今日のエンタープライズ データ センターは、サーバー ラック内の限られたスペースで電力、速度、冷却効率のバランスをとるという独特の課題に常に直面しています。収納に関しては、適切なバランスを見つけることがさらに重要です。ただし、このバランスを妨げる主な障害の 1 つはフォーム ファクターです。従来のフォーム ファクターの多くは、ソリッド ステート ドライブ (SSD) ではなく、ハードディスク ドライブ (HDD) 向けに設計されていました。そのため、大規模なデータセンターに必要な冷却効率とストレージ容量が不足しています。以下は、これらの課題について説明し、データセンターでの意思決定に役立つソリューションを提供する NAND フラッシュの概要です。
NANDフラッシュ
NAND フラッシュは不揮発性メモリの一種です。そのため、保存されたデータを保持するために一定の電力を必要としません。 HDDと同様に、電源を切ってもデータが失われることはありません。さらに、NAND フラッシュは、一般的な HDD よりも読み取り、書き込み、消去の速度が高速です。また、面密度が高く、HDD よりも消費電力が少なくなります。
エンタープライズストレージの現在の課題
消費者向けテクノロジ向けのソリッド ステート ドライブ (SSD) の出現により、企業は従来のハードディスク ドライブ (HDD) から SSD に切り替える利点を認識しました。 SSD には次のような利点があります。
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- HDDよりも耐久性が高い
- 転送速度の高速化
- より強力でエネルギー効率が高い
- より実用的なサイズに
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これらの利点にもかかわらず、これらのより効率的なドライブへの切り替えには課題がないわけではありません。これらのドライブのフォーム ファクターは、企業のデータ センターに特有の課題をもたらします。 SSD エンクロージャには、HDD と同じサイズの 2.5 インチおよび 3.5 インチのフォーム ファクタがあります。これにより、企業はインフラストラクチャに大幅な変更を加えることなく、SSD への移行が容易になります。
ただし、2.5 インチおよび 3.5 インチのエンクロージャの機械設計は、もともと HDD などの回転メディア用に設計されていました。そのため、エアフローが妨げられ、SSD の拡張性が制限されます。これらの課題により、企業データセンターのニーズをより適切に満たすための新しいテクノロジーが育成されました。
NAND フラッシュ: M.2 フォーム ファクターとその考慮事項
M.2 は NAND フラッシュ フォーム ファクター (以前は次世代フォーム ファクターとして知られていました) であり、M.2 スロットを使用してマザーボードに直接差し込む内蔵拡張カードです。 M.2 は当初、スペースが限られているモバイル プラットフォームや消費者向けデバイス向けに設計されました。したがって、M.2 はサイズが小さいため、エンタープライズ サーバーに最適です。
M.2 の課題
データセンターの重要な要件の 1 つは、ハイパースケール機能です。したがって、ストレージ容量と熱の最適化が重要です。残念ながら、M.2 のサイズにより、容量の拡張性と冷却効率が制限されます。さらに、M.2 はホットプラグ対応ではないため、実行時にシステムを保守するのが困難です。
NAND フラッシュ: PCIe SSD フォーム ファクターとしてのアドイン カード (AIC) の進化
テクノロジーの進歩に伴い、コンピューティングにおけるスピードとパワーに対するニーズが年々高まっています。 PCIe カード (Peripheral Component Interconnect Express) としても知られるアドイン カード (AIC) は、PCIe スロットを介してコンポーネントをマザーボードに直接接続するためのインターフェイスを提供することで、これらの進歩に対応します。
PCIe カードで帯域幅が増加
PCIe カードは、M.2 よりも高いパフォーマンスを提供できます。ただし、M.2 は x4 スロットを使用しますが、PCIe カードは x8 または x16 スロットを使用して帯域幅を増やすことができます。
最適化された冷却効率
AIC フォームファクタを備えた SSD は、高性能のユースケースにより適しています。 (図 3) PCIe カードは、冷却効率を最適化しながら、より多くの NAND フラッシュ パッケージを配置するためのより広い領域も提供します。多くのベンダーは、温度を低く保ち、SSD がフルスピードで動作するようにするためのヒートシンクと送風ファンを備えた PCIe カード SSD ソリューションを提供しています。
