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CE-ATA將一統手持市場介面標準?
 

【作者: 陳隱志】   2004年12月01日 星期三

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美國時間2004年9月9日,Intel於舊金山進行秋季的研發者論壇(Intel Developer Forum,IDF)時,向世人宣佈即將於2005年上半年發表CE-ATA 1.0的介面規格,即是將現有個人電腦內ATA硬碟介面,轉化成適合消費性電子(Consumer Electronic,CE)用的版本規格,而在Intel宣佈的同時,還有日立全球儲存科技(Hitachi Global Storage Technologies,HGST)、Marvell半導體、Seagate希捷科技、以及Toshiba America Information Systems東芝美國資訊系統等業者,也都將共同支持CE-ATA,屆時在正式規格底定後,便會在數個月內推出支援CE-ATA的各項產品、方案。


提出CE-ATA的背後動機、成因

會提出專供消費性電子用的ATA介面,無非是因為愈來愈多的消費性電子裝置使用到硬碟,過去只有電腦資訊系統會用上硬碟,但是2000年Microsoft揭露其XBOX的電視遊樂器(或稱遊戲主機Game Console)計畫時,就用上一顆8GB容量以上的3.5英吋硬碟,用於儲存XBOX的作業系統(特用版本的Windows 2000,沒有硬碟XBOX就無法動作)。


隔一年,Apple於2001年推出iPod數位隨身聽,就用上了TOSHIBA的1.8英吋硬碟,另外也在相近時間,IBM發表了1吋的微型硬碟(Micro drive),可相容於Compact Flash Plus Type II介面,一般的個人數位助理、數位相機都可使用,當時就有170MB/340MB的容量。


接著新加坡的創新未來推出NOMAD Zen數位隨身聽,使用筆記型電腦所用的2.5英吋硬碟,之後PVR(Personal Video Recorder)的硬碟錄放影機開始走紅,內部使用3.5吋硬碟。到了2004年,Apple發表iPod mini(迷你型)使用特用介面的1吋硬碟,另外TOSHIBA新發表的0.85吋硬碟,也是使用特用介面。


雖然消費性電子使用的硬碟,從1.0”、1.8”、2.5”、3.5”等都有,未來也會有0.85”,但真正的重點是攜帶型的消費性電子,而非家用的固定型消費性電子、固定型影音娛樂裝置,即CE-ATA的重點不在XBOX、PVR等用途上,而是隨身用的領域,如PDA(Personal Digital Assistant)、DSC(Digital Still Camera)、PMP(Portable Media Player)等,甚至連Samsung的手機:SPH-V5400,也開始使用迷你硬碟。


因此CE-ATA主要是針對1.8”以下的硬碟,包括1.0”、0.85”等,並部分適用於2.5”,這些尺寸的硬碟運用在消費性電子時,希望能夠有一致、統一的介面,而不是現在的CF介面、傳統ATA介面、特用介面等,如此對於設計消費性電子裝置的業者而言,才有更高的共通標準、更多的業者選擇性,這正是CE-ATA被提出的最主要原因。


CE-ATA的規格特性

CE-ATA除了統一現有規格外,簡化現有的ATA實體連接線路也是重點訴求之一。環顧現在迷你硬碟所用的介面,記憶卡的Compact Flash介面要50pin,2.5”硬碟的PATA(Parallel ATA)介面要44pin,若為筆記型電腦的PCMCIA/Cardbus介面則要68pin,這些介面都超過40pin以上,這主要是過去ATA硬碟本身就有16-bit的並列資料傳輸,加上控制線路,以及嬌小化後供電線路也採行資料傳輸腳位的設計,才會造成如此多數目的接腳,但這也讓產品的研發設計人員頭痛。(Apple iPod mini使用Cornice公司的1”硬碟,接腳僅4pin,但卻是專屬介面,非開放通用。)


事實上過去的ATA硬碟之所以要採行16-bit並列傳輸,主要是將資料更快速地傳給PC,但是如今傳輸技術不斷精進,反而是串列傳輸比較容易提升傳輸率,因此不論ATA或SCSI都沒有往更寬的並列方向發展,都在16-bit寬度後轉往串列,例如現在的Serial ATA(簡稱:SATA)、Serial Attached Scsi(簡稱:SAS)等都是此趨勢的例證。


此外,消費性電子對儲存的傳輸並沒有如PC般地高,PC對於100MB/Sec、133MB/Sec的硬碟傳輸速度仍不滿足,還要更高的150MB/Sec、300MB/Sec等,以致才會有Serial ATA 1X(1.5Gbps)、2X(3Gbps)的出現,未來甚至要達4X(6Gbps)。


相對的,消費性電子主要是用來播放MP3(MPEG-1 Layer 3)數位音樂、MP4(MPEG-4,或相近的H.264)數位視訊,以MP3而言,只要96Kbps~132Kbps的傳輸速度就夠,MP4也只要36Kbps~384Kbps,即便是播放完整高品質的DVD-Video,也只要4.5MB~6MB/Sec都足夠,所以不需要高速,反而是有高容量、低耗電、高抗震等需求。


