EDSFF (Enterprise and Datacenter Storage Form Factor) on moderni tallennusratkaisu, joka mullistaa datakeskusten ja hyperskaalattavien palvelinjärjestelmien infrastruktuurin. Se tarjoaa paremman suorituskyvyn, energiatehokkuuden ja lämmönhallinnan verrattuna perinteisiin 2,5 tuuman ja M.2-muotoisiin SSD-asemiin.

EDSFF (Enterprise and Datacenter Storage Form Factor) -standardi on tuomassa merkittäviä muutoksia jatkuvasti kehittyvään datakeskusympäristöön. Hyperskaalaajat, jotka tarjoavat valtavia laskentaresursseja, ovat nopeasti tunnistaneet tämän tallennusmuodon edut. Kun tallennussuorituskyvyn, kapasiteetin ja tehokkuuden kysyntä kasvaa ja pilvipohjainen tekoäly laajenee, EDSFF osoittautuu erittäin monipuoliseksi.

Flash-tallennuksen näkökulmasta on yhä selvempää, että 2,5 tuuman ja M.2 -kortit, jotka ovat peräisin pyörivien kiintolevyjen aikakaudelta, eivät pysty hyödyntämään täysimääräisesti flash-pohjaisten NVMe SSD -asemien potentiaalia ja ovat huonosti soveltuvia nykyaikaisten datakeskusten vaatimuksiin. Tallennussuorituskyvyn parantamisen lisäksi EDSFF tarjoaa Infrastructure-as-a-Service (IaaS) -palveluntarjoajille etuja tukemalla sovelluksia tallennuksen ulkopuolella, mikä tekee siitä keskeisen teknologian datakeskusten muuttuessa.

Uusi formaatti, enemmän kuin vain flash

SNIA SFF Technology Affiliate -organisaation määrittelemä EDSFF ratkaisee nykyisten datakeskusten tallennuksessa käytettävien levyjen ja liitäntöjen rajoituksia. Tavoitteisiin kuuluu muun muassa signaalin eheyden parantaminen tulevien PCIe-standardien tukemiseksi, suurempien tehotasojen tarjoaminen sekä paremman ilmavirtauksen ja lämmönhallinnan mahdollistaminen. Kuitenkin standardi ulottuu tallennuksen lisäksi myös muihin käyttötarkoituksiin, kuten muistin laajentamiseen (DRAM), laskentasuorituskyvyn tehostamiseen AI/ML-kiihdyttimien avulla sekä verkkokorttien (NIC) lisäämiseen, kiitos vakiomuotoisen PCIe-liitännän ja form factorin. Näin ollen, kuten nykyisten teknologioiden kohdalla, hyperskaalaajat ja datakeskukset hyötyvät monilähteisyydestä laitteistohankinnoissaan.

Niille, jotka tällä hetkellä käyttävät M.2 SSD-asemia hyperskaalattavissa palvelimissa ja tallennusratkaisuissa, luonnollinen siirtymä on todennäköisesti E1-formaattiin. Sen lyhyempi versio, E1.S, on noin 112 mm pitkä ja 32 mm leveä. Paksuus alkaa noin 6 mm:stä, kasvaa 8 mm:iin lämpölevyn kanssa ja voi nousta jopa 25 mm:iin jäähdytyselementin kanssa (nämä voivat olla joko symmetrisiä tai epäsymmetrisiä). Näiden levyjen tehonkulutus on rajoitettu 12–25 wattiin (kuva 1).

Kuva 1: E1.S-formaatin tilavuuteen ja saavutettavaan tallennustiheyteen vaikuttaa tarvittava jäähdytysratkaisu. Jäähdytyselementti kasvattaa paksuutta.
[Lähde: https://europe.kioxia.com/en-europe/business/ssd/solution/edsff/e1.html]

Kuitenkin korttityypin paksuus määrittää ainoastaan aseman lämmönhaihdutuskyvyn, sillä sen taustalla oleva laitteisto, kapasiteetti ja suorituskyky pysyvät samoina. Tämä tarkoittaa, että pienikokoisissa järjestelmissä, kuten blade-palvelimissa ja edge-laskennassa, E1.S EDSFF:n suorituskyky ja erinomaiset lämpöominaisuudet mahdollistavat sekä M.2- että 2,5 tuuman SSD-asemien korvaamisen. Se soveltuu myös erinomaisesti käynnistyslevyksi ja ensisijaiseksi tallennusratkaisuksi suurteholaskennassa (HPC) sekä tekoäly- ja koneoppimisjärjestelmissä. Tutkimukset ovat lisäksi osoittaneet, että E1.S tukee seuraavan sukupolven palvelinratkaisujen teho/suorituskykytasoa ja matalaa ilmavirtavaatimusta, jota M.2 ei pysty tarjoamaan.

