2018FMS:SSD外观尺寸升级

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去年,英特尔和三星提出了拥有全新外观的企业级数据中心SSD,旨在克服现有的M.2,U.2和PCIe卡外观上的缺点。三星全新的NF1样式SSD,也就是Intel称之为Ruler(统治者)的(最初叫NGSFF,也有时候叫M.3)并没有在今年的闪存峰会上参展,而英特尔设计的产品则遍布整个展会。不幸的是,Ruler不仅提出了一个行业标准,而且催生了一整套新的外观尺寸。

该委员会与SFF合作,最初旨在标准化2.5英寸硬盘外观,但英特尔的标准已经成了企业级数据中心SSD外观尺寸(EDSFF)的系列标准。

新标准产生的原因

事实证明,目前的企业级SSD外观标准已经无法满足数据中心的需求。服务器会使用各种类型的SSD(引导驱动器,性能层,容量层),而目前的SSD外观规格都存在着一些缺陷:

2.5英寸SATA,SAS,U.2:与消费级SATA驱动器使用的7mm厚度相同的驱动器在NAND闪存封装的最大PCB面积上相对有限,并且很大部分是用于功率损耗保护电容器的内部容量。厚度达到15mm则允许笨重的电容器和两个PCB堆叠在驱动器内,但这严重影响了驱动器的冷却能力。2.5英寸驱动器的背板往往会导致严重的气流阻塞。

PCIe附加卡:半高半​​长(HHHL或MD2)卡PCB表面积较大,可容纳40W以上的闪存和散热片,全高卡的这一限制更小。这是PCIe x8目前唯一的选择。许多卡都可以进行热插拔,但是当无法从服务器前端进行访问时,这就没什么用了。

M.2:企业级SSD通常使用的M.2 22110卡大小比消费级驱动器使用的2280卡大。额外的空间意味着驱动能力更强,在发生功率损耗时可以保护电容器。但是在功率和热量上仍然受到很大限制,在只有3.3V电源的情况下可提供8W的电流。这时就需要在系统设计上花费大量精力,以确保在电压浮动不超过5%的情况下提供足够的电流。耗散8-12W的热量通常需要散热器,这会降低它的密度优势。只能通过在某种形式的载体模块中安装M.2驱动器来进行热交换,这进一步增加了每个驱动器占用的空间。

SFF-TA-1002连接器

EDSFF系列SSD外观尺寸共享一个通用的连接器标准,GenZ互连和Open Compute Project的最新NIC外形也采用了该标准。 SFF-TA-1002连接器标准定义了一种多通道卡边缘连接器,其接触间距比PCIe附加卡插槽小得多。它定义了三种尺寸,适合PCIe x4,x8和x16,并且由于卡边缘连接器中的凹口设计,较长的卡可以插在较窄的卡槽中。该连接器通过NRZ编码为至少56 GT / s的数据速率提供足够的信号完整性,因此它比现有的大多数PCIe信号连接器标准实现更具有前瞻性。最小的1C型号是23.88毫米宽,与M.2连接器大小相同。支持PCIe x16链路的4C型号为57.02mm,而标准PCIe x16插槽则为89mm。

SFF-TA-1002连接器

比连接器的尺寸更重要的是如何构造完整的背板。EDSFF外形尺寸旨在与直角型连接器一起使用,导致背板PCB与服务器底部平行,空气在底部流过,使得PCB无法有效冷却。最终结果是,用于驱动器厚度达8mm的1U EDSFF驱动器支架比2.5英寸驱动器的典型2U支架可以带来更多的气流。还有一些表面安装的主机侧连接器将与一个更典型的背板一起使用,但是直角连接器的气流优势是非常引人注目的。

SFF-TA-1009中还定义了实际引出线数,它还规定了每个插槽提供高达70W的12V电源,外加一个3.3Vaux电源。这接近于PCIe x16插槽可提供的75W,远远超过任何其他驱动器外形的限制。EDSFF外观尺寸还指定状态LED由驱动器本身提供,通过驱动器连接器上的专用引脚控制,而不是通过驱动器上的组件控制。