所以,CE-ATA的第一步,就是捨棄過去的並列傳輸,改採串列傳輸,以求簡化線路,而最理想的沿用典範,自然是Serial ATA,Serial ATA僅有7pin,其中3pin為供電用途的線路(接地線,並具有抗傳輸串音干擾的功效),真正的資料傳輸線僅有4pin,CE-ATA沿用此一設計,將讓研發設計人員在實體接線上大大獲得精省,同時也會將實體接頭盡可能採取短小輕薄的設計,好因應手持裝置內部嚴苛的空間設計要求。


既然CE-ATA承襲至Serial ATA,採行串列線路配置、串列傳輸,那麼是否意味著CE-ATA也可達Serial ATA般的高速?這個問題目前已經有答案,Intel方面表示,由於CE-ATA並非在強調其傳輸速度,所以頻寬必然低於現有的Serial ATA,並且也認為沒必要如此快。


CE-ATA比較可能的新特點,推測會是在資料傳輸的錯誤檢核、更正上,如CRC演算等,原因是手持式的消費性電子裝置經常要隨身一起晃動,因此除了機械抗震性必須強化之外,資料傳輸時的錯誤機會也會增加,所以偵測並更正錯誤的功能會比過去更為強調。另外,也希望從電氣特性上就能壓低電量的使用,畢竟手持裝置的運作都是倚賴電池,過去使用快閃記憶體(Flash Memory)時仍可接受,而在換成具有馬達的硬碟後,用電上明顯增加許多(從數十mA增加到數百mA,mA=毫安培),此外也盡可能讓新介面的實現、製造成本壓低,因為價格在消費性電子市場是相當敏感的,甚至可說是一大競爭主力。


支持CE-ATA的業者將如何?

若更簡單地說,CE-ATA幾乎就是未來迷你型硬碟的共通標準,而前面所提到的支持業者,又分別會以何種方式來響應CE-ATA呢?


對HGST、Seagate、TOSHIBA等業者而言,自然是推出CE-ATA的迷你型硬碟,眼前HGST與Seagate僅有CF+ Type II介面相容的迷你硬碟,HGST主要是在2002年收併IBM的硬碟部門(花費30億美元),才取得Microdrive硬碟技術及產品,而Seagate直至2004年才推出第一款迷你硬碟:ST1,並用於Creative的新款數位隨身聽:MuVo2 FM上(更早前MuVo也是用HGST Microdrive),而TOSHIBA則有1.8吋(PATA介面或PCMCIA/Cardbus Type II介面)及0.85吋。


至於也有1.8吋以下的迷你硬碟業者,還有中國大陸的GS Magic(貴州南方匯通世華微硬碟,香港、大陸合資),以及Cornice公司等,他們都有1”硬碟,未來GS Magic也將推出0.85”硬碟,但此兩業者的名氣、地位似乎還不夠,未受邀參與CE-ATA規格的制訂。至於Marvell半導體,主要是在設計CE-ATA所需的控制晶片,提供給前述多家迷你硬碟業者使用。


當然,Maxtor(勵拓)、Western Digital(西方數位)等業者都沒有1.8吋以下的硬碟,自然無緣參與。其中Western Digital更是不再有SCSI硬碟,以及沒有筆記型電腦所用的2.5”硬碟。


比較令人意外的是,Fujitsu(富士通)亦屬知名且技術卓越的硬碟業者,雖然目前僅有2.5”硬碟,但其技術絕對有能力在未來推出更精小的迷你硬碟,但卻沒有參與CE-ATA的聯盟,而國外媒體也對此詢問Fujitsu,然卻沒有得到正面的回應。


推測CE-ATA未來的可能

展望未來,CE-ATA會為「資訊化」的消費性電子帶來怎樣的衝擊呢?在此所謂的資訊化,在於消費性電子開始融入資訊領域的技術(如:USB)、組件(如:硬碟),以及採用資訊領域的媒體格式(如:Microsoft Windows Media Audio、Video,即.wma、.wmv等)。


首先,CE-ATA僅為內接介面,短時間不會影響消費性電子的外接介面,現有常見的USB、IEEE 1394等仍會保持,特別是USB已經非常廣泛地運用,加上2001年即有互接、對傳的USB規範(USB On-The-Go,簡稱:USB OTG),以及正在醞釀中的無線化傳輸的USB(Wireless USB,簡稱:WUSB),如此CE-ATA即便期望擴展至外接,面對USB也不樂觀。


其次,人們可能會任何ATA跨入消費性電子是首例,但其實過去已經有類似經驗,最初電腦所用的CD-ROM唯讀光碟機是使用SCSI介面連接,因為當時的ATA介面為純內接、純固定式的內接介面,之後擴展成能支援抽取式儲存裝置,即是ATAPI,作法上是直接在ATA介面上傳輸過去在SCSI介面上的CD-ROM控制指令,也因此才有後來的Seagate Traven磁帶機,用ATA介面連接可抽換的磁帶儲存媒體。而CD-ROM之後的DVD-ROM,更是一起頭就只支援ATA,而非SCSI,且DVD-ROM是以消費性取向為主,因此ATA支援消費性儲存裝置並非第一次。


