新世代伺服器SSD规格大对决

新世代伺服器SSD规格大对决：Intel EDSFF vs. 三星NF1

以Intel EDSFF与三星NF1为首的新伺服器SSD规格，双双亮相于2018年Computex展，让伺服器快闪储存密度的竞争，提升到一个新的层次
 
随着TLC、QLC、3D堆叠等新式NAND Flash记忆体技术的诞生，SSD的储存密度便急速增长，外型规格（Form Factor）逐渐成为制约SSD储存密度的一个因素。
 
SSD刚问世时，为了便于应用在既有的伺服器与储存设备上，大多沿用了既有的1.8吋、2.5吋与3.5吋硬碟外型规格，但两种储存媒体的本质不同，外型规格的影响也有异。
 
硬碟的2.5吋与3.5吋外型尺寸规格，是基于圆形的硬碟碟片直径而设定，但SSD没有碟片与机械装置，纯粹是由晶片与电路板所构成，理论上可以制成各式各样的形状，以配合不同的安装环境，而且只要提供更多的电路板面积，就能布置更多记忆体晶片，提高SSD可用容量。因此沿用2.5吋或3.5吋硬碟外型规格的做法，虽然便于让SSD进入既有的IT环境，却也限制了SSD的使用弹性与容量提升。为了充份发挥SSD的特性，一直以来有厂商尝试摆脱硬碟外型规格给SSD带来的桎梏。
 
在消费端SSD方面，从7、8年前开始，以Apple为首的厂商便舍弃了常见的1.8吋与2.5吋规格，为轻薄型笔记型电脑与平板电脑，引进专门设计的长条型SSD模组卡，后来这条路线演变为标准化的mSATA与M.2规格SSD模组卡，成为行动运算装置的标准内接式SSD规格。
 
在企业端SSD方面，早在10年以前，便有TMS与Violin Memory等厂商，舍弃标准的2.5吋规格不用，依自身构想打造专门针对快闪记忆体最佳化的专属SSD模组，包括专属的PCIe传输介面，与长条状的外型规格，以获得更大的储存空间与效能，后来并购TMS的IBM，以及HDS等大厂，以及Skyera等新创厂商，都延续了这条专属规格SSD模组的路线。然而这些SSD虽然透过专属规格，摆脱了2.5吋规格限制，获得更大的容量与效能，但专属规格也限制了这类SSD的应用范围，各厂商自行其是，迟迟没有出现通用的标准化规格。
 
到了去年的Flash Memory Summit 2017大会中，开始有厂商联盟试图推动新的尺型伺服器SSD规格，为企业端的伺服器与储存设备应用，提供储存密度更高，专门针对快闪记忆体特性最佳化的新一代企业级SDD外型规格，包括Intel主导的EDSFF，以及三星主导的NF1两种。
 
Intel的EDSFF
 
EDSFF是企业与资料中心SSD外形规格（Enterprise and Datacenter SSD Form Factor）的缩写，由Intel主导，成员包括Dell EMC、HPE、Facebook、Lenovo与三星等大厂。
 
EDSFF 在2017年8月发布时，一开始是提供称作Ruler的长尺版本SSD规格，后来在2018年2月时，另外推出长度只有前者1/3的短尺版本SSD规格，形成“1U长型”与“1U短型”两种版本。1U是指两种SSD竖起来时的高度符合1U规格（1.75吋/44.5mm），能透过热抽换磁碟槽，以竖立方式安装在1U机架式机箱正面。
 
两种ESDFF均采用基于PCIe 3.1×4的NVMe介面，连接头规格是新的SFF-TA-1002。1U长型的Ruler规格，长度较1U短型长了近3倍（325mm对111mm），高度也略高（38.6mm对31.5mm），可容纳的晶片数量差了4倍（48对12），不过也占用更大的机箱空间。
 
目前Intel已在2018年2月发表的DC P4500系列SSD中，提供1U长型的Ruler规格款式，有4TB与8TB两种容量。至于1U短型规格，目前仍只见到原型，尚未实际上市。
 
在搭配EDSFF的伺服器方面，Supermicro已推出搭配1U长型Ruler SSD的1U JBOD储存柜，以及1U二路伺服器产品。营邦（AIC）在今年的Computex会场，也展出搭配1U短型EDSFF SSD的伺服器原型。

