EDSFF硬件外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)及趨勢(shì)

隨著近幾年EDSFF形態(tài)在服務(wù)器容量上的快速增長(zhǎng)，EDSFF憑借在容量、可擴(kuò)展性、性能、可維護(hù)性、可管理性、散熱和電源管理方面的優(yōu)勢(shì)，EDSFF將重新定義服務(wù)器的下一代固態(tài)硬盤外形規(guī)格。

EDSFF概述

目前EDSFF有以下三種解釋：Enterprise and Data Center Standard Form Factor-企業(yè)和數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸（標(biāo)準(zhǔn)）；Enterprise & Data Center SSD Form Factor-企業(yè)和數(shù)據(jù)中心固態(tài)硬盤外形尺寸（SSD）；Enterprise and Data-center Scalable Form Factor-企業(yè)和數(shù)據(jù)中心可擴(kuò)展外形尺寸（可擴(kuò)展），內(nèi)涵稍有不同?，F(xiàn)在由SNIA作為SFF技術(shù)附屬技術(shù)工作組（SFF TA TWG）的一部分進(jìn)行維護(hù)。

EDSFF提供了一系列企業(yè)和數(shù)據(jù)中心固態(tài)硬盤外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)，以最大程度適配1U/2U服務(wù)器，概覽如下:

圖1

對(duì)于SSD外形尺寸（Form Factor）標(biāo)準(zhǔn)演化，從硬件角度，可以從以下4個(gè)維度來(lái)理解標(biāo)準(zhǔn)考慮的一些關(guān)鍵要素：

硬件接口——標(biāo)準(zhǔn)的物理硬件接口定義，除了滿足電氣性能要求外，相同的金手指保證了接插件、連接器、線纜等的標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化，其通用性極大的滿足兼容性及擴(kuò)展性設(shè)計(jì)需求，同時(shí)提升了供應(yīng)鏈安全；

物理大小——PCB尺寸大小可以最大程度適配1U/2U等服務(wù)器，充分提高了存儲(chǔ)空間的利用率，更好的匹配大容量高密度的需求；

散熱能力——不同的厚度選擇及配套的散熱設(shè)計(jì)，充分滿足系統(tǒng)級(jí)低成本的散熱解決方案，以預(yù)期的風(fēng)流量滿足散熱需求；

可維護(hù)性——支持熱拔插，提供狀態(tài)指示燈，進(jìn)一步簡(jiǎn)化安裝和方便維護(hù)及備件更換等。

EDSFF分為E1和E3兩大系列，每個(gè)系列又都分為L(zhǎng)ong和Short兩個(gè)版本，即E1（E1.L、E1.S）與E3（E3.L、E3.S），并按照不同的厚度和散熱配置劃分出不同型號(hào)：在20W、25W基礎(chǔ)上提供40W和70W等版本；PCIe Lane數(shù)量也在x4的基礎(chǔ)上增加了x8和x16（E3寬度可以滿足，E1最大x8），滿足企業(yè)級(jí)SSD更高的讀寫(xiě)性能。各形態(tài)具體尺寸匯總?cè)缦拢?/p>

EDSFF-——硬件接口標(biāo)準(zhǔn)化

SFF-TA-1002連接器標(biāo)準(zhǔn)定義了一種多通道卡邊緣連接器，指定了四種高密度連接器尺寸：1C、2C、4C和4C+。1C連接器作為所有其他尺寸的通用基礎(chǔ)，1C支持高達(dá)80W的12V主電源和3.3 Vaux電源，一組邊帶和管理引腳，以及多達(dá)8個(gè)高速差分對(duì)。2C建立在1C的基礎(chǔ)上，并提供多達(dá)16個(gè)高速差分對(duì)。同樣，4C建立在2C的基礎(chǔ)上，并提供多達(dá)16個(gè)額外的高速差分對(duì)。

圖2

SFF-TA-1002定義的尺寸適合PCIe x4、x8和x16，并且由于卡邊緣連接器中的凹口設(shè)計(jì)，較長(zhǎng)的卡可以插在較窄的卡槽中。該連接器通過(guò)NRZ編碼（不歸零編碼）為至少56 GT /s的數(shù)據(jù)速率提供足夠的信號(hào)完整性，因此它比現(xiàn)有的大多數(shù)PCIe信號(hào)連接器標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)更具有前瞻性。

圖3

E1、E3使用了相同的金手指，擁有更高信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)，兼容性也能得到保障。新的服務(wù)器背板連接器尺寸更小，可達(dá)到簡(jiǎn)化服務(wù)器內(nèi)部設(shè)計(jì)、優(yōu)化風(fēng)道、增強(qiáng)服務(wù)器散熱氣流的目的。為了最大限度地提高互操作性，EDSFF系列SSD外形尺寸共享一個(gè)通用的連接器標(biāo)準(zhǔn)。

EDSFF——M.2形態(tài)到E1外形尺寸的演進(jìn)