再從另一點來看,到今日為止,所有的介面都僅保留封包、協定層面,實體傳輸上都有多樣的變化,今日所談的ATA並非是頭一個。過去TCP/IP必然在網路銅線中傳遞,如今則可透過無線(如Wi-Fi)方式傳遞,或在iSCSI上改以光纖(Fibre)傳遞。同樣的SCSI硬碟也可從並列的排線轉成用串列的光纖通道(Fibre Channel)傳遞,光纖通道短波可至500m,長波可至10km,遠勝SCSI的12m~25m,而USB也開始轉往無線,即WUSB,所以傳輸介質、方式可任意改變,但傳輸的控制指令不變,依然是傳輸SCSI指令、ATA指令、USB指令等。


類似的作法可說不勝枚舉,例如PCI族系的Mini-PCI、PCI-Express也都是如此,Cardbus也是,任由實體連接隨意轉化,但傳遞的協定、機制不變,力求方便則轉無線,力求快速則轉串列或光纖,力求轉化則用其他形式的銅箔、銅線,今日的CE-ATA也只是此種轉化趨勢中的一例而已,而此種轉化的好處即在於過去的韌體、軟體能不需要修改就能持續相容適用,或是將修改的幅度降到最低。


當然,CE-ATA也可能讓一些喜好自行組裝(DIY)的消費者感到欣喜,一旦內接介面獲得統一,未來很有希望自行購買新款硬碟來升級換裝,事實上目前就已經有許多人如此做,雖然這並非原規格制訂業者的本意,業者只希望自身能更方便、快速設計,以及更寬裕、彈性的硬碟供貨源選擇。


不過,CE-ATA也並非全無風險,不一定能獲得成功,過去就曾經有業者針對視訊多媒體設備而提出對應的「AV硬碟,Audio Video」,但由於無太多專屬益處,最後仍然是以一般資訊用硬碟來頂替。或者,情況也可能相反,即是未來CE-ATA內接獲得成功後,很可能進一步將ATAPI特性延伸到消費性電子端,以抽取式的迷你硬碟來取代現有D8、V8所用的迷你磁帶。


最後,之所以要用共通的CE-ATA規格,也是為了用量產標準好讓迷你硬碟能更進一步降價,ATA硬碟的成功即在於成本低廉,SCSI硬碟即是因此敗北,之後的規格提升愈來愈緩,甚至是被ATA逼著走,最後連獨用的實體介面制訂都喪失,最新的SAS在實體連接上完全倚賴SATA規格,只保留自有的SCSI指令,僅剩指令上的優越性,而ATA硬碟甚至在企業端的應用上開始對磁光碟、磁帶等施加壓力,在手持裝置上,也是因為相同容量下比Flash Memory低廉才有機會切入。


結論

所以從過往的成功模式來看,ATA必須持續其低廉特性,而更標準、更大用量、更普及即是其手段,否則Flash Memory只要價格結構稍有變動,很可能又會翻盤,搶回迷你硬碟切入的戰果領域,畢竟記憶體的抗震性、省電性遠勝過硬碟。


此外,SONY也積極提升攜帶型光碟的容量,這也讓硬碟陣營不敢小看,例如MD已從過去的140MB提升至1GB(稱為:Hi-MD,於MO上使用藍光雷射技術),另外也推出個人攜帶用的PDD(Professional Disc for Data),12cm碟徑即有23.3GB容量(也是使用藍光雷射技術),雖然傳輸慢於硬碟(僅72Mbps~144Mbps),但光儲的資料穩定性、保存年限(50年)等都優於磁性,若價格有所調動,迷你硬碟也難保不會失勢。


延 伸 閱 讀
CE-ATA介面用新的方法解決攜帶型裝置面臨的成本、尺寸和耗電問題,可有助製造商打造外觀更時髦、及以電池啟動的掌上型裝置。 相關介紹請見「 迷你硬碟將採用CE-ATA介面」一文。
英特爾表示,目前行動消費性設備的市場快速成長,CE-ATA將開發使用少量引腳、低電壓、省電、成本低廉且容易嵌入到設備中的介面,將滿足對於小型硬碟用高效介面的龐大需求。你可在「 可攜設備儲存介面規格團體 CE-ATA在美成立」一文中得到進一步的介紹。
由於迷你型硬碟在消費性電子市場的應用日益普及,英特爾、Hitachi、Marvell、Seagate和Toshiba提議發展針對迷你硬碟而生的CE-ATA介面,採用和Serial ATA相同的序列介面,只是頻寬上並不會這麼高,因為沒有必要。在「ATA與WLAN的狀況 」一文為你做了相關的評析。
相關組織網站
Serial ATA國際組織
Intel官方網站
Seagate希捷科技網站
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