Expander與Port Multiplier

其實這邊會說到這個Expander以前，要先談談SATA-IO標準的一些設計-Port Multiplier．Port Multiplier用於透過一個SATA port去擴展更多的SATA port，以解決port不足導致無法連接更多Storage．下面是一張Port Multiplier的示範模型：

可以看到它是利用eSATA輸出到一個PM(Port Multiplier)裝置，透過這個device提供更多的port．基本上，根據SATA-IO組織對於Port Multiplier分為兩種模式：

1.Command-based switching
2.FIS–based switching

這兩種模式的技術所達成的傳輸方式有很大的差異性，先來講講Command-based switching模式的作法．Command-based switching是最高優先權傳輸的一種模式，當SATA HBA發送若干個I/O命令(Command)到數顆硬碟(HD Drive)時，此時，透過PM裝置只能有一顆硬碟被請求，對於其他硬碟的I/O命令請求只能等待，必須直到該I/O命令被完成，HBA才能對其他硬碟進行I/O命令的請求．因此，可以說這是一種效率極差的模式，該模式僅能用作存取少數的Storage．以下是為Command-based switching模式的基本模型圖：

在早期Port Multiplier技術發展出來的時候，這個模式是被常用的，尤其Intel的前即款ICHxR晶片，就是提供對這模式的支援．

FIS(Frame Information Structure)–based switching是Port Multiplier所提供的另一種傳輸模式 ．相較於Command-based switching模式，他有更好的傳輸性能，在多重I/O命令併發時，透過PM裝置不會在同時只能有一顆硬碟被存取，意味著，SATA HBA對數顆硬碟發送I/O命令請求時，透過PM裝置能同時傳送至該若干顆硬碟，所以，SATA HBA與PM裝置之間的頻寬能夠被好好有效利用，尤其對於有支援NCQ功能的裝置，更有其優勢．下面是FIS–based switching模式的示意圖：

除了Intel的ICH10R，小弟尚不確定有無支援FIS–based switching模式，其餘目前大多SATA HBA皆支持這個模式的實作．另外，早期3ware提出的StorSwitch架構，也是一種Port Multiplier的設計方式，只是其實作結構當然是不同！

而Expander則是SAS所推行的另一種Port Multiplier設計，其結構完全與SATA Port Multiplier不同，而且更具有優勢性．在業界中被廣泛採用，要說說Expander以前，還是先來談談SAS其中一個特性-wide port，這個特性足以與Expander之間提供足夠的頻寬，由於現階段一個wide port可以提供4條narrow links，並且彼此之間都是獨立的，這意味著，在SAS-2規範下，一個wide port-6Gbps x4=24Gbps=3GB/s x80%=2.4GB/s，便可以提供wide port與Expander之間骨幹頻寬，這與SATA的Port Multiplier相比，優勢性不言而喻了！因為SATA Port Multiplier只有300MB/s，就算是SATA 3.0版本下頂多600MB/s(也要找的到SATA 3.0的Port Multiplier，現階段下Silicon Image根本沒有SATA 3.0的Port Multiplier產品)，而且SATA的實體層部分是半雙工設計的，其效率要打折扣的！

在SAS協定中，Link Layer的SMP協定就是針對Expander這塊而規劃的．根據HP提供的一份文件-Serial Attached SCSI Architecture，Expander典型分成兩種設計：
1.Edge Expander

2.Fanout Expander

在講講這兩種Expander設計以前，我們來看一種可以說是極為少見的Expander設計-Internal Expander Add-on Card．之所以說她非常少見是因為根本沒幾家廠商在生產，這樣講好了，用五根手指頭就可以數出來了，就目前所見到的只有兩家：

1.訂單需要一定數量才肯願意排單出貨的Chenbro

下面為Chenbro的CK13601的Standard 36-port SAS Expander實體圖：

這張Internal Expander Add-on Card採用LSI的LSISASx36晶片，支援3Gb/s規格，整合ARM的處理器增強傳輸性能，可以看到的是她並不需要靠主機板上的Host Bus來供電，而是另外透過一個大4pins的12v電源接頭來供電，因此整線部分還得費些心思，尤其周邊都是HBA的情況下．紅色線框起來的部份便是Input Drive Connector，可以與RAID HBA的Host Connector與它連接，擴展更多的Drive Connector，提供大量的Storage存取．RAID HBA與Expander之間的骨幹頻寬為3Gb/s x4=12Gb/s=1.5GB/s x80%=1.2GB/s，對於這個36 ports的版本，1.2GB/s頻寬稍微有些不足！

SAS-2版本的Internal Expander Add-on Card，Chenbro哪那邊已經推出，採用的是新的LSI LSISAS2x36晶片，內置150MHz的ARM處理器，產品照片在官方網站並沒有上，不過可以很明白的講，就是把CK13601這款中間那顆晶片換成LSISAS2x36而已，其餘沒有變化．6Gb/s x4=24Gb/s=3GB/s x80%=2.4GB/s(RAID HBA也要支持6Gb/s規格)，RAID HBA與Expander之間的骨幹頻寬與之前SAS-1/1.1 Expander產品相比，由於6Gb/s規格，提高了兩倍，對於連接可以達到36顆硬碟來說，勉強算是足夠！

Chenbro的Internal Expander Add-on Card由於採用LSI晶片，所以與RAID HBA的最佳搭配是LSI的產品，這也是詢問過官方的建議，因此，要注意！要注意！

2.
HP原裝 SAS expander

https://h10057.www1.hp.com/ecomcat/h...visioner/99/46
8406-B21.htm
input 可為 1或2 4x SAS port 可接上 24  pcs HDD
24 Port HDD  最大共享 48 Gbps (4800 MB/s) 頻寬

SAS Expander Chip是PMC Sierra PM8005 .S

這張 SAS  raid card都是做phy 轉換,但是跟Raid 控制卡相容性很有關!

HP說這張卡只能給HP Server跟Raid card 用
實際上沒 只要可以偷到pci-e 電.這張卡就可以工作

Support Raid card:
3Gbps SAS

Areca 1680 series: YES (SES2 要關掉)
3ware 9690SA Series YES
Adaptec 5085: Yes (SATA 可能會被限1.5 Gbps)
Adaptec 5805: Yes* (SATA 可能會被限1.5 Gbps)

6 Gbps SAS
HP P212, P410, P410i, P411, P411i, P712: YES

升級Expander firmware 一定要用官方HP P410 Card