SATA硬碟的推出已行之有年，當前的主流電腦也都以SATA硬碟，來當主要儲存設備，而一些主流NAS、工作站甚至伺服器，也有不少拿SATA規格硬碟來組RAID磁碟陣列，來存放大量資料。然除了SATA硬碟之外，市面上還有SAS硬碟可供選擇，如今高階工作站、伺服器，也都配備SAS硬碟。那麼，SAS與SATA硬碟有什麼不同？使用上有什麼限制？還有效能上有什麼差異？以下就來討論這個話題。
▲ SATA與SAS的Logo
簡介SAS的介面
SAS (全名Serial Attached SCSI，序列式SCSI)是一種先進的儲存裝置專用傳輸介面技術，由ANSI INCITS T10委員會所制定與維護的新一代儲存介面標準。屬於點對點的串列協定，用來取代早期的Parallel SCSI (平行式SCSI)。如今已有不少企業級硬碟、光碟、磁帶機…等大型儲存裝置，採用SAS介面的高速傳輸介面優勢，來提升大量資料存取效能與穩定性。
以SATA介面來說，目前有三代：1.5Gbps、3Gbps、6Gbps，其中主流的是6Gbps (坊間俗稱SATA III)。而SAS硬碟則有分成3Gbps、6Gbps與12Gbps，還有最新第四代的24Gbps標準。不過，當今最主流的標準，還是以SATA 6Gbps與SAS 12Gbps為準，且是目前市面上最普及且可以買到的主流標準。因此，以下的討論，將以這兩種標準的同容量產品，做為外型、規格上的比較。
SAS與SATA盤體比較
先來看看SAS與SATA的外型、接頭與盤體上面有何不同。以下我們就拿Toshiba MG08a系列的同容量SATA與SAS硬碟做比較。由於SATA和SAS的外觀非常相近，要區分SATA或SAS硬碟，可從上面貼紙/標籤，和接頭來分辨。
▲圖 物理外觀: SATA與SAS硬碟(以3.5″為例)，在外觀上是幾乎相同的
▲圖 介面接頭: 差別在於，上面的SATA 分成訊號區與電源區，下面的SAS則兩者中間有連接起來 (SFF-8242規範)
▲圖 底部電路板: SATA與SAS硬碟的電路板看起來並無二致，這邊看起來，可發現兩者接頭不一樣
▲圖 電路板比較: 若仔細看的話，可以看到電路板上面標示的SATA或SAS字樣
再來看看標籤上，也會註明硬碟的型號、介面等級、馬達轉速等資訊，讓您快速得知硬碟是SAS還SATA規格。
▲圖 可從硬碟上的標籤敘述，來得知硬碟是SAS還是SATA
雖說SATA和SAS硬碟，在外觀與底部電路板上，幾乎長得一模一樣。就連廠商在規格書上，也都習慣將相同系列的SATA與SAS硬碟放在同一份pdf上，不過兩者的韌體與運作方式是非常不同的，且SAS規格硬碟通常會有比較好的性能與可靠性，因此下列就來說明SAS硬碟有哪些優勢。
SAS硬碟的優勢
根據 WD說明 (https://support-zh.wd.com/app/answers/detail/a_id/41183)，SAS硬碟的好處有下:
● SAS是為了以任務為中心的企業應用程序而設計的，而SATA則是在消費者市場上常見的擁有一般用途的接口
● SAS支持多個啟動程序，而SATA不提供這種功能
● SAS是雙端口的，而SATA是單端口的。因此，SAS可以在沒有額外的硬件的情況下支持多路徑I/O。除此之外，SAS能夠利用雙端口而達到提高性能的目的。
● SATA採用半雙工的工作方式傳輸數據，SAS能夠採用全雙工的工作方式傳輸數據。因此，對於SAS來說，每個端口都可以同時讀寫數據，而SATA無法實現這個操作。
● SAS使用SCSI命令進行錯誤校正和錯誤報告，這比SATA採用的ATA命令集有更多的功能。
● SAS能夠支持8m長的數據線，而SATA最長只能支持1m的數據線.