M.2主要是為筆記本電腦使用，3.3V電源供電的情況下，最大功率會(huì)受到限制，功耗達(dá)到8-12W通常都需要散熱器。M.2的外形規(guī)格用在1U服務(wù)器上會(huì)面臨很多挑戰(zhàn)：

首先在散熱方面，PCIe固態(tài)硬盤需要很大的散熱器；其次不支持熱插拔，因?yàn)檫B接器并不是為熱插拔設(shè)計(jì)的，另外難以對(duì)固定安裝的硬盤進(jìn)行維護(hù)；再次，針對(duì)1U機(jī)架（1U=4.445厘米，M2寬2.2厘米）的空間利用率也不太理想。

圖4

E1.S形態(tài)在數(shù)據(jù)中心1U服務(wù)器的使用上體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì):

空間利用率：E1.S更寬（1U=4.445厘米，E1.S寬3.375厘米），PCB布局上可以滿足兩行NAND閃存，能夠在PCB上為NAND閃存提供更多的空間，以輕松實(shí)現(xiàn)更高容量的SSD；

12V電源供電：相對(duì)3.3V供電，相同的通流量，可以滿足更高的功率水平；

可維護(hù)性方面：引入包含 LED 運(yùn)行狀態(tài)指示燈在內(nèi)的熱插拔設(shè)計(jì)，使之能夠在不切斷系統(tǒng)電源的情況下識(shí)別故障和更換；

散熱方面：其定義了不同的厚度選項(xiàng)，允許套上不同的散熱片，更容易冷卻，有助于維持最佳性能。

對(duì)不同功率的需求，E1.S采用了不同的標(biāo)準(zhǔn)外殼和散熱器尺寸：對(duì)于20W以下的卡，可以使用9.5mm厚度的對(duì)稱外殼/散熱片；對(duì)于更高功率的應(yīng)用，則設(shè)計(jì)了一個(gè)不對(duì)稱的散熱器，厚度達(dá)到25mm，并允許25W。9.5mm的對(duì)稱外殼對(duì)于大多數(shù)SSD用例來(lái)說(shuō)是足夠的；25mm非對(duì)稱外殼+散熱器更適合于非固態(tài)硬盤設(shè)備；對(duì)于更注重高性能的應(yīng)用場(chǎng)景，15mm和25mm厚度的E1.S是更為理想的選擇。

圖5

EDSFF——U.2形態(tài)到E3外形尺寸的演進(jìn)

U.2 2.5英寸盤是部署在企業(yè)和數(shù)據(jù)中心的企業(yè)級(jí)NVMe SSD主要產(chǎn)品形態(tài)，可以與原有機(jī)械硬盤混合使用，兼容性強(qiáng)、靈活度高。采用相同的外形設(shè)計(jì)和SFF-8639連接器，可同時(shí)兼容SAS、SATA和PCIe。定義于SFF-8201，長(zhǎng)度為101.85mm (max)，寬度為69.85mm，厚度有不同規(guī)格（5mm到19.05mm不等）。常用的筆記本硬盤是7mm厚度，企業(yè)級(jí)硬盤是15mm。

圖6：圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

從上圖SFF-8639接口看，紅色標(biāo)識(shí)的為PCIe，能使用4個(gè)通道，但限制了更高帶寬和性能的提升空間。另外企業(yè)級(jí)厚度為15mm，相對(duì)E3.S薄盤7.5mm限制了密度的提升。

E3的高度允許SSD使用x4、x8甚至x16的PCIe接口，可實(shí)現(xiàn)的帶寬和可配置的運(yùn)行功率更高。E3.S和E3.L分為“1T”和“2T”厚度版本（T代表Thickness，1T：厚度7.5mm，2T：厚度16.8mm），共4款。其中，E3.L 2T甚至可以實(shí)現(xiàn)70W的全功率運(yùn)行，支持SSD達(dá)到更高更強(qiáng)的性能。

E3.S是E3中尺寸比較接近U.2 2.5英寸盤的版本，二者可以共享一個(gè)機(jī)箱，實(shí)現(xiàn)不同類型硬盤的混合部署。E3設(shè)備的連接器尺寸最小的1C型號(hào)是23.88mm寬，與M.2連接器大小相同；支持PCIe x16鏈路的4C型號(hào)為57.02mm，比U.2的SFF-8639明顯小了許多，背板可以做得更小，降低散熱的流阻，更好的散熱能使E3.S/2T支持到40W，從而適配PCIe Gen5和未來(lái)Gen6的性能。另外，一些服務(wù)器廠商也在探索基于E3的新型設(shè)備，如GPU、FPGA、NIC等，在存儲(chǔ)之外EDSFF E3也將為企業(yè)級(jí)應(yīng)用帶來(lái)更多可能。

圖7

在服務(wù)器中的應(yīng)用場(chǎng)景

EDSFF是專為企業(yè)和數(shù)據(jù)中心而制定的硬盤外形尺寸設(shè)計(jì)規(guī)范，可以在1U服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)PB級(jí)的存儲(chǔ)能力，更可以在2U服務(wù)器上獲得更加極致的存儲(chǔ)性能。（1U=4.445厘米，2U=4.445*2=8.89厘米）。

