G4 Power Mac

Teil 4: Serial ATA

Veröffentlicht / modifiziert

  • 2026-02-20
  • 2026-03-14

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Schnellere Massenspeicher

Als ich zuletzt einen dedizierten Festplatten-Controller in meinen Power Mac G4 (PCI Graphics) installierte, löste ich damit Stabilitätsprobleme, welche das System seit jeher plagten – aber die Massenspeicherlösung hatte immer noch keine zufriedenstellende Performance. Ich entschied mich, dieses Thema anzugehen.

Was ist hier los?

Mit einer theoretischen Transferrate von bis zu 133 MB/s ist die Acard AEC-6280M, eine Ultra ATA/133 (ATA-7) Controller-Karte, ziemlich flott für Parallel ATA (PATA). Mit einem Maximum von etwa 25 MB/s in meinen früheren Testergebnissen operierte die Karte im Bereich des viel langsameren Ultra ATA/33 (ATA-4)-Standards – vergleichbar mit der zu erwartenden Performance des integrierten UDMA-Controllers (welchen ich nicht testen konnte, weil er bei diesem Mac defekt ist).

Also schauen wir einmal, welche Obergrenze wir hier erwarten könnnen: Die Systemperformance hängt üblicherweise maßgeblich von dem Prozessor, dem Speicher und – ganz wichtig – dem Systembus ab. Mit Direct Memory Access (DMA) als Teil des bereits erwähnten Ultra-DMA spielt der Prozessor hier eine untergeordnete Rolle, weil der Controller damit grundlegend unabhängig vom Prozessor auf den Arbeitsspeicher zugreifen kann. Der PC100-Arbeitsspeicher legt mit einem maximalen Durchsatz von 800 MB/s die Latte so hoch, dass in unserem Szenario kein Engpass an dieser Stelle zu erwarten ist. Die Übertragungsrate eines 32-bittigen PCI-Busses, der bei 33 MHz betrieben wird – was bei diesem Power Mac G4 (PCI Graphics) für alle Erweiterungskarten ausser der Grafikkarte der Fall ist – sollte bei etwa 133 MB/s ihre theoretische Obergrenze haben. Natürlich teilen sich alle Geräte am PCI-Bus diese Bandbreite, weshalb eine realistische Dauertransfeerrate eines einzelnen Geräts merklich niedriger ist. Spitzenraten nahe 100 MB/s sollten bei diesem Computersystem aber machbar sein.

Standard a.k.a. Max. Rate Kommentar
ATA-1 ATA, IDE 8.3 MB/s
ATA-2 EIDE, Fast IDE/ATA, Ultra ATA 16.6 MB/s
ATA-3 EIDE 16.6 MB/s
ATA-4 Ultra ATA/33, UDMA/33 33 MB/s Hier sind wir
ATA-5 Ultra ATA/66, UDMA/66 66 MB/s
ATA-6 Ultra ATA/00, UDMA/100 100 MB/s Hier sollten wir sein
ATA-7 Ultra ATA/133, UDMA/133 133 MB/s
SATA I SATA 1.5 Gbits/s 150 MB/s
SATA II SATA 3 Gbits/s 300 MB/s
SATA III SATA 6 Gbits/s 600 MB/s

Wie können wir das System beschleunigen? Die natürliche Wahl ist der Nachfolger von Parallel ATA – Serial ATA (SATA). Dafür gibt es drei gute Gründe: Erstens lassen sich moderne SATA-Festplatten leicht beschaffen, schließlich ist SATA seit mehr als zwei Jahrzehnten die Standardlösung für Massenspeicher und ist immer noch Mainstream. Zweitens ist es fortgeschrittener und schneller, und drittens... SSDs.

Neue Hardware

Dieses kleine Upgrade-Projekt entstand rund um eine PCI-zu-SATA-Erweiterungskarte – die Kalea-Informatique 2-port SATA II PCI RAID Controller Card – auf welcher ein bekannter Controllerchip, der Silicon Image Sil3112, die Hauptarbeit verrichtet und zudem entweder als RAID-controller (SATARaid) fungieren kann oder aber mit dem Computer als zweikanaliger PATA-Controller (SATALink) kommunizieren kann. In diesem Modus können wir auf einem PATA-kompatiblen System von einem SATA-Laufwerk booten.

