EDSFF硬件外形尺寸标准演进及趋势-电子发烧友网

随着近几年EDSFF形态在服务器容量上的快速增长，EDSFF凭借在容量、可扩展性、性能、可维护性、可管理性、散热和电源管理方面的优势，EDSFF将重新定义服务器的下一代固态硬盘外形规格。

EDSFF概述

目前EDSFF有以下三种解释：Enterprise and Data Center Standard Form Factor-企业和数据中心标准外形尺寸（标准）；Enterprise & Data Center SSD Form Factor-企业和数据中心固态硬盘外形尺寸（SSD）；Enterprise and Data-center Scalable Form Factor-企业和数据中心可扩展外形尺寸（可扩展），内涵稍有不同。现在由SNIA作为SFF技术附属技术工作组（SFF TA TWG）的一部分进行维护。

EDSFF提供了一系列企业和数据中心固态硬盘外形尺寸标准，以最大程度适配1U/2U服务器，概览如下:

图1

对于SSD外形尺寸（Form Factor）标准演化，从硬件角度，可以从以下4个维度来理解标准考虑的一些关键要素：

硬件接口——标准的物理硬件接口定义，除了满足电气性能要求外，相同的金手指保证了接插件、连接器、线缆等的标准化、归一化，其通用性极大的满足兼容性及扩展性设计需求，同时提升了供应链安全；

物理大小——PCB尺寸大小可以最大程度适配1U/2U等服务器，充分提高了存储空间的利用率，更好的匹配大容量高密度的需求；

散热能力——不同的厚度选择及配套的散热设计，充分满足系统级低成本的散热解决方案，以预期的风流量满足散热需求；

可维护性——支持热拔插，提供状态指示灯，进一步简化安装和方便维护及备件更换等。

EDSFF分为E1和E3两大系列，每个系列又都分为Long和Short两个版本，即E1（E1.L、E1.S）与E3（E3.L、E3.S），并按照不同的厚度和散热配置划分出不同型号：在20W、25W基础上提供40W和70W等版本；PCIe Lane数量也在x4的基础上增加了x8和x16（E3宽度可以满足，E1最大x8），满足企业级SSD更高的读写性能。各形态具体尺寸汇总如下：

EDSFF——硬件接口标准化

SFF-TA-1002连接器标准定义了一种多通道卡边缘连接器，指定了四种高密度连接器尺寸：1C、2C、4C和4C+。1C连接器作为所有其他尺寸的通用基础，1C支持高达80W的12V主电源和3.3 Vaux电源，一组边带和管理引脚，以及多达8个高速差分对。2C建立在1C的基础上，并提供多达16个高速差分对。同样，4C建立在2C的基础上，并提供多达16个额外的高速差分对。

图2

SFF-TA-1002定义的尺寸适合PCIe x4、x8和x16，并且由于卡边缘连接器中的凹口设计，较长的卡可以插在较窄的卡槽中。该连接器通过NRZ编码（不归零编码）为至少56 GT /s的数据速率提供足够的信号完整性，因此它比现有的大多数PCIe信号连接器标准实现更具有前瞻性。

图3

E1、E3使用了相同的金手指，拥有更高信号质量的同时，兼容性也能得到保障。新的服务器背板连接器尺寸更小，可达到简化服务器内部设计、优化风道、增强服务器散热气流的目的。为了最大限度地提高互操作性，EDSFF系列SSD外形尺寸共享一个通用的连接器标准。

EDSFF——M.2形态到E1外形尺寸的演进

M.2主要是为笔记本电脑使用，3.3V电源供电的情况下，最大功率会受到限制，功耗达到8-12W通常都需要散热器。M.2的外形规格用在1U服务器上会面临很多挑战：

首先在散热方面，PCIe固态硬盘需要很大的散热器；其次不支持热插拔，因为连接器并不是为热插拔设计的，另外难以对固定安装的硬盘进行维护；再次，针对1U机架（1U=4.445厘米，M2宽2.2厘米）的空间利用率也不太理想。

图4

E1.S形态在数据中心1U服务器的使用上体现出巨大的优势:

空间利用率：E1.S更宽（1U=4.445厘米，E1.S宽3.375厘米），PCB布局上可以满足两行NAND闪存，能够在PCB上为NAND闪存提供更多的空间，以轻松实现更高容量的SSD；

12V电源供电：相对3.3V供电，相同的通流量，可以满足更高的功率水平；

可维护性方面：引入包含 LED 运行状态指示灯在内的热插拔设计，使之能够在不切断系统电源的情况下识别故障和更换；

散热方面：其定义了不同的厚度选项，允许套上不同的散热片，更容易冷却，有助于维持最佳性能。

对不同功率的需求，E1.S采用了不同的标准外壳和散热器尺寸：对于20W以下的卡，可以使用9.5mm厚度的对称外壳/散热片；对于更高功率的应用，则设计了一个不对称的散热器，厚度达到25mm，并允许25W。9.5mm的对称外壳对于大多数SSD用例来说是足够的；25mm非对称外壳+散热器更适合于非固态硬盘设备；对于更注重高性能的应用场景，15mm和25mm厚度的E1.S是更为理想的选择。