EDSFF標(biāo)準(zhǔn)是面向企業(yè)和數(shù)據(jù)中心針對(duì)NAND Flash特點(diǎn)來(lái)優(yōu)化的，逐步擺脫機(jī)械硬盤HDD的尺寸影響，可提供更靈活、擴(kuò)展性更強(qiáng)的存儲(chǔ)方案，成為數(shù)據(jù)中心SSD標(biāo)準(zhǔn)的演變趨勢(shì)。

圖8

E1.S規(guī)格相較于M.2規(guī)范，擁有更高的存儲(chǔ)密度，因?yàn)槿菁{兩排NAND顆粒，滿足高容量超大規(guī)模服務(wù)器的存儲(chǔ)方案，另外比E1.L外形更短一些，針對(duì)1U服務(wù)器可提供更高效散熱設(shè)計(jì)。

E1.S讓SSD的體積得到大幅縮減，在1U服務(wù)器中，可容納多達(dá)32個(gè)9.5mm的E1.S硬盤，這比使用15mm的U.2固態(tài)硬盤解決方案的密度提高了3倍多。而15mm的E1.S硬盤，與傳統(tǒng)的2.5英寸固態(tài)硬盤厚度相同，在1U服務(wù)器中可以容納24個(gè)，15mm的E1.S硬盤可將額外的空間用于散熱，并允許使用25W的設(shè)備。其小巧的尺寸還允許服務(wù)器廠商在保留一定數(shù)量的前面板E1.S接口同時(shí)，還可提供一定數(shù)量的PCIe/OCP NIC插槽，或者與E3、U.2 SSD混合部署，非常靈活。

E1.L雖然可以容納更多FLASH，但因?yàn)檫^(guò)長(zhǎng)不利于高速信號(hào)布線，需要服務(wù)器同步更改配合；E1.L硬盤的彈性變大，一旦彎折容易造成PCB損傷，硬件可靠性變低；E1.L目的是為1U服務(wù)器提供大容量盤的解決方案。

E3.S規(guī)格可以在2U服務(wù)器中垂直安裝或在1U服務(wù)器中水平安裝，擁有7.5mm和16.8mm兩種厚度。在傳統(tǒng)2U服務(wù)器中，前置U.2 SSD數(shù)量最多24個(gè)，換成E3.S/2T之后可以放23個(gè)（2T厚度為16.8mm，U.2厚度15mm，所以數(shù)量上少一個(gè)）；而E3.S/1T則最多可以做到46個(gè)熱插拔位，密度優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。

E3.S在1U機(jī)箱中需要橫過(guò)來(lái)放，16.8mm的厚盤可以放10個(gè)（與U.2數(shù)量相同），7.5mm薄盤則可以放20個(gè)，比U.2多一倍。

總結(jié)

EDSFF的外形尺寸都共享相同的協(xié)議（NVMe）、相同的接口（PCIe）、相同的邊緣連接器（SFF-TA-1002）、相同的引腳排列和功能（SFF-TA-1009）。選擇部分主流外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用情況對(duì)比如下圖所示：

圖9

到PCIe5.0后，U.2和M.2可支持的帶寬和性能以及電氣特性上已經(jīng)很難達(dá)到要求了，切換到E1.S和E3.S是必然趨勢(shì)。

E1.S是EDSFF標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)中的明星選擇，它以寬度換長(zhǎng)度，共享相同的PCB；為足夠滿足PCIe Gen5及以上的固態(tài)硬盤散熱能力，9.5mm、15mm會(huì)成為主流選擇。

E3.S形態(tài)與U.2形態(tài)接近，傳統(tǒng)的服務(wù)器結(jié)構(gòu)更容易兼容設(shè)計(jì)，可自然過(guò)渡到E3形態(tài)。E3的額外高度可使用x8、x16的連接器，能提供更多的通道從而支持更大的帶寬。2U可以容納更多的E3.S/1T薄盤數(shù)量，密度可以進(jìn)一步提升。厚盤可以滿足更大功耗的要求。

憶聯(lián)E3.S 1T形態(tài)的SSD驗(yàn)證版本目前已完成所有測(cè)試驗(yàn)證，正式產(chǎn)品也即將發(fā)布；后續(xù)也將規(guī)劃E1.S(9.5mm/15mm)形態(tài)及大容量高散熱需求的E3.S/2T形態(tài)產(chǎn)品，敬請(qǐng)期待。

憶聯(lián)UH711a E3.S 形態(tài)

憶聯(lián)E3.S 1T形態(tài)的SSD可提供1C連接器接口尺寸，性能及可靠性規(guī)格均滿足各場(chǎng)景使用要求，隨著憶聯(lián)E3.S 1T 產(chǎn)品的到來(lái)，意味著憶聯(lián)在前沿技術(shù)趨勢(shì)和研發(fā)創(chuàng)新上已取得進(jìn)一步的成果，憶聯(lián)的SSD產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，也代表著國(guó)產(chǎn)廠商在全球SSD行業(yè)開(kāi)始嶄露頭角。

審核編輯：湯梓紅