Ich entschied mich, zwei verschiedene SATA-Laufwerke einzusetzen: ein Seagate ST9160310AS (2.5 Zoll HDD, SATA II, 160 GB) sowie ein SanDisk SDSSDA120G (2.5 Zoll SSD, SATA III, 120 GB). Seagate bewirbt sein Produkt mit einer durchschnittlichen Transferrate von 54.7 MB/s, wohingegen SanDisk 530 MB/s (lesend) und 400 MB/s (schreibend) für seine SSD spezifiziert.

Dank eines bidirektionalen PATA-SATA-Konverters (CSL Serial-ATA IDE Konverter, bidirektional) war es auch möglich, SATA-Laufwerke an der Acard AEC-6280M zu testen, weil dieser die Kommunikation zwischen PATA-Controller und SATA-Laufwerk überbrückt.

Alte Firmware

Der SATA-Controller wurde mit x86-kompatibler Firmware ausgeliefert. Das bedeutet: Obwohl man diese Erweiterungskarte in anderen PCI-basierten Computersystemen verwenden kann, lässt sich nur ein x86-basierter Computer von einem Laufwerk an diesem Controller starten.

Es gab aber einst eine Firma, welche PCI-zu-SATA-Erweiterungskarten für PowerPC-basierte Apple Macintosh Computer im Angebot hatte. Diese Karten waren um Controllerchips von Silicon Image entwickelt, nämlich Sil3112 und Sil3114. Diese Firma, WiebeTech, ist inzwischen Teil der CRU Data Security Group, LLC.

Bootfähige ROMs

WiebeTechs SATA-Erweiterungskarten enthielten eine Firmware, die offenbar kompatibel ist mit den meisten vergleichbaren Sil3112-basierten Produkten anderer Hersteller. ROM-Dateien, welche man online finden kann, enthalten einen Treiber für Mac OS X und tragen die Revisionsnummer 1.0. Sie lassen sich auf den Juni 2006 bzw. kurz danch datieren. Die Firmware unterstützt Classic Mac OS nicht. Zwei ROM-Varianten existieren: ein 128K-ROM (das Original von WiebeTech) und ein 64K-ROM (eine einfgedampfte Variante, welche in 64K-Chips passt).

Diese Dateien enthalten Hinweise auf den Ursprung des enthaltenen Codes:

SiI 3112A SATARaid; SiI 3112A SATALink; BIOS Version 4.2.47; Copyright (C) 1997-2004 Silicon Image, Inc.; 01-29-2004 driver,AAPL,MacOSX,PowerPC; copyright: Copyright (c) 2006 WiebeTech, All rights reserved.; rom-revision: 1.0 ;date: 16 June 2006

ROM laden

Weil das übliche Programm zum Flashen des ROMs ein DOS-Programm ist, war ein PCI-basierter PC von Nöten. Mein vertrautes Pentium III-System war für die Aufgabe bestens geeignet. Mit UpdFlash 3.05 konnte ich das 128K-ROM problemlos auf meine PCI-Karte schreiben. Neuere Versionen von UpdFlash, zum Beispiel 3.36, haben einen zusätzlichen Menüpunkt für das Anzeigen der Versionsinformation des installierten ROMs. Diese Option funktioniert nicht, wenn WiebeTechs Firmware präsent ist.

Messen

Beide Laufwerke haben jeweils zwei Partitionen – davon ist die erste und kleinere das Zuhause des Betriebssystems (Mac OS X Server 10.4.11) und die größere mehrheitlich leere zweite Partition nutze ich für die Geschwindigkeitsmessungen mit QuickBench 4.0 (aus dem Jahr 2007, von Intech Software Corp.). Alle Partitionen enthalten das Mac OS Extended-Dateisystem (HFS+). Der Power Mac wurde immer von dem Laufwerk gestartet, welches getestet werden sollte. Es bot sich an, auch die SSD-an-PATA-Kombination in den Banchmark mit einzubeziehen.

Laufwerke, die am SATA-Controller angeschlossen waren, waren für Mac OS 8.5 oder Mac OS 9 nicht sichtbar, wie Quellen im Internet bereits erwähnt hatten. Mit dem installierten Mac OS X waren diese Laufwerke präsent und sie konnten – vorausgesetzt darauf war Mac OS X installiert – als Startup Drive ausgewählt werden. Mit gedrückter X-Taste konnte das System auch in der frühen Startphase überzeugt werden, Mac OS X von dem SATA-Laufwerk zu starten. Hier zeigte sich ein signifikanter Geschwindigkeitsgewinn: das schnellste der oben gelisteten Setups war nahezu 3,5 Mal schneller als diejenigen, welche ich im vorheigen Artikel über diesen Power Mac G4 gebenchmarked hatte. Es war schön zu sehen, dass es der PATA-Controller mit dem SATA-Controller aufnehmen konnte (moderne Laufwerke vorausgesetzt). Mehr detaillierte Informationen über die gemessene Performance finden Sie im Folgenden.