PCIeカードの欠点
PCIe カードは通常、サーバー シャーシ内に取り付けられるため、保守が不便になります。このタイプのカードを保守するには、サーバーのカバーを取り外してデバイスにアクセスする必要があります。
これらのカードはより高いパフォーマンスを提供しますが、PCIe スロットを 1 つ諦める必要があります。ラック内のスロットの可用性は限られているため、スロットは通常、SSD よりも高い帯域幅要件を持つデバイス (グラフィックスなど) のために予約されています。そのため、AIC フォーム ファクターを備えた SSD は、ワークロードがそのような高いパフォーマンスを必要とする場合にのみインストールされます。
NAND フラッシュ: 次世代フォームファクターとしての EDSFF
上記の NAND フラッシュ フォーム ファクターには利点がありますが、エンタープライズ データ センターには最適化されていません。したがって、EDSFF と呼ばれる SSD の新しいフォーム ファクター ファミリが誕生しました。 EDSFF は、Enterprise and Data Center SSD Form Factor の略です。このフォーム ファクターは、エンタープライズおよびデータセンター アプリケーション向けに特別に設計されました。この NAND フラッシュ フォーム ファクタ ファミリは、いくつかのバリエーションで構成されています (図 4)。
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- E1.S
- E1.L
- E3
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EDSFF の目標には次のものが含まれます。
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- より多くのパワーを提供
- ホットスワップを許可する
- ラックユニットあたりのストレージ容量と密度の増加
- 冷却コストの削減
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EDSFF はどのような問題を解決しますか?
EDSFF は、冷却効率を考慮しながらサーバー ラック内のスペースを最大化するという問題を解決します。将来の拡張に備えたスケーラビリティもサポートします。 SFF-TA-1002 コネクタを使用すると、EDSFF は PCIe x4、x8、x16 レーンと最大 112Gbps のシグナリングをサポートできます。
EDSFF は将来に備えています
これらの機能を考慮すると、EDSFF は PCIe 4.0 および PCIe 5.0 をサポートでき、EDSFF は PCIe 6.0 と互換性があることが期待できます。さらに、EDSFF は SNIA の NAND フラッシュ フォーム ファクター標準となり、OCP に採用されました。すべての主要な SSD ベンダーは EDSFF をサポートしており、EDSFF を搭載した SSD 製品を発売しています。 Phison は、EDSFF を使用したエンタープライズ SSD 製品も開発中であり、間もなく発売される予定です。
EDSFF E1.S
E1.S は、EDSFF ファミリの 3 つの亜種の中で最も人気があります。その機械設計は、データセンターでの M.2 ドライブの使用を置き換えることを目的としています。 (図 5) 小型サイズを維持しながら、より高い密度とより高い出力を実現します。
ガムスティック型のE1.Sは、1Uのスペースに縦に収まります。 1U ストレージ サーバーは、最大 32 台の E1.S ストレージ ドライブをサポートできます。[1]これにより、データセンターはストレージ容量を拡張し、データとアプリケーションの増大をサポートできるようになります。
12V 電源により、E1.S は M.2 よりも高い電力レベルに対応でき、電圧レギュレータを 12V から 3.3V に節約できます。ただし、電力レベルが高くなると、特に SSD が最高のパフォーマンスで実行されている場合に、SSD が熱くなる可能性があります。したがって、E1.S は、冷却効率を向上させ、必要な空気流量を減らすために、5 つの異なる厚さのヒートシンクのオプションに対応する取り付け穴を確保しています。 (図 6) ベア PCBA 付きの厚さ 5.9 mm、ヒート スプレッダ付きの厚さ 8.01 mm は、消費電力が低いユースケースに適しています。
