wichtig ist, dass dies die doppelte Anzahl von Ports ist, die mit der Mini-SAS-Steckverbindung erzielt werden kann.

Abb. 19 fasst auf einer Seite die ganze SAS Advanced Connectivity Roadmap zusammen. Beachten Sie, dass die Konnektivitätsroadmap von den verschiedenen Überarbeitungen zur Leistung von SAS-Links abgekoppelt wurde.

Man erwartet, dass in 6-GBit/s-Systemen Mini-SAS HD aufgrund der verbesserten Signalübertragungseigenschaften, der Fähigkeit, die Kabelanlage zu managen, und der Fähigkeit, wesentlich größere Kabellängen zu unterstützen, schneller eingeführt wird - lange bevor 12 GBit/s SAS kommt.

SAS Advanced Connectivity Roadmap, mit der konvergierten Mini-SAS HD-Steckverbindung und SAS Connectivity Management. (Archiv: Vogel Business Media)

Abb. 19: SAS Advanced Connectivity Roadmap, mit der konvergierten Mini-SAS HD-Steckverbindung und SAS Connectivity Management.

(Hinweis: Die Verwendung von QSFP für Optikverbindungen und der überarbeiteten Mini-SAS-Verbindung zur Unterstützung aktiver Kupferkabel wird von der STA als machbare kurzfristige Option in Bezug auf erweiterte Konnektivität anerkannt. Insbesondere in homogenen Storage-Implementierungen, wird dies jedoch nicht empfohlen und dementsprechend in der offiziellen Roadmap nicht berücksichtigt.)

weiter mit: Das SAS Connectivity Management ist eine Schlüsselkomponente

Das SAS Connectivity Management ist eine Schlüsselkomponente der SAS Advanced Connectivity Roadmap

SAS Connectivity Management ist ein integraler Bestandteil der aktuellen SAS-Konnektivitätsroadmap, da es die Erkennung von Verbindungen und Kabelmanagement unterstützt, was für große Storage-Installationen unbedingt erforderlich ist.

Da die Nachfrage nach Storage unvermindert anhält, gewinnt Konnektivität zunehmend an Bedeutung für die Systemlösung. Die Fähigkeit zu erkennen, ob ein Kabel angeschlossen ist oder nicht, und zu wissen, ob die Verbindungen als aktiv oder als passiv konfiguriert sind, verbessert die Verwaltbarkeit und die Wartbarkeit dieser riesigen Storage-Lösungen enorm.

SAS Connectivity Management bietet eine einheitliche Möglichkeit, das Bestehen passiver oder aktiver Kupfer- und Optikverbindungen zu erkennen, und beseitigt die Notwendigkeit mechanischer Kodierungen zur Vermeidung von Verkabelungsfehlern in Systemen mit Mini-SAS-Steckverbindungen.

Wartungs- und Verbrauchskosten redulieren

Verbesserte Wartbarkeit ist der Grundpfeiler des neuen SAS-Konnektivitätsmanagementsystems, da es eine schnelle Fehlerisolierung ermöglicht und die Notwendigkeit, vielfältige Bestandseinheiten bereitzuhalten, eliminiert.

Zu guter Letzt erhöht es auch die Verfügbarkeit, minimiert Konfigurationsfehler und fördert Kosteneinsparungen bei der Wartung. Konnektivitätsmanagement bietet auch die Mittel, in der Mini-SAS HD-Steckverbindung Stromversorgung unterzubringen. Unterschiedliche Implementierungen benötigen unter Umständen unterschiedliche Strommengen, je nach der Anzahl externer Ports und der unterstützten Kabellängen.

Die Möglichkeit, den Strom zu regeln, der für jede Steckverbindung erlaubt ist, macht das Design des Hostcontrollers enorm flexibel und ist aufgrund ihrer Strombeschränkung besonders interessant für PCIe-basierte Adapter.

SAS Advanced Connectivity setzt ihr ganzes Potenzial frei

SAS wird weiter gedeihen, zum Teil dank der Advanced Connectivity Roadmap, die eine robuste Konnektivitätsstruktur auf der Basis der vielseitigen Mini-SAS HD-Steckverbindung und Unterstützung für SAS Connectivity Management bietet.

Diese Fortschritte bei der Konnektivität in Verbindung mit neuen Skalierungsmöglichkeiten – wie zum Beispiel SAS-Switches – erfüllen die Anforderungen sehr großer Storage-Lösungen und bieten nun Wachstumsmöglichkeiten für SAS.

Zusammen bieten sie eine zuverlässigere und bessere Wartbarkeit in diesen großen Implementierungen und stellen die erforderliche Kabellänge und Konfigurierbarkeit beim Skalieren großer Datenzentren bereit.

Branchenverband betont die Flexibilität

Die Fähigkeit von SAS, schrittweise zu wachsen und mit den steigenden Branchenanforderungen zu skalieren, hebt den SAS-Ansatz im Unternehmensbereich heraus.

Die Stabilität, die SAS bietet, ist ebenso wie die neue Mini-SAS HD-Steckverbindung als langfristiges konvergiertes Konnektivitätsschema ein wichtiges Element für den Investitionsschutz in der ganzen Storage-Landschaft.

SAS Connectivity Management gewährleistet einheitliches Software-Management, reduziert Systemfehler in Verbindung mit Verkabelungsfehlern und bietet einen Standardmechanismus für die schnelle Erkennung und Korrektur von Verkabelungsfehlern.

In dem Maße, wie SAS an Boden im Unternehmensbereich gewinnt, kann man einen kontinuierlichen Strom von Innovationen erwarten, der diesen Fortschritt unterstützt.

zum Autor und zum Artikel:

Harry Mason ist Director, Industry Marketing bei LSI.

Dieser Artikel beruht auf einem Whitepaper von Harry Mason unter Mitarbeit von Jay Neer, Advanced Technical Marketing Manager, Industry Standards, Molex

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