此外，SAS和SATA硬碟不僅在外觀上相同，軟體使用上也相容，更可向下相容於針對SCSI介面撰寫之工具軟體與中介軟體，因此SAS硬碟無論是在一般桌機環境或是工作站/伺服器環境，都是理想的儲存媒體。
再來說明指令排序部份，先說明SATA硬碟具有NCQ (Native Command Queuing)原生指令排序功能。需搭配Windows Vista以後版本並安裝AHCI驅動程式，再需搭配軟體的優化，才能發揮出NCQ的功能。
▲圖 指令排序優化: 左為no NCQ指令下，硬碟需要轉至少兩圈才能將4個磁區的資料讀取出來，而搭配右邊NCQ的指令重組優化之後，便可在硬碟只轉一圈左右，即將所有磁區的資料讀取出來 (圖取自Wiki: https://zh.m.wikipedia.org/zh-tw/%E5%8E%9F%E7%94%9F%E6%8C%87%E4%BB%A4%E6%8E%92%E5%BA%8F )
至於SAS硬碟，則跟SCSI一樣，在其進階命令中也具備原生的佇列排序功能，SAS擁有達256個佇列深度(Queue Depth)，可以在一個佇列下執行更多命令，尤其在處理企業大量的資料存取工作時，可透過head-of-queue、out-of-order等佇列優化重組方式，讓硬碟可以更有效率讀寫的碟盤上的資料，提升任務處理效率。
簡單來說，SAS在命令優化上，比SATA更具優勢。
▼表 SATA/SAS規格比較 (右邊為NVMe/U.2規格，列出來做對比，本篇暫不介紹)
| SATA | SAS | NVMe (U.2) | |
| IOPS | 60K至100K | 200K至400K | 200K至10000K |
| 傳輸介面 | 6 Gbps | 12Gbps | 16Gbps (PCIe 3 x16)
32Gbps (PCIe 4 x16) |
| 延遲時間 | < 1~100 ms | < 0.001 ~ 100 ms | < 10 ~ 225 µs |
| 佇列數 | 1 | 1 | 65536 |
| 指令數/佇列 | 32 | 256 | 65536 |
| 適用儲存設備 | HDD / SSD | HDD / SSD | SSD |
▼表 SAS介面名稱與機構規範
| Lanes | 機構規範 | Pin-out 參考規範 | |
| Single SATA | 2x | SFF-8482 | U.3 (SFF-9639) |
| Dual Port SAS | 2x | SFF-8242 | U.3 (SFF-9639) |
| MultiLink SAS | 4x | SFF-8630 | U.3 (SFF-9639) |
| PCIe升至4通道 | 6x | SFF-8639 | U.3 (SFF-9639) |
| Slim SAS | 4x | SFF-8654 | SFF-9400/SFF-9402 |
▲SATA、SAS的接頭比較 (下方則是 U.2 / SFF-8639接頭，給SSD專用的，本篇文章暫不介紹)
NL-SAS? 走SAS協定的SATA硬碟
除了SAS和SATA之外，還有一種NL-SAS。什麼是NL (Near-Line) SAS呢? NL-SAS硬碟，本質就是改用SAS接頭的企業級SATA硬碟，機身跟傳統企業級SATA磁碟一樣，轉速大約在7200 RPM以下，但具備能處理SAS命令的功能，且傳輸速度比SATA快約30%，不受到STP (SATA Tunneling Protocol, SATA通道協定)過載等問題影響，加上可多機支援，並擁有更多Queue Depth，因此可說是SAS硬碟的入門機種。
雖說NL-SAS擁有SAS硬碟的特性，但本質上不太能算是SAS硬碟。因為其轉速、MTBF、可靠性… 都跟同規格的SATA企業碟一樣，只是換成SAS的接頭和加入SAS指令集支援罷了！總之，NL-SAS硬碟算是比較平價的慢速SAS硬碟，效能只比SATA快一點點，跟真正高速SAS硬碟效能相比，還是有距離的。因此NL-SAS比較適合應用在非關鍵任務、非密集性的資料儲存應用，算是比SAS更具成本效益的解決方案。
那麼，要如何分別你的SAS硬碟是真SAS，還是NL-SAS呢? 因為硬碟上面的標籤，只會寫這是SAS規格，一堆電商也幾乎不會特別標示出硬碟是NL-SAS規格。因此，您可以透過查閱原廠的技術規格書，來比較同型號家族的SAS和SATA硬碟，是不是都7.2K RPM，還有MTBF和Reliability是不是一樣，以判斷出，您的SAS硬碟是不是NL-SAS等級。
SAS 6Gbps還是12Gbps? 各廠硬碟標示不同
前面說到，SAS目前主流規格是12Gbps，但市面上還是有6Gbps的規格。以下就來看看幾款SAS硬碟的標籤，以及說明書，來判定是什麼規格吧。
(1) 300GB:
▲從這款硬碟的標籤上，可以清楚看到這顆2.5″ 300GB硬碟，為SAS 12Gbps規範、馬達轉速為15K RPM
(2) 600GB:
▲這兩顆2.5″硬碟都是600GB，不過，左邊的是SAS / 10RPM規格，右邊的是SAS 12Gbps / 15RPM規格。這樣您應該可以輕鬆分辨出誰的效能比較好吧! (註: 左邊那顆硬碟可從原始技術規格書裡查到是SAS 6Gbps規範: https://documents.westerndigital.com/content/dam/doc-library/en_us/assets/public/western-digital/product/data-center-drives/ultrastar-sas-series/product-manual-ultrastar-c10k600.pdf )
(3) 900GB/1.2TB:
▲這兩顆2.5″硬碟都是10K RPM的SAS硬碟。左邊的是SAS 6Gbps / 900GB規格，右邊的是SAS / 1.2TB規格。那麼右邊到底是SAS 6Gbps還是12Gbps?