最大 20 W の消費電力の場合、厚さ 9.5 mm の対称エンクロージャを使用できるため、デバイスは E1.L の短縮バージョンのように見えます。さらに高電力の使用例では、熱をより効率的に放散するために、厚さ 15mm または 25mm などの非対称エンクロージャを適用できます。密度と冷却効率は常に相反するものです。 Microsoft Azure は、15 mm の非対称エンクロージャが 9.5 mm と 25 mm の厚さの間でバランスが取れていると考えています。厚さ 9.5mm では十分な冷却が得られませんが、25mm のエンクロージャでは犠牲にするスペースが多すぎます。
EDSFF E1.L
以前は定規として知られていた E1.L は、長い定規の形状として設計されており、1U サーバー用に最適化されています。基板スペースを最大化することで、より多くの NAND フラッシュ パッケージをサポートし、冷却効率を高めることができます。
通常、大容量ドライブには U.2 フォーム ファクタを使用しますが、大容量 U.2 ドライブは 2 枚の PCB を折り重ねて構築される場合があります。中の具材はサンドイッチの真ん中のようになっていて、その熱が冷めにくいのです。
E1.L は、金属筐体の 2 つの厚さのオプションとともに、すべての領域を表面に広げることで熱の問題を解決します。 (図 7) U.2 フォーム ファクターと比較して、必要なエアフローが 55% 少ないだけで、電力コストも大幅に削減されます。 [2] E1.L は、最も高密度のストレージ NAND フラッシュ フォーム ファクターです。 E1.L ドライブを満載した単一の 1U ストレージ サーバーは、1PB の容量に達します。企業のデータセンターは E1.L を使用して、総所有コスト (TCO) を削減しながら密度を強化できます。
EDSFF E3
E3 と EDSFF ファミリの他の NAND フラッシュ フォーム ファクタの最大の違いは形状です。従来の 2.5 インチ フォーム ファクタに似ていますが、最大 x16 PCIe レーンと 70W の電力を可能にします。
E3 は U.2 フォームファクターを置き換えます
E3 は、2.5 インチ U.2 フォーム ファクターを置き換えて、U.2 にはない利点を提供するために作成されました。形状が類似しているため、U.2 から E3 への移行が容易になります。一部のサーバー ベンダーは、U.2 と E3 の両方をサポートできるシャーシ ソリューションを提供しており、これによりデータ センターは、すべての U.2 デバイスを一度に交換するのではなく、ストレージ デバイスを U.2 から E3 に段階的に移行できます。
E3サイズ
E3 は 1U サーバーと 2U サーバーの両方に最適化されており、4 種類の異なるフォーム ファクターがあります。 E3.L、E3.S、幅はシングルまたはダブルです。 (図 8) 業界ではシングル幅を「1T」、ダブル幅を「2T」と呼んでいます。 Tは厚さを表します。 2T は通常、熱放散が優れているため、計算ストレージや大容量ストレージなど、より多くの熱が発生する高出力デバイスに使用されます。
E3 による柔軟性
E3は内側からも柔軟です。小型の E1.S PCBA は E3 エンクロージャに適合するため、E3 フォーム ファクタの低容量ストレージは E1.S PCBA を活用してコストを削減できます。 (図 9) さらに、E3 は SSD だけをサポートしているわけではありません。永続メモリ、GPU、NIC などの複数のデバイス タイプをサポートできます。
未来かEDSFFか
EDSFF は急速にさらに多くの採用者を獲得しています。この多用途のフォームファクターは、密度、電力、容量、パフォーマンス、冷却に対するデータセンターのニーズを満たします。そのため、SSD ベンダーはサーバープロバイダーと並行して、EDSFF に対応するための新しいインフラストラクチャを構築しています。
EDSFF への移行にはいくつかの課題がありますが、たとえば、EDSFF に適合するようにサーバー シャーシを再設計する必要があります。 EDSFF は将来的に広く導入され、時代遅れの 2.5 インチおよび M.2 フォーム ファクターを引き継ぐものと推定されています。 (図10)
電力、速度、冷却効率のバランスをとりながらストレージスペースを最適化するには、企業はストレージドライブのフォームファクターにさらに注意を払う必要があります。利用可能なものは数多くありますが、データセンターでの使用に最適なものはほんのわずかです。 EDSFF は、占有スペースを最小限に抑えながら、高密度かつ高電力のストレージ オプションを提供する次世代のストレージ フォーム ファクタです。
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