U.2 залишається стандартом серверних NVMe SSD

Ще кілька років тому стандарт U.3 накопичувачів NVMe SSD вважали змінником U.2. Якийсь час серверна індустрія крокувала вроздріб. Потім розібралися: U.3 веде в глухий кут. Лідери ринку це відкрито визнають .

Генетика U.3

U.3 придумали під універсальні підсистеми зберігання серверів на будь-яких дисках 2.5” (SAS, SATA, NVMe) - з автоматичним визначенням типу пристрою при підключенні та керуванням даними через трирежимні (Tri-mode) контролери, в трирежимному оточенні, що комутує (платформи, об'єднувальні плати , кабельне господарство).

U.3 претендував на роль стандарту перехідного періоду від існуючих дисків SAS та SATA до більш продуктивних NVMe SSD. Здавалося, він сприятиме «м'якому» витіснення SATA SSD з серверів, поки ціни NVMe SSD знижуються до їх рівня. Ціни знизилися. Це не зробило трирежимні рішення привабливішим і не стимулювало виробників SSD.

Від виробників SSD майже нічого не потрібно. Щоб U.3 SSD були сумісні з U.2 SSD, до них додано мультиплексування для управління лініями PCIe. По суті, U.3 SSD відрізняються від U.2 SSD розв'язкою сигналів і трохи дорожчими у виробництві. Найгірше інше.

Транзитний «трьохрежимний» сценарій вимагає чималих витрат (контролери, обв'язка), сковує продуктивність введення/виводу критичних додатків і за великим рахунком відірваний від життя. Спільне використання віртуальних дисків SAS та SATA під одним контролером виконується рідко. Додавання NVMe до цієї комбінації має ще менше сенсу. Tri-mode контролер проганяє всі сигнали через стек SAS (затримки!) та підключається до шини PCIe максимум по 16 лініях (x16). Якщо накопичувачу SATA достатньо х1, то U.2/U.3 треба х4. Чотири NVMe SSD з'їдять усю смугу пропускання дорогого контролера. Не розженешся.

У традиційній екосистемі SAS крім контролерів використовуються розширювачі (експандери) – для збільшення кількості пристроїв SAS, що обслуговуються. Трирежимних розширювачів немає. Комутатори PCIe дозволяють адресувати багато пристроїв NVMe, але вони не підтримують пристрої SAS/SATA. Об'єднання пристроїв за стандартом U.3 маршрутизує трафік NVMe через трирежимні контролери. Натомість на понесені додаткові витрати користувач отримує уявний комфорт управління даними з єдиного вікна, тоді як програми страждають від низької продуктивності. Складне облаштування, неможливість масштабування, несумісність потреб різних накопичувачів у ширині каналу – все це відштовхує користувачів, які бачать у NVMe ключ до продуктивності. Трирежимні рішення маскують втрату цього ключа «універсальністю».

Логіка U.2

У роз'ємі U.2 лінії SAS/SATA відокремлені від ліній NVMe, що дозволяє розробникам систем окремо та незалежно масштабувати рішення за допомогою доступних розширювачів SAS та комутаторів PCIe. Виробники серверних платформ по-різному вирішують це завдання. Одні пропонують користувачеві відразу визначитися з наповненням сервера та продають йому модифікацію з потрібним набором SSD та відповідним обв'язуванням. Інші дозволяють адаптувати підсистему зберігання сервера під завдання.

Наприклад, серверні платформи ASUS форм-фактору 1U під 12 x 2.5” – U.2-ready, з універсальними роз'ємами SFF-8639 під диски U.2/SAS/SATA. За замовчуванням, всі дискові кишені підключені до портів SATA на материнській платі. Додавши апаратний HBA або RAID-контролер, у 8 відсіків із 12 можна поставити SAS SSD (HDD):

Підключивши екплейн кабелями OCuLink до портів на материнській платі, ставимо 4-6 U.2 SSD (залежить від платформи):

Додавання штатних карт-подовжувачів шини PCIe дозволяє обслужити в сервері до 12 U.2 SSD:

Хоча запити клієнтів різні, всі хотіли б повноцінно скористатися перевагами NVMe – де цього вимагають програми. Стандарт U.2 дає пряме підключення x4 PCIe Gen 3 або 4 без контролерів-посередників.

А як же EDSFF ?

Enterprise & Data Center SSD Form Factor або EEDSFF, насамперед відомий як Intel Ruler – форм-фактор SSD для підприємств та центрів обробки даних. Стандарт розробляли виходячи з масштабованості, оптимізації загальної вартості володіння та запасу тепловідведення зі зростанням обсягів зберігання, без огляду на сумісність із попередниками. Під нього потрібні платформи специфічного дизайну.

Зрозуміло, навіщо таке гіперскейлерам. Затребуваність серійних серверів з (десятками) EDSFF SSD виглядає сумнівною – через високу вартість нестандартних систем, погану доступність накопичувачів і, заради справедливості, відсутність масових додатків, що виправдовують їх застосування. Хто полює на продуктивність зберігання, швидше дивиться у бік складової дезагрегованої інфраструктури , з відділенням обчислювачів від сховищ.

Як бути?

Все залежить від цілей. Якщо хочеться NVMe, але програмне забезпечення або рутинні вимоги до управління даними вимагають апаратних контролерів - треба купувати трирежимний контролер і спроектовану під U.3 серверну платформу. При цьому миритися з додатковими витратами та обмеженнями пропускної здатності, що зводить переваги NVMe нанівець. Якщо хочеться високої продуктивності, беріть  типові серверні платформи під U.2. Розгортайте програмне забезпечення, що дозволяє вичавити максимум продуктивності, безкоштовне чи комерційне.

Дайте дорогу даним.