Kuva 2: E3.S EDSFF -formaatilla on erinomainen asema etupuolelta ladattaviin yrityspalvelimiin.
[Lähde: https://europe.kioxia.com/en-europe/business/ssd/solution/edsff/e3.html]

Yrityspalvelimissa E3-levyformaatti on parhaiten asemoitunut korvaamaan U.2-tallennusratkaisut, ja palvelin- sekä komponenttivalmistajat keskittyvät SFF-TA-1002- ja SFF-TA-1008-määrityksiin (Kuva 2). Lyhyt E3.S-formaatti on paksuudeltaan 7,5–16,8 mm, korkeudeltaan 76 mm ja pituudeltaan lähes 113 mm. Se tukee enintään 16 PCIe-kaistaa, vaikka nykyiset SSD-asemat rajoittuvat yleensä neljään kaistaan, ja käytettävissä olevat tehoprofiilit mahdollistavat jopa 40 W kulutuksen. Nykyiset esittelyjärjestelmät ovat osoittaneet, että 1U-räkkiin mahtuu yli 40 E3.S NVMe SSD -asemaa (Ks. kuva 3).

EDSFF-tallennuksen potentiaali käytännössä

Tähän asti tallennusratkaisujen suorituskyvyn parantaminen on ollut mahdollista siirtymällä pyörivistä kiintolevyistä flash-pohjaisiin tallennusratkaisuihin tai päivittämällä uusimpiin flash-SSD-asemiin. Esimerkiksi perinteinen JBOD-ratkaisu vaatisi 4U tilaa, jotta siihen mahtuisi 90 kappaletta 3,5 tuuman 20 TB kiintolevyjä. Tämä tarjoaisi 1,8 PB tallennuskapasiteettia.

Pyöriviin levyihin perustuvan tallennuksen haasteena on sen lepotilan tehonkulutus, joka tässä tapauksessa tuotetietojen perusteella on noin 510 W ja voi nousta huipussaan noin 640 wattiin. Tämä tarkoittaa noin 0,28 W/TB lepotilassa ja 0,36 W/TB aktiivisessa käytössä, mikä vaatii merkittävää lämmönhallintaa ja lisää energiakustannuksia. Lisäksi tämä kokoonpano pystyy siirtämään dataa noin 300 MB/s nopeudella, mikä vastaa noin 40 MBps/W tehonkulutuksen näkökulmasta.

Siirtyminen U.2 NVMe SSD -asemiin, kuten 1U Supermicro SYS-1029P-N32R -järjestelmään, parantaa merkittävästi räkkiresurssien hyödyntämistä. Kun otetaan huomioon 32 × 32 TB aseman integrointi, saavutetaan 1 PB per 1U tallennustiheys.

Koska kyseessä on flash-pohjainen ratkaisu, tehonkulutus lepotilassa on huomattavasti pienempi, noin 160 W eli 0,16 W/TB (tuotetietojen mukaan). Aktiivisessa käytössä kulutus nousee noin 1000 W:iin. Nopeamman suorituskyvyn ansiosta data voidaan kuitenkin toimittaa nopeammin, jolloin asemat voivat palata lepotilaan ja pysyä siellä pidempään.

Tehonkulutuksen näkökulmasta voidaan odottaa noin 380 MBps/W suorituskykyä. Luonnollisesti myös kustannusnäkökulma on otettava huomioon. Datakeskusten hallinnoijien tulee varautua maksamaan noin neljästä seitsemään kertaa enemmän per gigatavu. Tämä kustannus kuitenkin tasapainottuu energiansäästöillä ja asiakkaille tarjottavan parannetun suorituskyvyn ansiosta.

Siirtyminen EDSFF-flash-tallennukseen tuo uuden merkittävän parannuksen tallennustiheyteen verrattuna U.2 NVMe SSD -asemiin (Kuva 4). Palvelinvalmistajat ovat tällä hetkellä kehitysvaiheessa, mutta joitakin prototyyppijärjestelmiä on jo testattu.

1U-formaatissa voidaan käyttää 32 × E1.L (319 mm pituus) -asemaa, joiden kapasiteetti on 64 TB, jolloin samaan tilaan mahtuu kaksinkertainen tallennuskapasiteetti verrattuna U.2-ratkaisuihin. Lepo- ja aktiivikäytön tehontarve pysyy samana kuin U.2 SSD -asemilla, mutta kapasiteetin kaksinkertaistumisen myötä tehonkulutus lepotilassa laskee 0,08 W/TB:iin.

