EDSFF:重新定义服务器的下一代固态硬盘外形规格

转载: 闪德而咨询 2021-11-29
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本月早些时候,铠侠发布了全球首款CD7系列EDSFF E3.S形态规格的PCIe 5.0固态硬盘。当大家看到这款产品的外形后,相信会和闪德君一样迷惑:固态硬盘还有长这样的?

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其实如果我们仔细看的话,可以获知这是专为企业和数据中心推出的固态硬盘,与消费级固态硬盘的外观有些出入也很正常。但这并不妨碍我们对EDSFF外形的好奇,而且当深入去了解它的时候,会发现其一点也不简单。所以,这期科普内容,就随闪德君一起系统的认识一下什么是EDSFF外形规格。

EDSFF概念

首先,我们要知道EDSFF是什么。其全称为Enterprise & Data Center SSD Form Factor,翻译过来也就是「企业和数据中心固态硬盘规格」,它基于英特尔以前的Ruler固态硬盘标准,并由15家公司共同制定,旨在解决数据中心存储问题。现在由SNIA作为SFF技术附属技术工作组(SFF TA TWG)的一部分进行维护。
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EDSFF提供了一系列动态的外形尺寸,与现有的固态硬盘外形尺寸相比,在容量、可扩展性、性能、可维护性、可管理性、散热和电源管理方面具有优势。今天,所有的EDSFF的外形尺寸都共享相同的协议(NVMe)、相同的接口(PCIe)、相同的边缘连接器(SFF-TA-1002)、相同的引脚排列和功能(SFF-TA-1009)。

产生背景

我们今天看到的2.5英寸硬盘外形尺寸自1988年由PrairieTek推出已经存在多年,在随后的20-21年里,它成为机械硬盘流行的外形规格,并被用在笔记本电脑甚至服务器中。
在服务器中,由于较小的介质直径,2.5英寸的外形尺寸使得15K rpm(15000转/分)的主轴速度更容易实现。这也意味着可以在一个机箱中安装更多的硬盘,从而提高IOPS和吞吐量。例如,一台2U服务器通常可以安装12个3.5英寸驱动器托架或24个2.5英寸驱动器托架。在设备不如接口快的硬盘驱动器时代,双倍密度可能会降低容量,但有很多应用愿意用容量来换取性能的翻倍。
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当SATA和SAS接口的固态硬盘出现时,2.5英寸是合理的选择,因为它们适合密集的机箱,并且可以互换机械硬盘或固态硬盘。一个驱动器托架允许使用任一种类型的介质,这在10K和15K rpm服务器驱动器与固态硬盘相比仍然具有一定价值时很重要。
M.2主要是为笔记本电脑准备的,因为2.5英寸的固态硬盘太大了。固态硬盘的优点是不用装旋转的介质、马达、磁头、执行器和其他部件。相反,他们只需要一些芯片,一个PCB和一个连接器。最终,服务器制造商看到了笔记本在M.2上的体积优势,开始采用M.2,特别是用于启动媒体。
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而到了今天,这些外形规格在服务器市场面临一些大的挑战。例如,M.2遇到了散热方面的挑战,尤其是PCIe Gen4 固态硬盘。常见的问题是,一个小的固态硬盘往往需要很大的散热器。M.2 NVMe固态硬盘也不能热插拔,因为连接器不是为热插拔设计的。
PCIe Gen4的2.5英寸固态硬盘也要耗费较大的功率,以致于产生更多的热量。例如,2.5英寸的外形尺寸不是为70W的固态硬盘设计的。另外,在2U机箱中使用标准的15毫米2.5英寸固态硬盘有24个插槽的限制,所以密度是有一定限制的。总的来说,使用2.5英寸的外形设计来适应旋转的磁盘不再有意义了。
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虽然我们开始看到PCIe Gen4的挑战,但直到PCIe Gen5的出现,这些问题变得更加严重。在下一代服务器中,将拥有更多的PCIe通道(下一代双插槽服务器中的128x通道将被视为低端)。因此,拥有更多PCIe通道的潜力意味着可以拥有更密集的配置,同时也意味着有使用更多固态硬盘和加速器的潜力。
这就是为什么我们需要一个新的标准,所以让我们进入E1和E3 ESFF标准,看看服务器将进入怎样一个世代。

