U.2 остается стандартом серверных NVMe SSD
Еще пару лет назад стандарт U.3 накопителей NVMe SSD считали сменщиком U.2. Какое-то время серверная индустрия шагала вразнобой. Потом разобрались: U.3 ведет в тупик. Лидеры рынка это открыто признают.
Генетика U.3
U.3 придумали под универсальные подсистемы хранения серверов на любых дисках 2.5” (SAS, SATA, NVMe) - c автоматическим определением типа устройства при подключении и управлением данными через трехрежимные (Tri-mode) контроллеры, в трехрежимном коммутирующем окружении (платформы, объединительные платы, кабельное хозяйство).
U.3 претендовал на роль стандарта переходного периода от существующих дисков SAS и SATA к более производительным NVMe SSD. Казалось, он поспособствует «мягкому» вытеснению SATA SSD из серверов, пока цены NVMe SSD снижаются до их уровня. Цены снизились. Это не сделало трехрежимные решения привлекательнее и не стимулировало производителей SSD.
От производителей SSD почти ничего не требовалось. Чтобы U.3 SSD были обратно совместимы с U.2 SSD, к ним добавлено мультиплексирование для управления линиями PCIe. По сути, U.3 SSD отличаются от U.2 SSD развязкой сигналов и чуть дороже в производстве. Хуже другое.
Транзитный «трехрежимный» сценарий требует немалых затрат (контроллеры, обвязка), сковывает производительность ввода/вывода критичных приложений и по большому счету оторван от жизни. Совместное использование виртуальных дисков SAS и SATA под одним контроллером выполняется редко. Добавление NVMe к этой комбинации имеет еще меньше смысла. Tri-mode контроллер прогоняет все сигналы через стек SAS (задержки!) и подключается к шине PCIe максимум по 16 линиям (x16). Если накопителю SATA достаточно x1, то U.2/U.3 надо x4. Четыре NVMe SSD съедят всю полосу пропускания дорогого контроллера. Не разгонишься.
В традиционной экосистеме SAS помимо контроллеров используются расширители (экспандеры) – для увеличения количества обслуживаемых устройств SAS. Трехрежимых расширителей не существует. Коммутаторы PCIe позволяют адресовать много устройств NVMe, но они не поддерживают устройства SAS/SATA. Объединение устройств по стандарту U.3 маршрутизирует трафик NVMe через трехрежимные контроллеры. Взамен на понесенные дополнительные расходы пользователь получает мнимый комфорт управления данными из единого окна, тогда как приложения страдают от низкой производительности. Сложное обустройство, невозможность масштабирования, несопоставимость потребностей разных накопителей в ширине канала – все это отталкивает пользователей, которые видят в NVMe ключ к продуктивности. Трехрежимные решения маскируют потерю этого ключа «универсальностью».
Логика U.2
В разъеме U.2 линии SAS/SATA отделены от линий NVMe, что позволяет разработчикам систем раздельно и независимо масштабировать решения с помощью доступных расширителей SAS и коммутаторов PCIe. Производители серверных платформ по-разному решают эту задачу. Одни предлагают пользователю сразу определиться с наполнением сервера и продают ему модификацию с нужным набором SSD и подходящей обвязкой. Другие дают возможность адаптировать подсистему хранения сервера под задачи.
Например, серверные платформы ASUS форм-фактора 1U под 12 x 2.5” - U.2-ready, с универсальными разъемами SFF-8639 под диски U.2 / SAS / SATA. По умолчанию все дисковые карманы подключены к портам SATA на материнской плате. Добавив аппаратный HBA или RAID-контроллер, в 8 отсеков из 12 можно поставить SAS SSD (HDD):
Подключив бэкплейн кабелями OCuLink к портам на материнской плате, ставим 4-6 U.2 SSD (зависит от платформы):
Добавление штатных карт-удлинителей шины PCIe позволяет обслужить в сервере до 12 U.2 SSD:
Хотя запросы клиентов разные, все хотели бы полноценно воспользоваться преимуществами NVMe - где того требуют приложения. Стандарт U.2 дает прямое подключение x4 PCIe Gen 3 или 4, без контроллеров-посредников.
А как же EDSFF?
Enterprise & Data Center SSD Form Factor или EDSFF, прежде известный как Intel Ruler - форм-фактор SSD для предприятий и центров обработки данных. Стандарт разрабатывали исходя из масштабируемости, оптимизации общей стоимости владения и запаса по теплоотводу с ростом объемов хранения, без оглядки на совместимость с предшественниками. Под него нужны платформы специфического дизайна.
Понятно, зачем такое гиперскейлерам. Востребованность же серийных серверов с (десятками) EDSFF SSD выглядит сомнительной – из-за высокой стоимости нестандартных систем, плохой доступности накопителей и, справедливости ради, отсутствия массовых приложений, оправдывающих их применение. Кто охотится за продуктивностью хранения, скорее смотрит в сторону составной дезагрегированной инфраструктуры, с отделением вычислителей от хранилищ.
Как быть?
Все зависит от целей. Если «хочется NVMe», но программное обеспечение или рутинные требования к управлению данными требуют аппаратных контроллеров – надо покупать трехрежимный контроллер и спроектированную под U.3 серверную платформу. При этом мириться с дополнительными затратами и ограничениями пропускной способности, сводящими преимущества NVMe на нет. Если хочется высокой производительности – берите типовые серверные платформы под U.2. Разворачивайте программные сборки, позволяющие выжать максимум продуктивности, бесплатные или коммерческие.
Дайте дорогу данным.