Muistipiirien linjapituuden vuoksi tässä erittäin pitkässä form factorissa sekventiaalinen luku-/kirjoitussuorituskyky on hieman alhaisempi, noin 200 Mbps/W. Tämä saattaa kuitenkin parantua teknologian kehittyessä ja tarjoaa jo nyt viisinkertaisen parannuksen pyöriviin kiintolevyihin verrattuna.

Kuva 3. Siirtyminen EDSFF-tallennukseen kaksinkertaistaa kapasiteetin verrattuna U.2 NVMe SSD -asemiin ja vaatii neljä kertaa vähemmän tilaa kuin pyörivät kiintolevyt (HDD).

EDSFF – Enemmän kuin vain uusi muoto ja suorituskykyä

Siirtyminen EDSFF:ään liittyy luonnollisesti merkittävään tarpeeseen investoida uuteen datakeskustekniikkaan. Tätä kuitenkin tasapainottaa tulevaisuudenkestävyys, jota perinteiset kortit eivät tarjoa. PCIe 5.0 on jo tuettu tallennusratkaisuissa, kuten KIOXIA CD8P Series E3.S -asemassa, joka täyttää suuren osan Open Compute Project Datacenter NVMe v2.0 SSD -määrittelyistä (kuva 5). Nämä asemat perustuvat BiCS FLASH TLC -muistiin, mikä takaa erinomaisen kustannustehokkuuden ja luotettavuuden näissä sovelluksissa.

Kuva 4. CD8P Series E3.S SSD -asemat tukevat PCIe 5.0 -väylää ja on suunniteltu hyperskaalaajien vaatimuksiin.

EDSFF-liitäntä on suunniteltu täyttämään sekä nykyisten että tulevien nopeiden liitäntöjen signaalin eheyden vaatimukset. On selvää, että M.2 ei tule omaksumaan näitä ominaisuuksia eikä kykene saavuttamaan täyttä PCIe 4.0 -suorituskykyä (16 gigasiirtoa sekunnissa, GT/s) nykyisellä 8,25 W:n tehonkulutuksella, erityisesti suuremmilla kapasiteeteilla.

E1 EDSFF ratkaisee tämän haasteen ja parantaa samalla huollettavuutta. Hot-swap-ominaisuus mahdollistaa asemien vaihdon suoraan palvelimen etupaneelista, mikä yksinkertaistaa ylläpitoa ja minimoi käyttökatkot. Lisäksi läsnäolon tunnistusmekanismin ansiosta palvelimet pystyvät tunnistamaan kunkin aseman ominaisuudet, kuten kapasiteetin, nopeuden ja muototekijän, mikä vähentää kokoonpanovirheiden riskiä.

Vertailun vuoksi U.2-liitäntä pystyy tukemaan PCIe 5.0 -standardin edellyttämää signaalin eheyttä. E3 EDSFF on kuitenkin suunniteltu tukemaan signaalinopeuksia PCIe 5.0:n tuolle puolen sekä suurempia tehobudjetteja. PCIe 6.0 on myös jo horisontissa, tuoden mukanaan entistä enemmän kaistanleveyttä ja IOPS-suorituskykyä.

Tämä parantaa suorituskykyä ja nopeuttaa RAID-järjestelmien jälleenrakennusaikoja, sillä vikaantuneiden asemien vaihtamisen jälkeen prosessi voi lyhentyä päivistä tunteihin tai jopa minuutteihin. Nopeuden kasvu voi myös mahdollistaa pariteettiasemien määrän vähentämisen kolmesta kahteen, sillä jälleenrakennuksen aikana tapahtuvan uuden asemaepäonnistumisen todennäköisyys pienenee. Lisäksi SSD-asemat tarjoavat paremman ennakoivan vikaantumisen seurannan, mikä parantaa tallennusjärjestelmien luotettavuutta.

Kaiken kaikkiaan EDSFF on paljon enemmän kuin vain uusi korttiformaatti. Se ei ole pelkästään tallennusratkaisu, vaan tukee myös kiihdyttimiä, muistia ja verkkosovittimia (NIC). Tämä mahdollistaa hyperskaalaajien ja IaaS-palveluntarjoajien kehittää innovatiivisempia palveluita.

EDSFF yksinkertaistaa myös datakeskusten hallintaa, aina asemien vaihtamisesta järjestelmien jälleenrakennusaikoihin, samalla vähentäen räkkitilan tarvetta ja pienentäen energiankulutusta. Viimeksi mainittu on erityisen tärkeä seikka, kun ympäristöystävällisyyteen ja kestävän kehityksen tavoitteisiin kiinnitetään yhä enemmän huomiota. Kaiken tämän lisäksi EDSFF tarjoaa enemmän IOPS-suorituskykyä ja turvallisen polun kohti entistä korkeampaa suorituskykyä tulevaisuudessa.