▲上圖右邊那款硬碟，可從原始技術規格書裡查到是SAS 12Gbps規範: https://documents.westerndigital.com/content/dam/doc-library/en_us/assets/public/western-digital/product/data-center-drives/ultrastar-sas-series/product-manual-ultrastar-c10k1800-oem-spec.pdf
由上可知，各廠商在SAS硬碟的標示上並未統一，那些有完整標示出SAS 6Gbps或SAS 12Gbps的硬碟，就可以馬上判定出來。而那些僅表示SAS或只有SAS Logo的硬碟，就得從技術規格書去查閱出，是6Gbps還12Gbps。
各種SAS接頭與陣列卡等級介紹
由於SAS硬碟外觀與介面很類似SATA，而SAS硬碟擁有比SATA硬碟更多優勢，因此伺服器、高階工作站、NAS、陣列櫃，都可支援SAS介面硬碟，雖說上述機器也可以支援SATA介面，但為讓效能更好，大多都還是建議配置SAS硬碟，讓儲存效能發揮到極限。
不過，由於一般桌機並不支援SAS硬碟，因此必搭配額外加裝的HBA卡/RAID卡才能使用。這些卡有分不同功能與等級，與不同的接頭。以下就來做介紹。
(a) SFF-8482: 標準SAS接頭，與SATA相容的標準介面，可連接的儲存裝置數: 1
▲SFF-8482 (裝置端，SAS硬碟上的標準接頭)
▲SFF-8482 (線材端，一定要有這樣的接頭，才能接到SAS硬碟! 勿拿SATA線去硬接SAS接頭)
(b) SFF-8087: 內接用mini-SAS接頭，適用於SAS 6Gbps且與SATA相容的標準介面，單埠可連接的儲存裝置數: 4
▲搭載LSI 2208 ROC (RAID-on-Chip)晶片的 HBA卡 (上) 與 RAID卡(下)。屬於入門級的HBA或RAID 0/1/5/10/50陣列卡，這兩張卡都可以支援SATA或SAS 6Gbps的HDD，採用SFF-8087 mini-SAS接頭兩組，可連接共8台SATA/SAS 6Gbps的HDD
▲SFF-8087接頭的近照，卡上通常會有兩組接頭，一個接頭可分接4顆SATA/SAS 6Gbps硬碟，因此最多可以支援8顆HDD
▲上面的HBA/RAID卡，可搭配這種SFF-8087 to 4組SFF-8482 的傳輸線，便可支援4顆SAS 6Gbps硬碟。轉接線要接上SATA Power電源以供電
▲若要連接SATA硬碟，則可選用這種SFF-8087 to 4組SATA 的傳輸線(有一條是Sideband線)，可分接4顆SATA硬碟，另外SATA硬碟本身要再另外接SATA Power電源以供電
(c) SFF-8088: 外接用mini-SAS接頭，適用於SAS 6Gbps且與SATA相容的標準介面，單埠可連接的儲存裝置數: 4
▲搭載LSI晶片的中階HBA卡，具備4個外接SFF-8088埠，單一埠可支援4顆SATA/SAS 6Gbps的HDD
▲SFF-8088接頭的近照，卡上通常會至少兩組接頭，一個接頭可分接4顆SATA/SAS 6Gbps硬碟
▲外接專用的SFF-8088纜線，特點是很深。用來連接相對應的HBA/RAID卡，與JBOD櫃/硬碟陣列櫃
▲外接用的SFF-8088 to SFF-8088纜線，可連接對應的HBA/RAID卡與JBOD櫃/硬碟陣列櫃
(d) SFF-8643: 內接mini-SAS HD接頭，適用於新一代SAS 6Gbps/12Gbps且與SATA相容的標準介面，單埠可連接的儲存裝置數: 4
▲搭載LSI 3008 ROC (RAID-on-Chip)晶片的 HBA卡 (上) 與 RAID卡(下)。屬於中階的HBA或RAID 0/1/5/10/50陣列卡，這兩張卡都可以支援SATA或SAS 6Gbps/12Gbps的HDD，採用SFF-8643 mini-SAS HD接頭兩組，可連接共8台SATA/SAS 6Gbps/SAS 12Gbps的HDD
▲SFF-8643接頭的近照，卡上通常會有兩組接頭，一個接頭可分接4顆SATA/SAS 6Gbps/SAS 12Gbps硬碟，因此最多可以支援8顆HDD
▲SFF-8643接頭的近照，此為內接Mini-SAS HD接頭
▲此為SFF-8643轉SAS接頭，只能連接一台SAS 6Gbps/12Gbps HDD，轉接線分接出去的部份須連接到SATA Power
(e) SFF-8644: 外接mini-SAS HD接頭，適用於新一代SAS 6Gbps/12Gbps且與SATA相容的標準介面，單埠可連接的儲存裝置數: 120
▲搭載LSI 3508 ROC (RAID-on-Chip)晶片的 RAID卡，屬於高階的RAID 0/1/5/6/10/50/60陣列卡，此卡可支援SATA或SAS 6Gbps/12Gbps的硬碟，採用SFF-8644 mini-SAS HD接頭兩組，理論上可連接高達240台SATA/SAS 6Gbps/SAS 12Gbps的HDD/SSD (搭配陣列櫃)
▲SFF-8644接頭的近照，與內接的SFF-8644腳位定義相同，但外面多了一圈金屬Shield，以讓Cable固定牢靠
▲SFF-8644 to SFF-8644纜線，可連接對應的HBA/RAID卡與JBOD櫃/硬碟陣列櫃
一般用戶怎麼自己裝SAS硬碟?
