Respostas:
O SATA funciona em frequências muito altas. Se eu olhar para esta ficha de conector de dados, basicamente vejo uma conexão TX / RX com sinais diferenciais devido à velocidade muito alta. É necessário obter 1,5 Gbit de dados, ou seja, sinais de 1,5 GHz. Sinto que é uma velocidade muito alta para um microcontrolador.
Minha melhor aposta para você é obter um conversor SATA para PATA e trabalhar com a interface PATA. Reduz a velocidade que você precisa para olhar os bits, porque os dados são oferecidos de maneira paralela. Essa ainda é a maneira mais fácil de trabalhar.
Não sei se você ainda deseja usar um microcontrolador para isso. Eu acho que um FPGA pode se tornar a melhor escolha em tais projetos, mas isso depende do seu objetivo.
Outra opção pode ser um MCU high-end com host USB2 HS e usar um adaptador USB-SATA.
Pense duas vezes: você também precisará de um sistema de arquivos para discos grandes, e o FAT32 possui alguns limites de design, esp. esses arquivos devem ter menos de 4 GB. Os sistemas de arquivos Ohter são muito mais difíceis de implementar em um µC. Na maioria dos casos, é mais fácil usar um cartão SD, pois ele suporta SPI.