EDSFF概述

EDSFF是用于重新定义服务器的下一代外形规格,大体上可以分为适配U1服务器的E1和适配U2服务器的E3两种外形尺寸。预计市场将迅速转向EDSFF,并预测2025年EDSFF将占总服务器容量的一半左右。下面,就让我们来了解E1和E3两种外形。

EDSFF E1

E1的两大外形尺寸系列是E1.L和E1.S。其中,L代表 「long,长」,S代表 「short,短」。虽然E1.S目前更受欢迎,但E1.L是早期的推动力量,所以我们先来介绍它。

EDSFF E1.L

E1.L外形尺寸通常被称为 「标尺」 固态硬盘外形规格。最初的想法是,一个较长的1U驱动器可以容纳更多的NAND封装,并提供更多的散热面积,从而实现更大的驱动器。
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而EDSFF E1.L的缺陷在于它太长了。对于许多服务器来说,拥有这样长的固态硬盘(318.75毫米或约12.5英寸)是很紧凑的。我们经常看到服务器在30-36英寸的范围内,所以这么长的固态硬盘将占据适配标准机架服务器深度的三分之一或更多。
EDSFF E1.L有9.5mm或18mm两种宽度,分别支持高达25W或40W的功率。

EDSFF E1.S

E1.S是EDSFF过渡时期真正的明星,它以宽度换长度。它共有五种宽度选项,共享相同的PCB。其中5.9毫米的设备更类似于我们看到的标准M.2驱动器,但没有真正的散热器。8.01毫米的散热器不够大,无法为PCIe Gen5 固态硬盘提供足够的冷却。因此,我们看到的主要是9.5毫米、15毫米和25毫米E1.S 固态硬盘
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9.5毫米的E1.S固态硬盘相对较薄,因此可以将它密集的装入特定的机箱。由于E1.S硬盘被设计成垂直放置在1U机箱中,而且它们比现有的U.2/U.3/2.5英寸硬盘更薄,因此可以在服务器上连接更多的硬盘。在1U服务器中,就可以容量多达32个9.5毫米的E1.S硬盘,这比使用15毫米2.5英寸驱动器的U.2/U.3固态硬盘解决方案的密度提高了3倍多。
而15毫米的E1.S硬盘,与传统的2.5英寸固态硬盘厚度相同,在1U服务器中可以容纳24个这样的硬盘。15毫米的E1.S硬盘将额外的空间用于散热。这个额外的空间允许使用25W的设备。功耗将成为下一代PCIe Gen5固态硬盘的主要挑战,因为接口性能非常高,以这种速度移动数据会消耗大量的电力。
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至于最大的25毫米E1.S硬盘则允许通过增加额外的10毫米来冷却25W以上的驱动器。这时有人可能会考虑到从9.5毫米到25毫米造成的密度流失,但对于一些服务器来说,功率和散热更为重要。
总的来说,E1.S通过结合适合1U服务器的较小外形尺寸(在某些方面更像M.2硬盘),在提供更强性能驱动器方面提供了灵活性。

EDSFF E3

和EDSFF E1一样,EDSFF E3有E3.L和E3.S两种规格,除此之外,EDSFF E3因为厚度的不同,还有「单宽」和「双宽」两种规格。单宽是7.5毫米,双宽是16.8毫米,有些人会好奇为什么双宽不是15毫米,这是因为双宽之间还留有1.8毫米的间隙。一些供应商为了简化名称,会将单宽称为「1T」,双宽为「2T」(thick,厚度)。
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E3.S 1T设备的尺寸与U.2/U.3 2.5英寸驱动器的尺寸大致相似,由于这些驱动器不使用驱动器托盘,所以使用了一些额外的空间。
传统的服务器供应商正在使用E3.S 1T和2T设备作为一种选择,帮助传统的服务器买家过渡到下一代设备。
E3的额外高度也允许使用x8连接器,如果需要更多的通道,这可能是很重要的。从某种意义上说,E3的外形被定位为双端口NVMe和SAS 固态硬盘的替代品。另外,以70W设备为例,可能需要更多的通道。

总结

如前文所述,EDSFF外形规格在容量、可扩展性、性能、可维护性、可管理性、散热和电源管理方面都比之前的固态硬盘外形尺寸更具优势,而不管是服务器制造商还是买家都在认可这些优势,且随着EDSFF在服务器容量上的增长,EDSFF替代旧有的硬盘外形标准已是大势所趋。



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