重新定義NVMe SSD外形

NVMe NVM Express（NVMe）SSD在企業(yè)和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中的部署大量涌現(xiàn)，但同時出現(xiàn)的一些復(fù)雜狀況讓這些部署無法發(fā)揮出全部優(yōu)勢。今天的文章我們就來說說NVMe SSD及Microchip的相關(guān)產(chǎn)品。

Microchip Technology Inc.

William Cheng

NVMe NVM Express（NVMe）SSD在企業(yè)和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中的部署大量涌現(xiàn)，但同時出現(xiàn)的一些復(fù)雜狀況讓這些部署無法發(fā)揮出全部優(yōu)勢。這些市場中的應(yīng)用對SSD容量、性能、功率、連接性、外形、熱冷卻、效率和總擁有成本有著各不相同的需求。設(shè)計滿足這些需求的SSD將是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，同時在SSD控制器的選擇上也需要十分謹(jǐn)慎，這樣才能實現(xiàn)效益最大化。我們先關(guān)注SSD外形以及在設(shè)計時需要考慮的因素。

早期NVMe SSD外形
2.5英寸U.2設(shè)計是最常用的外形之一，如今用于全新的企業(yè)SSD，因為它利用了圍繞硬盤驅(qū)動器（HDD）打造的服務(wù)器和存儲系統(tǒng)。U.2 SSD采用外形小巧的（SFF-8639）連接器（也兼容標(biāo)準(zhǔn)SAS和SATA型旋轉(zhuǎn)型磁盤和SSD），支持單端口或雙端口PCIe接口。不過，最初針對HDD打造的2.5英寸外形在SSD熱性能或目標(biāo)容量方面并不總是最佳選擇。

另一個極為常見的SSD尺寸是M.2。M.2 SSD用于筆記本電腦、引導(dǎo)驅(qū)動器或成本、尺寸、功率和發(fā)熱受到限制的應(yīng)用。由于M.2 SSD的大小與口香糖相當(dāng)，因此是氣流非常有限的低功率應(yīng)用的理想選擇。M.2 SSD的優(yōu)點同時也是它的缺點，這種SSD因有限的尺寸和熱特性而無法在容量、功率和性能上得到擴充。

盡管我們?nèi)詴^續(xù)為不同的服務(wù)器配置提供各種外形，但由于傳統(tǒng)NVMe SSD外形的限制，加上對服務(wù)器外形和連接器不斷變化的新要求，為未來SSD應(yīng)用定義新外形的舉措便應(yīng)運而生，包括更強的存儲性能和更高的存儲容量。一些注意事項包括：

通用的電路板尺寸、連接器和引腳分配，需要具有擴展能力以支持不同的 PCIe 配置和散熱要求

工作效率、空間和容量上的可擴展性，需要需要針對NAND閃存進行優(yōu)化

總擁有成本，應(yīng)當(dāng)有助于降低運營和資本支出

能夠為具有存儲靈活性的一系列動態(tài)解決方案提供支持，同時可在不做出任妥協(xié)的情況下提供更高性能

易于維修和管理

未來的NVMe SSD外形

考慮到以上幾點，行業(yè)專家共同采用了一套新的企業(yè) SSD 外形，即企業(yè)與數(shù)據(jù)中心 SSD 外形（EDSFF）。EDSFF由15家企業(yè)共同開發(fā)，旨在解決數(shù)據(jù)中心固態(tài)存儲方面存在的上述問題?，F(xiàn)在，全球網(wǎng)絡(luò)存儲工業(yè)協(xié)會負責(zé)維護這一新外形的定義，將其作為 SFF 技術(shù)聯(lián)盟技術(shù)工作組（SFF TA TWG）的一部分。

