重新定义NVMe SSD外形

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。

    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：

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

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

总拥有成本，应当有助于降低运营和资本支出

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

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。

图3：E3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）。

原文标题：未来NVMe™ SSD的外形尺寸

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