Введение в SSD. Часть 3. Форм-факторная

В прошлых частях цикла «Введение в SSD» мы рассказали про историю появления дисков и интерфейсов взаимодействия с накопителями. Третья часть познакомит читателя с современными форм-факторами дисков.

Внутреннее устройство 2.5″ SSD

Твердотельные накопители лишены подвижных частей, а данные хранятся в микросхемах, которые могут располагаться на платах практически без ограничений. Эта особенность SSD «развязывает руки» производителям накопителей и позволяет выйти за рамки привычных форматов.

«Классический» форм-фактор SSD

Твердотельный диск Kingston в форм-факторе 2.5″

Форм-фактор 2.5″ был предложен в 1988 году компанией PrairieTek и позже был закреплен в стандарте EIA/ECA-720. Такие накопители могут подключаться как по SATA, так и по PATA, хотя последние уже не очень распространены. Диски данного форм-фактора длиной 100 мм, шириной 69.85 мм и высотой от 5 до 19 мм.

3.5″ SSD-диск OCZ Vertex 2 объемом 120 ГБ (источник techpowerup.com)

Говоря о форм-факторе 2.5″ невольно вспоминается его старший брат — 3.5″. Твердотельные накопители в таком формате редкость, но существуют по сей день. Например, ExaDrive от компании Nimbus Data. Диск может похвастаться невероятной вместимостью: 100 ТБ в одном 3.5″ накопителе.

1.8″ SSD-диск с коннектором mSATA (источник gearbest.com)

У 2.5″ есть и младший брат: форм-фактор 1.8 дюймов. Данный форм-фактор использует для подключения mSATA и был распространен в ноутбуках.

U.2

Твердотельный диск Intel® в форм-факторе U.2 в салазках

U.2, так же известный как SFF-8639, был разработан в декабре 2011 года командой SSD Form Factor Working Group. Стандарт SFF-8639 разрабатывался в первую очередь для корпоративного сегмента с поддержкой PCIe-, SAS- и SATA-дисков. Внешне U.2 диски отличаются от 2.5″ другим коннектором и фиксированной высотой в 15 мм. На дисках в форм-факторе U.2 встречается рельефная нижняя стенка для улучшения теплоотвода.

U.2 реализует три вида интерфейсов: SATA, SAS и PCIe. Однако, каждый разъём поддерживает только один из интерфейсов. Так, в SAS-бэкплейне PCIe диск «не заведется». Это вызывало определенные неудобства, которые обязательно должен был решить другой форм-фактор.

U.3

Разница в коннекторах U.2 и U.3 (источник opencompute.org)

20 марта 2018 года организация Open Compute Project представила форм-фактор U.3, который решает существующую проблему U.2. Согласно спецификации, интерфейсы SAS, SATA и PCIe поддерживаются на всех пинах, а выбор интерфейса производится в автоматическом режиме в зависимости от предоставляемых диском интерфейсов. Накопители U.3 совместимы с системами, использующими U.2, но не наоборот.

На данный момент нет дисков с форм-фактором U.3.

M.2

SSD в форм-факторе M.2 Type 2280-S2-B-M

Этот форм-фактор так же известен как Next Generation Form Factor (NGFF). Первая версия стандарта M.2 была выпущена группой PCI Special Interest Group (PCI-SIG) в декабре 2013 года. Данный форм-фактор не ограничивается твердотельными накопителями: существуют Wi-Fi и Bluetooth-модули в таком исполнении.


Несмотря на то, что M.2-устройство часто фиксируется винтом, интерфейсы M.2 поддерживают «горячую замену». Таким образом, замена на «горячую» возможна, если устройство и материнская плата поддерживают такую возможность.

В сравнении с предыдущими форм-факторами M.2 предоставляет максимальную гибкость при проектирования устройства. Следующие характеристики устройства могут варьироваться:

  • ширина;
  • длина;
  • высота;
  • вид ключа и поддерживаемые интерфейсы.

Точный размер и тип ключа можно узнать по типу устройства.

Номенклатура форм-фактора M.2

Add-in-Card

HHHL PCI Express-диск

Как мы узнали ранее, SSD могут использовать PCIe линии для подключения через специальные разъемы. Но существуют диски, использующие PCIe с оригинальными коннекторами. Такой форм-фактор называется AiC, то есть Add-in-Card. PCIe карты различаются по размерам.

Различные размеры PCIe-карт на примере карты с PCIe x4

Самым большим вариантом в Add-in-Card является Full-Height Full-Length (FHFL) профиль. Размер карты FHFL составляет 120 миллиметров в высоту и 312 миллиметров в длину. Твердотельные накопители обычно создаются в минимальном профиле: Half-Height Half-Length (HHHL) с высотой 79.2 мм и длиной 175.26 миллиметров.