Und was haben wir gelernt?

Das SSDs schnell sind – wer hätte das gedacht! Richtig auftrumpfen können sie, wenn Transfers mit großen Blöcken auf der Agenda stehen. Aber auch, dass der Unterschied zwischen ATA-7, Ultra ATA/133 (133 MB/s) und SATA I, 1.5 Gbits/s (150 MB/s) gering ist, vorausgesetzt die Laufwerke sind schnell genug. Deshalb war es befriedigend zu sehen, dass die Acard AEC-6280M beinahe aufschließen konnte zur Kalea-Informatiques SATA-Controllerkarte. Besonders, wenn man bedenkt, dass der eingesetzte PATA-SATA-Konverter den Abstand künstlich vergrößerte.

Die Geschwindigkeit der mechanischen SATA-Festplatte kam der im Seagate-Marketingmaterial versprochenen Durchschnittsrate recht nahe: zumindest, wenn man das Lesen priorisiert. Die Transferrate der SSD war hingegen nahe an 90 MB/s und ich vermute, dass die Bandbreite des PCI-Busses hier nahezu ausgereizt war. Die von SanDisk für die SSD spezifizierten Lese- und Schreibraten waren unerreichbar, wie bereits erwähnt. Mit dem PATA-Controller konnte in den meisten Fällen schneller geschrieben werden als mit dem SATA-Controller, was nicht intuitiv scheint und ich habe bisher keine zufriedenstellende Erklärung für dieses Phänomen.

Das Computersystem selbst erlaubt uns leider nicht, von der gesamten Leistungsfähligkeit der SSD zu profitieren. Aber das überrascht nicht, weil das gemessene Maximum dem eingangs berecnheten Höchstwert sehr nahe kommt – und das läßt einen interessanten Schluss zu: mechanische Festplatten, welche nur SATA I oder ATA-6 ausnutzen, sind offenbar die kosteneffizientesten Festspeicher-Upgrades für diesen Power Mac. Und sollte man neben Mac OS X auch das klassische Mac OS starten wollen, dann ist die Acard AEC-6280M eine wirklich gute Option.

Am Ende gibt es jedoch mehr als nur kalte Benchmark-Ergebnisse und schnellere Massenspeicher: es schien anfangs absurd, einen Power Mac aus dem Jahr 1999 mit SATA auszustatten, doch zeigte sich bald, wie überraschend umsetzbar diese Idee war. Gründliche Recherche wahr der Schlüssel: das hieß, in die Geschichte von Massenspeicher-Schnittstellen einzutauchen, viel über generelle Innovation und spezielle klevere Nischenlösungen herauszufinden und zu erkennen, dass auch hier Communities begeisterter Technikliebhaber – wie so oft - unverzichtbar sind.

Anhang

ATA-Übertragungsmodi

Standard Übertragungsmodus Maximale Transferrate (MB/s)
ATA PIO 0 3.3
ATA PIO 1 5.2
ATA PIO 2 8.3
ATA DMA Singleword 0 2.1
ATA DMA Singleword 1 4.2
ATA DMA Singleword 2 8.3
ATA DMA Multiword 0 4.2
ATA-2 PIO 3 11.1
ATA-2 PIO 4 16.7
ATA-2 DMA Multiword 1 13.3
ATA-2 DMA Multiword 2 16.7
ATA-3 wie ATA-2 wie ATA-2
ATA/ATAPI-4 UDMA 0 16.7
ATA/ATAPI-4 UDMA 1 25.0
ATA/ATAPI-4 UDMA 2 (UDMA/33) 33.3
ATA/ATAPI-5 UDMA 3 44.4
ATA/ATAPI-5 UDMA 4 (UDMA/66) 66.7
ATA/ATAPI-6 UDMA 5 (UDMA/100) 100.0
ATA/ATAPI-7 UDMA 6 (UDMA/133) 133.0

ATA-3 brachte zwar keine Performancesteigerung im Vergleich zu ATA-2, aber mit dieser Version kamen S.M.A.R.T. und das Security Feature Set. Um Signaleinstreuungen zu reduzieren und die Impedanz zu senken, wurde für ATA-4 die Verwendung eines 80ig-adrigen PATA-Kabels empfohlen. Ab ATA-4 UDMA 3 war sie zwingend vorausgesetzt.

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