图5

EDSFF——U.2形态到E3外形尺寸的演进

U.2 2.5英寸盘是部署在企业和数据中心的企业级NVMe SSD主要产品形态，可以与原有机械硬盘混合使用，兼容性强、灵活度高。采用相同的外形设计和SFF-8639连接器，可同时兼容SAS、SATA和PCIe。定义于SFF-8201，长度为101.85mm (max)，宽度为69.85mm，厚度有不同规格（5mm到19.05mm不等）。常用的笔记本硬盘是7mm厚度，企业级硬盘是15mm。

图6：图片来自网络

从上图SFF-8639接口看，红色标识的为PCIe，能使用4个通道，但限制了更高带宽和性能的提升空间。另外企业级厚度为15mm，相对E3.S薄盘7.5mm限制了密度的提升。

E3的高度允许SSD使用x4、x8甚至x16的PCIe接口，可实现的带宽和可配置的运行功率更高。E3.S和E3.L分为“1T”和“2T”厚度版本（T代表Thickness，1T：厚度7.5mm，2T：厚度16.8mm），共4款。其中，E3.L 2T甚至可以实现70W的全功率运行，支持SSD达到更高更强的性能。

E3.S是E3中尺寸比较接近U.2 2.5英寸盘的版本，二者可以共享一个机箱，实现不同类型硬盘的混合部署。E3设备的连接器尺寸最小的1C型号是23.88mm宽，与M.2连接器大小相同；支持PCIe x16链路的4C型号为57.02mm，比U.2的SFF-8639明显小了许多，背板可以做得更小，降低散热的流阻，更好的散热能使E3.S/2T支持到40W，从而适配PCIe Gen5和未来Gen6的性能。另外，一些服务器厂商也在探索基于E3的新型设备，如GPU、FPGA、NIC等，在存储之外EDSFF E3也将为企业级应用带来更多可能。

图7

在服务器中的应用场景

EDSFF是专为企业和数据中心而制定的硬盘外形尺寸设计规范，可以在1U服务器上实现PB级的存储能力，更可以在2U服务器上获得更加极致的存储性能。（1U=4.445厘米，2U=4.445*2=8.89厘米）。

EDSFF标准是面向企业和数据中心针对NAND Flash特点来优化的，逐步摆脱机械硬盘HDD的尺寸影响，可提供更灵活、扩展性更强的存储方案，成为数据中心SSD标准的演变趋势。

图8

E1.S规格相较于M.2规范，拥有更高的存储密度，因为容纳两排NAND颗粒，满足高容量超大规模服务器的存储方案，另外比E1.L外形更短一些，针对1U服务器可提供更高效散热设计。

E1.S让SSD的体积得到大幅缩减，在1U服务器中，可容纳多达32个9.5mm的E1.S硬盘，这比使用15mm的U.2固态硬盘解决方案的密度提高了3倍多。而15mm的E1.S硬盘，与传统的2.5英寸固态硬盘厚度相同，在1U服务器中可以容纳24个，15mm的E1.S硬盘可将额外的空间用于散热，并允许使用25W的设备。其小巧的尺寸还允许服务器厂商在保留一定数量的前面板E1.S接口同时，还可提供一定数量的PCIe/OCP NIC插槽，或者与E3、U.2 SSD混合部署，非常灵活。

E1.L虽然可以容纳更多FLASH，但因为过长不利于高速信号布线，需要服务器同步更改配合；E1.L硬盘的弹性变大，一旦弯折容易造成PCB损伤，硬件可靠性变低；E1.L目的是为1U服务器提供大容量盘的解决方案。

E3.S规格可以在2U服务器中垂直安装或在1U服务器中水平安装，拥有7.5mm和16.8mm两种厚度。在传统2U服务器中，前置U.2 SSD数量最多24个，换成E3.S/2T之后可以放23个（2T厚度为16.8mm，U.2厚度15mm，所以数量上少一个）；而E3.S/1T则最多可以做到46个热插拔位，密度优势相当明显。

E3.S在1U机箱中需要横过来放，16.8mm的厚盘可以放10个（与U.2数量相同），7.5mm薄盘则可以放20个，比U.2多一倍。

总结

EDSFF的外形尺寸都共享相同的协议（NVMe）、相同的接口（PCIe）、相同的边缘连接器（SFF-TA-1002）、相同的引脚排列和功能（SFF-TA-1009）。选择部分主流外形尺寸标准及应用情况对比如下图所示：