如上述，一般桌機或是入門NAS伺服器由於大多僅支援SATA介面，要支援SAS硬碟的話，就得添購一張硬體陣列卡(RAID卡)，例如 IBM ServeRAID M5110 ( https://osslab.tv/shop/server-all/server-interface/lsi-megaraid-sas-9260-8i-6gb-s-satasas-raid/ )，就是一張可以支援SATA/SAS 6Gbps的入門陣列卡，可完美支援RAID 0/1/5/10/50等模式。當然還有其他中高階的陣列卡，可以多支援到RAID 6模式，並可支援到SAS 12Gbps規格，甚至還配備Flash Cache功能，可發揮出硬碟陣列的整體效能。
值得注意的是，硬體陣列卡(RAID卡/IR模式)，是將多顆硬碟組合起來，讓作業系統認到一顆超大容量的硬碟，以存取大量資料。這類的應用，適合Windows Server、VMware…等使用環境。若您要作業系統本身支援軟體RAID功能，像是Linux、Proxmox VE、vSAN、Nutanix，或是TrueNAS、OpenMediaVault、unRAID…等NAS作業系統，那麼改買純HBA (Host Bus Adapter)硬碟控制卡(IT模式)會比較適用，這類HBA卡雖不支援陣列功能，但可完整支援SATA/SAS硬碟，讓作業系統直通硬碟的存取控制權，以便規劃系統自己的軟體RAID功能，如RAIDZ、RAIDZ2…模式等等。
有了硬碟控制卡之後，再選擇適當的迷你JBOD櫃/硬碟陣列櫃 (或者超大的可塞入多顆硬碟的機殼)，再搭配正確的纜線，就可以開始存取SAS硬碟了。若您選的是RAID卡，接下來就是透過RAID卡的Configuration工具，或是MegaRAID Storage Manager，來進行SAS/SATA硬碟的RAID設定。
▲ 可以選擇這種迷你硬碟盒，連接好ATX電源和SATA Power，即可安裝5顆SATA/SAS硬碟。此為3.5″ HDD免Tray直裝版
自己加裝SAS硬碟的作法，比較適合8-bay以下的環境，若需要裝更多硬碟，建議還是選購外接的JBOD櫃/硬碟陣列櫃，搭配有外接埠的HBA/RAID卡與高速纜線會比較好，以達到超高容量、高速傳輸、供電穩定與資料備援…等用途，當然您可以直接購買多Bay的伺服器就可以一勞永逸。總之，在規劃使用SAS硬碟之前，建議先認識以上各種RAID/HBA卡所支援的接頭，與各種SAS纜線的接頭，以免買錯而不能用。
結論
從上面的介紹，可以發現SAS介面的硬碟，擁有與SATA相同的外觀，搭配12Gbps與更多佇列深度的功能，以及排線可以更長等特點，使其成為高階儲存應用的主流介面，更是伺服器、NAS、陣列櫃、高效能電腦…等使用環境的第一選擇。
然而市面上，SATA硬碟很容易買到，SAS硬碟就非常不容易購得。OSSLab提供輕鬆的SAS企業碟的採購管道，包含必要的HBA/RAID卡也都一併提供，幫助一般使用者與企業用戶輕鬆建構儲存專用伺服器。
各容量SAS硬碟: https://osslab.tv/shop/product-category/server-all/server-hdd/
陣列卡與介面卡: https://osslab.tv/shop/product-category/server-all/server-interface/
各式超值伺服器: https://osslab.tv/shop/product-category/server-all/server/
本篇先針對產品來做介紹。下一篇，我們將針對效能來進行比較，想了解SAS硬碟效能比SATA硬碟快多少，下一篇的實機測試將揭開答案，敬請鎖定。