AIC摊位展出的Intel的EDSFF规格 SSD模组，包括前方较短的“1U短型”与后方较长的“1U长型”两种

采用EDSFF 1U长型SSD规格的Supermicro SSG-136R-NR32JBF JBOD储存柜，1U机箱内可容纳32条这种称为Ruler的SSD模组。
 
三星的NF1 SSD
 
三星除了参与Intel的EDSFF联盟外，自身也发展了类似的尺型SSD规格，在2017年8月发表称为次世代小尺寸规格（Next Generation Small Form Factor，NGSFF）的规格提案，后来有时也被称为M.3，目前则定名为NF1。
 
NF1的尺寸与Intel EDSFF的1U短型规格十分相近，但传输介面采用基于PCIe 3.0×4的NVMe，连接头为M.2（pin脚信号规格有所更动），更像是一种尺寸较大的M.2 SSD。
 
三星已发表采用NF1规格的SSD产品PM983 NF1，有3.84TB、7.68TB、15.36TB等3种容量可选，威刚也曾展出NF1 SSD原型产品。在搭配的伺服器方面，Supermicro与AIC也都推出了采用NF1规格的1U伺服器产品。
 
特别的是，除了搭配专门设计的新伺服器机箱外，三星也提出了透过转接，让现有伺服器使用NF1 SSD的方式，包括3种转接方式——转接为半高PCIe介面卡（容纳1张NF1 SSD），转接为全高PCIe介面卡（容纳2张NF1 SSD），以及转接到2.5吋U2介面（容纳2张NF1 SSD）。

Supermicro摊位展出的三星NF1 SSD模组，看起来就像是放大版的M.2 SSD。
 
搭配NF1 SSD模组的Supermicro SSG-1029P-NMR36L伺服器，1U机箱内可容纳36组NF1 SSD。
 
未来发展有待观察
 
无论Intel EDSFF，还是三星NF1，都是以提高伺服器SSD储存密度为诉求。以Supermicro与AIC搭配这两种SSD的伺服器为例，可在1U伺服器内容纳36台三星NF1或Intel EDSFF短版SSD，或是32台Intel EDSFF长版Ruler SSD。以每台SSD容量8TB与16TB为基准，等于可在1U空间提供288与576TB容量。
 
若换成标准的2.5吋规格SSD，1U空间最多只能容纳10～12台。也就是说，EDSFF与NF1可让伺服器储存密度提高3倍，竖立式安装方式也有较佳散热效率，但又保有与传统伺服器相同的机箱正面抽换磁碟槽便利性。
 
不过EDSFF与NF1这两种新式SSD规格的推广，还面临几个问题。
 
首先，目前普遍通行的伺服器机箱必须重新设计，修改与更换前端磁碟模组与背板，才能搭配EDSFF与NF1规格SSD。
 
其次，标准的2.5吋与3.5吋规格SSD，还有很大的容量发展潜力，依靠快闪记忆体晶片技术的进步，也能显著提高容量，进而提高伺服器储存密度，而不需改用全新的EDSFF与NF1规格SSD，以致连带必须更换新伺服器机箱。30TB容量的2.5吋SSD与100TB容量的3.5吋SSD产品，都已在今年初上市，可在1U空间提供360TB与400TB容量，并不比EDSFF与NF1逊色多少。
 
而且2.5吋规格SSD的电路板面积，比起短版EDSFF或NF1还高了2倍，单一SSD模组上可容纳更多记忆体晶片，一定程度抵销了后者外型尺寸小、空间密度较高的优势。
 
第三，透过新规格SSD提高储存密度后，也为伺服器的PCIe架构设计带来新的挑战。在单一机箱内要容纳32或36台EDSFF与NF1 SSD，将会占用多达128与144条PCIe lane，伺服器主机板也需要相应的调整才能搭配。
 
最后，EDSFF或NF1两种规格彼此定位重叠，尤其是短版EDSFF与NF1之间更是非常类似，最终应该只会有其中一种留存下来，使得这类新规格SSD的未来发展，带有不确定性。
 
就目前来看，三星NF1 SSD的容量规格较高，连接头沿用M.2规格，有助于降低导入成本；不过Intel为EDSFF设定了更大的发展余裕，其SFF-TA-1002连接头可从目前使用的PCIe 3.1×4，提高到×8、×16，甚至有使用PCIe 4.0、PCIe 5.0规格的潜力，另外，EDSFF联盟的支持者也比较多。