E1.L

E1.L外形旨在最大程度地提高1U服務(wù)器或存儲陣列（JBOD和JBOF）中每個驅(qū)動器和每個機架單元的容量，同時實現(xiàn)更出色的管理、維修和散熱特性。垂直安裝在1U機架中時，可提供適合4通道或8通道PCIe的選項，允許針對每個驅(qū)動器擴展帶寬；此外，還提供了各種散熱器選項，可滿足不同功率和散熱環(huán)境的需求。它提高了數(shù)據(jù)中心的可維修性，采用熱插拔式設(shè)計，可通過內(nèi)置于集成外殼中的LED從正面輕松檢修。

此外，還針對高容量和密集存儲用例進行了優(yōu)化。通過提供存儲整合和更高效的存儲系統(tǒng)（TB/W），較高的每機架容量將有助于降低數(shù)據(jù)中心的總擁有成本。

圖1：E1.L外形

E1.S

E1.S外形的構(gòu)件兼具靈活性與節(jié)能效果，適合超大規(guī)模與企業(yè)級計算節(jié)點和存儲。E1.S外形小巧，僅比M.2稍長，但它更寬，可容納更多介質(zhì)（NAND）封裝，從而提高每個驅(qū)動器的容量。與E1.L類似，E1.S垂直安裝在1U機架中。E1.S的不同版本可為功率、性能、可擴展性和熱效率提供更大的靈活性。

圖2：E1.S外形

E3

E3外形針對2U垂直方向或1U水平方向提供多種長度和高度選項，但均采用垂直安裝方式，且針對主流2U服務(wù)器進行了優(yōu)化。與E1系列類似，E3支持熱插拔/維修，并且每個驅(qū)動器的容量要高于U.2。此設(shè)備通過增大電路板尺寸來支持更多介質(zhì)位置和封裝，從而最大限度地利用2U機架中的空間，與U.2單PCB設(shè)計相比，空間利用率最多可提升50%。從長遠來看，E3可能會真正替代2U服務(wù)器中的U.2。與U.2 SSD相比，E3的功率和性能更加出色，在更高的PCIe速度（PCIe 5.0及以上）下具有更優(yōu)秀的信號完整性，而且擁有更出色的散熱性能和更低的系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)成本。

圖3：E3外形

Flashtec系列支持未來的SSD外形

Flashtec NVMe 3108 PCIe Gen 4 NVMe SSD控制器支持多種外形，包括空間受限的傳統(tǒng)M.2外形以及新的EDSFF E1.S和E1.L外形。該控制器不僅支持上述外形，還支持更大的PCIe附加卡、EDSFF E3和U.2，甚至是定制外形，這類外形主要面向需要構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的SSD供應(yīng)商以及決定自行構(gòu)建定制驅(qū)動器和存儲解決方案的服務(wù)器OEM、存儲OEM和超大規(guī)模用戶。NVMe 3108控制器采用高度靈活且可編程的架構(gòu)，配備八個最高速度達1.2 GT/s的閃存通道，再結(jié)合強大的硬件加速RAID和性能超強的ECC，能夠為具備更高層數(shù)的新一代三層單元（TLC）和四層單元（QLC）NAND技術(shù)提供滿足未來需求的支持。

對于隨機工作負載，F(xiàn)lashtec NVMe 3108的每秒輸入輸出量（IOP）超過100萬，順序帶寬超過6 GB/s。這種解決方案確保了端到端企業(yè)級數(shù)據(jù)的完整性，可提供超高的可靠性和關(guān)鍵的安全功能，包括使用“硬件可信根”的安全啟動，這是許多新型數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)的強制性要求。

Flashtec NVMe 3108繼承了NVMe 3016的優(yōu)異表現(xiàn)，后者是一款16通道閃存控制器，在隨機工作負載下的IOP超過200萬，順序帶寬超過10 GB/s。

PCIe Gen 4 NVMe SSD可通過Flashtec固件開發(fā)加速工具快速完成設(shè)計，這套工具包括一個架構(gòu)仿真器，可獨立于芯片開發(fā)和調(diào)試固件。此外，還提供Flashtec NVMe評估板以及補充軟件開發(fā)套件（SDK）。

原文標(biāo)題：未來NVMe? SSD的外形尺寸

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