未来NVMe™ SSD的外形尺寸

Microchip微芯 2020-09-18

NVMe NVM Express™(NVMe)SSD在企业和数据中心应用中的部署大量涌现,但同时出现的一些复杂状况让这些部署无法发挥出全部优势。今天的文章我们就来说说NVMe SSD及Microchip的相关产品。


Microchip Technology Inc.

William Cheng


NVMe NVM Express™(NVMe)SSD在企业和数据中心应用中的部署大量涌现,但同时出现的一些复杂状况让这些部署无法发挥出全部优势。这些市场中的应用对SSD容量、性能、功率、连接性、外形、热冷却、效率和总拥有成本有着各不相同的需求。设计满足这些需求的SSD将是一项极具挑战性的任务,同时在SSD控制器的选择上也需要十分谨慎,这样才能实现效益最大化。我们先关注SSD外形以及在设计时需要考虑的因素。

早期NVMe SSD外形
    2.5英寸U.2设计是最常用的外形之一,如今用于全新的企业SSD,因为它利用了围绕硬盘驱动器(HDD)打造的服务器和存储系统。U.2 SSD采用外形小巧的(SFF-8639)连接器(也兼容标准SAS和SATA型旋转型磁盘和SSD),支持单端口或双端口PCIe接口。不过,最初针对HDD打造的2.5英寸外形在SSD热性能或目标容量方面并不总是最佳选择。

    另一个极为常见的SSD尺寸是M.2。M.2 SSD用于笔记本电脑、引导驱动器或成本、尺寸、功率和发热受到限制的应用。由于M.2 SSD的大小与口香糖相当,因此是气流非常有限的低功率应用的理想选择。M.2 SSD的优点同时也是它的缺点,这种SSD因有限的尺寸和热特性而无法在容量、功率和性能上得到扩充。

重新定义NVMe SSD外形
    尽管我们仍会继续为不同的服务器配置提供各种外形,但由于传统NVMe SSD外形的限制,加上对服务器外形和连接器不断变化的新要求,为未来SSD应用定义新外形的举措便应运而生,包括更强的存储性能和更高的存储容量。一些注意事项包括:

  1. 通用的电路板尺寸、连接器和引脚分配,需要具有扩展能力以支持不同的 PCIe 配置和散热要求

  2. 工作效率、空间和容量上的可扩展性,需要需要针对NAND闪存进行优化

  3. 总拥有成本,应当有助于降低运营和资本支出

  4. 能够为具有存储灵活性的一系列动态解决方案提供支持,同时可在不做出任妥协的情况下提供更高性能

  5. 易于维修和管理


未来的NVMe SSD外形

考虑到以上几点,行业专家共同采用了一套新的企业 SSD 外形,即企业与数据中心 SSD 外形(EDSFF)。 EDSFF由15家企业共同开发,旨在解决数据中心 固态存储方面存在的上述问题。 现在,全球网络存储工业协会负责维护这一新外形的定义,将其作为 SFF 技术联盟技术工作组(SFF TA TWG)的一部分。



E1.L

E1.L外形旨在最大程度地提高1U服务器或存储阵列(JBOD和JBOF)中每个驱动器和每个机架单元的容量,同时实现更出色的管理、维修和散热特性。垂直安装在1U机架中时,可提供适合4通道或8通道PCIe的选项,允许针对每个驱动器扩展带宽;此外,还提供了各种散热器选项,可满足不同功率和散热环境的需求。它提高了数据中心的可维修性,采用热插拔式设计,可通过内置于集成外壳中的LED从正面轻松检修。


此外,还针对高容量和密集存储用例进行了优化。通过提供存储整合和更高效的存储系统(TB/W),较高的每机架容量将有助于降低数据中心的总拥有成本。

图1:E1.L外形


E1.S

E1.S外形的构件兼具灵活性与节能效果,适合超大规模与企业级计算节点和存储。E1.S外形小巧,仅比M.2稍长,但它更宽,可容纳更多介质(NAND)封装,从而提高每个驱动器的容量。与E1.L类似,E1.S垂直安装在1U机架中。E1.S的不同版本可为功率、性能、可扩展性和热效率提供更大的灵活性。

图2:E1.S外形


E3

E3外形针对2U垂直方向或1U水平方向提供多种长度和高度选项,但均采用垂直安装方式,且针对主流2U服务器进行了优化。与E1系列类似,E3支持热插拔/维修,并且每个驱动器的容量要高于U.2。此设备通过增大电路板尺寸来支持更多介质位置和封装,从而最大限度地利用2U机架中的空间,与U.2单PCB设计相比,空间利用率最多可提升50%。从长远来看,E3可能会真正替代2U服务器中的U.2。与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)下具有更优秀的信号完整性,而且拥有更出色的散热性能和更低的系统基础架构成本。

3E3外形


Flashtec®系列支持未来的SSD外形

Flashtec® NVMe 3108 PCIe® Gen 4 NVMe SSD控制器支持多种外形,包括空间受限的传统M.2外形以及新的EDSFF E1.S和E1.L外形。该控制器不仅支持上述外形,还支持更大的PCIe附加卡、EDSFF E3和U.2,甚至是定制外形,这类外形主要面向需要构建标准产品的SSD供应商以及决定自行构建定制驱动器和存储解决方案的服务器OEM、存储OEM和超大规模用户。NVMe 3108控制器采用高度灵活且可编程的架构,配备八个最高速度达1.2 GT/s的闪存通道,再结合强大的硬件加速RAID和性能超强的ECC,能够为具备更高层数的新一代三层单元(TLC)和四层单元(QLC)NAND技术提供满足未来需求的支持。



对于随机工作负载,Flashtec NVMe 3108的每秒输入输出量(IOP)超过100万,顺序带宽超过6 GB/s。这种解决方案确保了端到端企业级数据的完整性,可提供超高的可靠性和关键的安全功能,包括使用“硬件可信根”的安全启动,这是许多新型数据中心基础架构的强制性要求。


Flashtec NVMe 3108继承了NVMe 3016的优异表现,后者是一款16通道闪存控制器,在随机工作负载下的IOP超过200万,顺序带宽超过10 GB/s。


PCIe Gen 4 NVMe SSD可通过Flashtec固件开发加速工具快速完成设计,这套工具包括一个架构仿真器,可独立于芯片开发和调试固件。此外,还提供Flashtec NVMe评估板以及补充软件开发套件(SDK)。


有关Microchip Flashtec NVMe 3108 NVMe SSD控制器和Flashtec NVMe 3016 NVMe SSD控制器的更多信息,请访问www.microchip.com/Flashtec。

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