NF1

В августе 2018 года Samsung представила форм-фактор NGSFF (Next Generation Small Form Factor), так же известный как M.3 или NF1. Форм-фактор от Samsung отличается от M.2 увеличенной шириной и отсутствием разнообразия в коннекторах. Длина NGSFF-диска составляет 110 миллиметров, а ширина — 30 миллиметров, что эквивалентно самой большой M.2-плате.

Накопители в форм-факторах NF1 и M.2 (источник samsung.com)

NF1 использует коннекторы, идентичные коннекторам типа «M» форм-фактора M.2, тем не менее, M.2 и NF1 не совместимы между собой. PCI-SIG не одобряет использование разъема M.2 в данном форм-факторе, так как установка M.2 устройств в NF1 разъем может привести к повреждению устанавливаемого оборудования.

Данный форм-фактор разработан для серверного сегмента: увеличенная ширина позволяет вместить до 36 накопителей в 1U сервер.

EDSFF

Накопитель в форм-факторе E1.L (источник hardwareluxx.ru)

Enterprise & Data Center SSD Form Factor (EDSFF), известный как Intel Ruler SSD разработан EDSFF Working Group. EDSFF представляет две версии серверных SSD-дисков: короткий (E1.S) и длинный (E1.L).

Короткая версия EDSFF, E1.S, очень похожа на своего ближайшего конкурента — NGSFF, но имеет металлический корпус, который одновременно защищает плату от механических повреждений и выступает салазками для установки в сервер. Размеры диска E1.S не сильно отличаются от NGSFF: 111 миллиметров в длину и 31 миллиметр в высоту.

Вскрытый E1.L диск (источник thessdreview.com)

E1.L почти в три раза длиннее E1.S, его длина — 325 миллиметров. Увеличение длины накопителя позволяет увеличить объём диска. В мае 2019 Intel® представила SSD D5-P4326 объёмом в 15.36 ТБ, а в будущем планирует выпустить модель с вместимостью 30,72 ТБ.

Заключение

Большинство форм-факторов давно устоялись, а все изменения в накопителях происходят «под капотом». Тем не менее, производители придумывают новые форм-факторы для NVMe, преследуя цель увеличить количество дисков в одном юните серверного пространства.


В нашей Selectel Lab вы можете протестировать Intel SSD D5-P4326 15.36 TB в сервере на базе высокочастотного Intel® Xeon® W-3235.

А как вы считаете, как скоро появится общий стандарт для нового форм-фактора, объединяющего лучшие черты NGSFF и EDSFF?

Предыдущие статьи цикла:

Что еще почитать по теме

T-Rex 30 марта 2021

Что такое SMTP-протокол и как он устроен?

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол передачи почты. Он был представлен еще в 1982 году, но не теряет актуальности до сих пор. В статье разбираемся, какие задачи решает протокол и как он ра…
T-Rex 30 марта 2021
Владимир Туров 1 сентября 2020

Дело совершенно секретного iPod

Это был обычный серый день в конце 2005 года. Я сидел на рабочем месте и писал код для следующей версии iPod. Вдруг без стука ворвался директор ПО для iPod, начальник моего начальника, и закрыл дверь.
Владимир Туров 1 сентября 2020
T-Rex 21 августа 2020

TrendForce: цены на SSD упадут

Эксперты DRAMeXchange предсказывают значительное падение цен на оперативную память и твердотельные накопители в ближайшее время. Причина — сокращение спроса на чипы для NAND и DRAM.
T-Rex 21 августа 2020

Новое в блоге

Михаил Фомин 24 июня 2022

Docker Swarm VS Kubernetes — как бизнес выбирает оркестраторы

Рассказываем, для каких задач бизнесу больше подойдет Docker Swarm, а когда следует выбрать Kubernetes.
Михаил Фомин 24 июня 2022
Ульяна Малышева 30 сентября 2022

«Нулевой» локальный диск. Как мы запустили облако только с сетевыми дисками и приручили Ceph

Чем хороши сетевые диски и почему именно Ceph, рассказал директор по развитию ядра облачной платформы Иван Романько.
Ульяна Малышева 30 сентября 2022
Валентин Тимофеев 30 сентября 2022

Как проходит онбординг сотрудников ИТО? Что нужно, чтобы выйти на смену в дата-центр

Рассказываем, как обучаем новых сотрудников, какие задачи и испытания проходят инженеры прежде, чем выйти на свою первую смену.
Валентин Тимофеев 30 сентября 2022
T-Rex 28 сентября 2022

Книги по SQL: что почитать новичкам и специалистам

Собрали 6 книг, которые помогут на старте изучения SQL и при углублении в тему.
T-Rex 28 сентября 2022