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SSD dans le datacenter : les différents formats (U.2, M.2, EDSFF, NGSFF)

L'adoption croissante de la technologie NVMe s'accompagne d'une prolifération des format de SSD et de connecteurs pour les raccorder aux cartes mères des serveurs. LeMagIT fait le point sur tous les formats actuellement disponibles et sur les technologies émergentes proposées par Intel et Samsung.

par

Christophe Bardy, Responsable infrastructures

Publié le: 16 févr. 2018

L’intérêt pour les technologies de stockage NVMe dans le datacenter se traduit actuellement par une multiplication des formats de SSD. L’objectif est à la fois d’améliorer la densité des architectures de stockage Flash dans les serveurs tout en dopant les performances.

La technologie NVMe permet de connecter des supports de stockage électroniques (Flash, Optane, etc.) directement sur le bus PCIe des serveurs afin de doper la bande passante disponible pour chaque périphérique et d’abaisser la latence de connexion.

Elle s’accompagne également de la modernisation du jeu de commande des disques avec la mise en œuvre d’un jeu de commande simplifié et optimisé par rapport au jeu de commande SAS historique.

Les premiers périphériques NVMe ont logiquement été mis en œuvre sous forme de cartes PCIe traditionnelles. Mais ce format historique pose plusieurs problèmes.

Un SSD Intel Optane au format carte PCIe

Tout d’abord, l’ajout ou le retrait à chaud d’un périphérique de stockage requiert l’ouverture du serveur et demande énormément de prudence afin d’éviter tout court-circuit électrique ou choc d’électricité statique.

Ensuite, la plupart des serveurs n'ont qu'un nombre limité de connecteurs PCIe, ce qui ne permet pas d'installer un grand nombre de périphériques dans un serveur.

Enfin, l'emplacement même des connecteurs PCIe n'est pas idéal en matière de refroidissement des SSD, puisque ces derniers se retrouvent souvent positionnés derrières les processeurs et aux côtés de périphériques comme des GPU, ce qui complique leur refroidissement.

Le format U.2 s'impose pour le raccordement des SSD 2,5 pouces

Très rapidement, les constructeurs ont travaillé à la normalisation d’un connecteur permettant la mise en œuvre de SSD au format 2,5 pouces traditionnel. Le format de disque 2,5 pouces à l’avantage d’être déjà couramment utilisé dans les serveurs et de pouvoir être inséré en frontal dans les serveurs.

Afin de s’appuyer sur l’infrastructure existante, les fabricants ont repris le connecteur SAS traditionnel et lui ont ajouté des broches additionnelles pour convoyer les signaux PCIe ainsi que des signaux de contrôles additionnels. Le connecteur résultant, connu sous le nom de SFF-8639 (ou U.2) permet aux fabricants de supporter aussi bien des disques SATA, que SAS ou NVMe dans les serveurs les plus récents.

Le connecteur U.2 pour disques SSD de 2,5 pouces est dérivé du connecteur SAS

Sur les petits serveurs et dans les stations de travail, les cartes mères peuvent mettre en œuvre un connecteur dérivé du mini-SAS HD (SFF-8644) recâblé pour convoyer des signaux PCIe vers les disques U.2. Un câble renforcé, rappelant un peu un câble SAS, est alors utilisé pour raccorder les SSD à ce connecteur mini-SAS.

Il est à noter que le connecteur U.2 ou SFF-8639 est actuellement le seul connecteur du marché à supporter le mode « dual port » qui permet à un SSD d’être raccordé à deux contrôleurs différents à des fins de haute disponibilité.

Le format M.2 : pour les portables, les disques de boot et les serveurs lames

Un disque SSD au format M.2

Pour les disques de boot et les serveurs denses, un autre format a récemment gagné en popularité, le format M.2 (ex-NGFF). Ce connecteur, dérivé du Mini-PCIe, permet d’accueillir des cartes Flash miniaturisées. Utilisé à l'origine dans les PC portables, il est désormais couramment mis en oeuvre pour accueillir les disques de boot flash de serveurs au format rack.

Du fait de sa compacité, il est aussi utilisé dans des serveurs denses au format lame ou mini-lames motorisés par des puces comme les Xeon-D ou les puces Intel Avoton ou Denverton. Comme c'est le cas des cartes PCIe, le format m.2 est toutefois difficilement manipulable si la machine n'est pas éteinte et n'est pas vraiment adapté aux scénarios requérant l'insertion ou le retrait à chaud de SSD.

Intel et Samsung proposent des SSD au format "réglette" pour les serveurs

Un SSD au format "réglette" d'Intel

Plus récemment Intel et Samsung, deux des principaux fabricants de SSD pour serveurs ont aussi proposé de nouveaux formats de SSD destinés au marché des serveurs. Le Californien a dégainé le premier avec son format « Ruler » (ou EDSFF pour Enterprise & Datacenter Storage Form Factor).

Ces « réglettes » bourrées de mémoire Flash ont pour objectif de permettre d’atteindre des capacités de stockage de l’ordre du pétaoctet dans un serveur 1U (avec 32 réglettes insérées en frontal). Avec les modules disponibles pour l’instant (8 To max.), le plafond de capacité est toutefois limité à 256 To par serveur 1U.

Un serveur 1U avec 32 réglettes peut stocker jusqu'à 256 To de Flash

Pour ses réglettes, Intel s’est appuyé sur le nouveau connecteur SFF-TA-1002 (« Gen-Z ») défini par la SNIA. Dans les premières réglettes Flash d’Intel, ce dernier est mis en œuvre avec 4 ou 8 lignes PCIe Gen3 (soit un débit bidirectionnel plafond de près de 8 Go/s par réglette) mais il sera possible à terme de supporter jusqu’à 16 lignes PCIe Gen4 ou Gen5 (soit un débit plafond de près de 60 Go/s).

Le connecteur NGSFF proposé par Samsung est une évolution du M.2

Samsung, de son côté a dévoilé son propre format de réglettes, baptisé NGSFF (Next Generation Small Form Factor), lors du Flash Memory Summit de Santa Clara à l’été 2017. Plus courtes que celles d’Intel, les réglettes de Samsung encapsulent dans un boîtier métallique des barrettes de mémoire Flash, dont le format est une évolution des actuels SSD au format M.2.

Mais le Coréen a élargi et allongé la taille des barrettes afin d’y loger plus de modules de mémoire Flash (portant ainsi la capacité maximale des modules à 16 To).

Comme chez Intel, il est possible d’insérer jusqu’à 32 réglettes de Flash en frontal dans un serveur rack au format 1U (soit une capacité maximale de 512 To par serveur 1U avec les modules les plus denses actuellement disponibles).

Un serveur 1U Supermicro équipé de 32 réglettes SSD Samsung peut accueillir jusqu'à 512 To de Flash

Le connecteur utilisé pour le raccordement à la carte mère du serveur est analogue au connecteur M.2 actuel avec 4 lignes PCIe (avec une gestion du Hot-plug).