EDSFF 1U Short and Long Rulers

英特尔最初的提案针对的是1U服务器,目的是允许至少32个驱动器垂直安装在服务器的前端。英特尔展示的第一款产品长度超过12英寸,需要的驱动器盘盒比现有的任何一个尺寸都要大。许多服务器的设计不需要将那么多的内部容量用于存储,因此一个较短的版本也已标准化,而且似乎更受欢迎。在SFF-TA-1006中定义了EDSFF 1U Short 外观,在SFF-TA-1007中定义了1U Long外观。1U short和m2以及三星的NF1类似。和NF1一样,1U short比m2宽,可以容纳两排NAND闪存封装。1U短驱动器的厚度限制在5.9mm或8mm,带有一个散热器,最多有36个这样的驱动器可以安装在1U服务器的前端。

1U Long外形不仅仅是1U Short的延伸,还有一些细节的改变。这一标准包括两种厚度:9.5mm的驱动器可达25W, 18mm的驱动器可达40W。虽然2.5英寸厚的驱动器通常使用两个堆叠的PCB,但1U long驱动器的额外厚度仅用于散热片,驱动器的两侧与散热器的间隙是相同的。

EDSFF 3“(2U)外观

传统的驱动器定义了一组3英寸的驱动器外观,可以在2U服务器中垂直安装或在1U服务器中水平安装。这两个长度大致相当于2.5英寸和3.5英寸硬盘驱动器,旨在保持热插拔支架的整体大小相同。驱动器厚度为7.5毫米或16.8毫米,略厚于2.5英寸的驱动器。和2.5英寸以及3.5英寸驱动器一样,EDSFF 3”的外形包括驱动器周围的完整外壳,PCB的安装几乎与驱动器的一侧齐平,而不是像1U那样位于中间。

来源:SFF-TA-1008修订版1.0

驱动器需要热插拔来提供锁定机制,但是3英寸驱动器和1U一样,会提供它们自己的状态LED。驱动器到驱动器的间距被定义为混合厚度,并且一个16.8mm的驱动器可以代替两个7.5mm的薄驱动器。1U服务器可以安装20个更薄的7.5mm驱动器,每五个堆叠在一起,组成四个厚驱动器。但是2.5英寸固态硬盘因为体积较大而很难实现这种密度连接器。而2U服务器则可以容纳大约44个更薄的驱动器。

3英寸驱动器外形尺寸的建议功率和散热限制从小尺寸的20W到大尺寸的70W不等。驱动器可以使用三种连接器尺寸中的任何一种,最高支持PCIe x16。

在本次FMS上展示的EDSFF硬件几乎都使用1U驱动器大小。看起来,1U的Short尺寸将是最受欢迎的,而1U的长尺寸将主要用于面向存储的服务器和JBOF机箱。不过,英特尔还展示了一款使用大型Altera FPGA的1U Long加速卡,充分利用了较厚的1U Long变体提供的额外功率和散热。

支持混合存储和计算加速器模块的服务器最有可能使用2U的外观设计。较厚的3英寸外形也可能暴露服务器前端的I / O连接器,如网卡等,但目前的标准对此应用没有任何说明。

带有Marvell 88NR2241 NVMe开关的1U Long quad M.2载板

微软Azure一直在一些系统中使用标准的1U Long尺寸作为4 M.2驱动器的载体,但其复杂性使得这些只是一个短期的过渡解决方案。他们已经通过了一个本土的EDSFF 1U Long SSD的认证,并将投入生产,并且正在努力在这种外观尺寸上对三个以上的驱动器设计设计进行认证。他们也在考虑使用最大的3英寸的外观尺寸作为PCIe HHHL卡的替代品。HPE正考虑在下一代服务器上使用3英寸的外观尺寸,许多其他供应商也在密切关注EDSFF标准,但他们的计划还不太明确。

FMS中展示的服务器并非全部使用EDSFF格式。我们看到一台带有传统2.5英寸支架的1U服务器,但最后两个支架已经被EDSFF 1U Short驱动器的6驱动支架所取代。

原文链接:https://www.anandtech.com/show/13218/ssd-form-factors-proliferate-at-flash-memory-summit-2018

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