今日のストレージシステムは、テラビット単位で容量が増大し、データ転送速度も向上しているだけでなく、消費電力も少なく、設置面積も小さくなっています。これらのシステムは、柔軟性を高めるために、より優れた接続性も必要としています。設計者は、現在または将来必要となるデータ転送速度を実現するために、より小型のインターコネクトを必要としています。そして、標準規格の誕生から開発、そして徐々に成熟していくことは、一日の仕事でできることではありません。特にIT業界では、シリアル接続SCSI（SAS）仕様のように、あらゆる技術が常に改良され、進化しています。パラレルSCSIの後継として、SAS仕様はしばらく前から存在しています。
SAS が歩んできた年月の中で、その仕様は改善されてきました。基盤となるプロトコルは維持されているため、基本的に大きな変更はありませんが、外部インターフェース コネクタの仕様は多くの変更を受けてきました。これは、SAS が市場環境に適応するために行った調整であり、このような「千里の道も一歩ずつ」の継続的な改善により、SAS 仕様はますます成熟してきました。異なる仕様のインターフェース コネクタは SAS と呼ばれ、並列からシリアルへの移行、並列 SCSI 技術からシリアル接続 SCSI (SAS) 技術への移行により、ケーブル ルーティング スキームが大きく変わりました。以前の並列 SCSI は、最大 320Mb/s で 16 チャネルを超えてシングル エンドまたは差動で動作できました。現在、エンタープライズ ストレージ分野でより一般的な SAS3.0 インターフェースがまだ市場で使用されていますが、帯域幅は長らくアップグレードされていない SAS3 の 2 倍の速度である 24Gbps で、一般的な PCIe3.0×4 ソリッドステート ドライブの帯域幅の約 75% です。 SAS-4仕様で規定されている最新のMiniSASコネクタは、小型化され、高密度化を実現しています。最新のMini-SASコネクタは、従来のSCSIコネクタの半分のサイズで、SASコネクタの70%のサイズです。従来のSCSIパラレルケーブルとは異なり、SASとMini SASはどちらも4つのチャネルを備えています。しかし、高速化、高密度化、柔軟性の向上に加え、複雑さも増しています。コネクタが小型化されたため、ケーブルメーカー、ケーブル組立業者、システム設計者は、ケーブルアセンブリ全体を通して信号完全性パラメータに細心の注意を払う必要があります。
すべてのケーブル組立業者が、ストレージシステムの信号完全性要件を満たす高品質かつ高速な信号を提供できるわけではありません。ケーブル組立業者は、最新のストレージシステム向けに、高品質かつコスト効率の高いソリューションを必要としています。安定性と耐久性に優れた高速ケーブルアセンブリを製造するには、いくつかの要素を考慮する必要があります。設計者は、機械加工と処理の品質を維持することに加え、今日の高速メモリデバイスケーブルを実現する上で不可欠な信号完全性パラメータにも細心の注意を払う必要があります。
信号完全性仕様（どのような信号が完全であるか？）
信号完全性の主要なパラメータには、挿入損失、近端および遠端クロストーク、反射損失、内部の差分ペアのスキュー歪み、および差分モードとコモンモードの振幅などがあります。これらの要素は相互に関連し、影響し合いますが、ここでは各要素を個別に検討し、その主な影響を調べることができます。
挿入損失（高周波パラメータの基礎01 - 減衰パラメータ）
挿入損失とは、ケーブルの送信端から受信端までの信号振幅の損失であり、周波数に正比例します。挿入損失は、下の減衰図に示すように、ワイヤ数にも依存します。30AWGまたは28AWGケーブルの短距離内部コンポーネントの場合、高品質のケーブルは1.5GHzで2dB/m未満の減衰を持つ必要があります。10mケーブルを使用する外部6Gb/s SASの場合、平均線径24のケーブルが推奨されます。このケーブルは3GHzでわずか13dBの減衰しかありません。より高いデータレートで信号マージンを増やしたい場合は、より長いケーブルで高周波での減衰が少ないケーブルを指定してください。
クロストーク（高周波パラメータの基礎 03 - クロストークパラメータ）
ある信号ペアまたは差分ペアから別の信号ペアまたは差分ペアへ伝達されるエネルギー量。SASケーブルの場合、近端クロストーク（NEXT）が十分に小さくないと、ほとんどのリンク問題を引き起こします。NEXTの測定はケーブルの片端でのみ行われ、出力伝送信号ペアから入力受信ペアへ伝達されるエネルギー量です。遠端クロストーク（FEXT）は、ケーブルの片端で伝送ペアの信号を注入し、ケーブルのもう一方の端で伝送信号に残るエネルギー量を観測することによって測定されます。
ケーブルアセンブリおよびコネクタにおけるNEXT（ネットワークエラー）は、通常、信号差動ペアの絶縁不良が原因で発生します。これは、コンセントやプラグ、不完全な接地、またはケーブル終端部の取り扱い不良などが原因となる可能性があります。システム設計者は、ケーブル組立業者がこれら3つの問題に対処していることを確認する必要があります。
24、26、28Ωの一般的な100Ωケーブルの損失曲線
「SFF-8410-HSS銅試験および性能要件仕様」に準拠した良質なケーブルアセンブリの場合、NEXT値は3%未満であるべきです。また、Sパラメータに関しては、NEXT値は28dB以上であるべきです。
リターンロス（高周波パラメータの基礎 06 - リターンロス）
反射損失とは、信号が注入された際にシステムまたはケーブルから反射されるエネルギー量を測定するものです。この反射エネルギーは、ケーブルの受信端で信号振幅の低下を引き起こし、送信端で信号の完全性の問題を引き起こす可能性があります。その結果、システムおよびシステム設計者にとって電磁干渉の問題が発生する可能性があります。
このリターンロスは、ケーブルアセンブリ内のインピーダンスの不整合によって発生します。この問題を細心の注意を払って処理することによってのみ、信号がソケット、プラグ、ワイヤ端子を通過する際にインピーダンスが変化しないようにし、インピーダンスの変化を最小限に抑えることができます。現在のSAS-4規格では、インピーダンス値がSAS-2の±10Ωから±3Ωに更新されており、高品質ケーブルの要件は、公称許容値85または100±3Ωの範囲内に収まるようにする必要があります。
歪み
SASケーブルには、差分ペア間と差分ペア内（信号完全性理論における差分信号）の2種類のスキュー歪みが存在します。理論的には、ケーブルの一端に複数の信号が入力された場合、それらは同時に他端に到達するはずです。これらの信号が同時に到達しない場合、この現象はケーブルのスキュー歪み、または遅延スキュー歪みと呼ばれます。差分ペアの場合、差分ペア内のスキュー歪みは差分ペアの2本のワイヤ間の遅延であり、差分ペア間のスキュー歪みは2組の差分ペア間の遅延です。差分ペアのスキュー歪みが大きいと、伝送信号の差分バランスが悪化し、信号振幅が低下し、時間ジッタが増加し、電磁干渉の問題を引き起こします。高品質のケーブルの内部スキュー歪みの差は10ps未満であるべきです。
投稿日時：2023年11月30日
