Rehber SFF-TA-1001 (U.3) Evrensel Sürücü Bölmeleri ile Gelişen Depolama

BT departmanları, kuruluşlarının günümüz ve gelecekteki veri merkezi, sistem ve son kullanıcı gereksinimlerini karşılamak için veri depolamayı seçme ve yapılandırma zorunluluğuyla karşı karşıyadır. Gelecek yıllara ait uygulama kullanımını, iş yükü boyutlarını, performans ihtiyaçlarını ve kapasite beklentilerini tahmin etmeleri gerekiyor. Bu gereksinimleri belirlemek ve ardından bugünün ve yarının bu ihtiyaçlarını karşılayan bir depolama stratejisini uygulamak, herhangi bir BT departmanı için muazzam bir girişimdir.

Teknoloji geliştikçe, depolama sistemindeki yükseltmeler BT için başka bir zorluk teşkil eder ve genellikle orijinal donanımın satın alınmasıyla sınırlıdır. Örneğin, SATA tabanlı bir depolama altyapısı dağıtılmışsa, sunucu arka paneli, depolama denetleyicisi ve yedek sürücüler de dahil olmak üzere tüm donanım yükseltmelerinin SATA veya muhtemelen SAS tabanlı olması gerekecektir. Depolamanın bir sonraki seviyeye gelişmesi için, mevcut ve gelecekteki kaynakları kullanarak gerekli uygulamaları destekleyecek bilgi işlem sistemleri oluşturulmalıdır. Bu hedeflere ulaşılması halinde, BT açısından nihai sonuç, depolama maliyetlerinde ve sistem karmaşıklıklarında azalmalar açısından önemli olabilir.

SFF-TA-1001 spesifikasyonu 1'in (U.3 olarak da bilinir) ortaya çıkışıyla birlikte depolama endüstrisi, depolamayı günümüzün ve gelecekteki uygulama gereksinimlerine göre yapılandırmaya daha da yaklaşıyor. U.3, SFF-TA-1001 spesifikasyonuna uygunluğu ifade eden bir terimdir ve aynı zamanda SFF-8639 Modül spesifikasyonuna 2 uygunluğu da gerektirir . U.3'ü temel alan çözümler, tek bir arka panel ve denetleyici kullanan, üç sürücü arabiriminin tümünü (tek bir sunucu yuvasından SAS, SATA ve PCIe®) destekleyen üç modlu bir yapılandırmayla elde edilebilir. Arayüzden bağımsız olarak, SAS ve SATA SSD'ler ve sabit disklerin yanı sıra NVMe™SSD'ler, U.3 tabanlı sunucularda değiştirilebilir ve aynı fiziksel yuvada kullanılabilir. U.3, bir yandan başlangıç depolama yatırımını korurken bir dizi sektör ihtiyacını karşılar.

Endüstri Mücadelesi​

Günümüzün sunucu depolama mimarileri, karma veya katmanlı ortamlara uyum sağlama açısından zorluklarla karşı karşıyadır. Herhangi bir sunucuda depolama, iş yükünün ihtiyaçlarına bağlı olarak çeşitli arayüzlerle yapılandırılmış sabit sürücü ve SSD kombinasyonlarını gerektirebilir. Örneğin bir mühendislik ekibi, geliştirme ortamlarında kodu test etmek için hızlı NVMe sürücülerine ihtiyaç duyabilir. Başka bir çalışma grubu, gelir getirici veritabanları için yüksek kullanılabilirlik ve hata toleransı elde etmek için SAS sürücülerine ihtiyaç duyabilir. Ve başka bir grup, soğuk verileri gerçek zamanlı olarak analiz etmek için kapasitesi optimize edilmiş SATA sürücülerine veya değerli SAS sürücülerine güvenebilir. Uygulama ne olursa olsun, sunucunun bölümleri çeşitli kullanım durumlarına göre bölümlere ayrılabilir.

Sunucu tasarımı açısından U.3 olmadan, OEM'lerin mevcut tüm sürücü arayüzlerini barındırmak için birden fazla arka panel, orta düzlem ve denetleyici geliştirmesi gerekir; bu da müşterilerin seçim yapabileceği çok sayıda SKU ve satın alma seçeneği yaratır.

SAS arayüzü, kurumsal SATA SSD'lerin ve HDD'lerin SAS arka panellerine, HBA'lara veya RAID denetleyicilerine bağlanmasını sağladığında, sürücü birleştirme ileriye doğru ilk adımı attı. Çoğu sunucu, SAS ve SATA SSD'lerin/HDD'lerin aynı sürücü yuvasında kullanılmasına olanak tanıyan SAS HBA'lar veya RAID kartlarıyla birlikte gönderildiğinden, bu yetenek günümüzde de devam etmektedir. SATA sürücüleri SAS sürücüleriyle kolayca değiştirilebilse de NVMe SSD'ler için destek yoktu; çünkü bunlar hâlâ NVMe özellikli bir arka panel kullanan ayrı bir yapılandırmaya ihtiyaç duyuyordu (Şekil 1).



Şekil 1'de SAS, SATA ve PCIe arayüzleri için gereken ayrı arka paneller gösterilmektedir

Sürücü birleştirme stratejisinin bir parçası olarak NVMe SSD'lere yönelik destek son derece önemlidir; çünkü bu dağıtımlar, SAS ve SATA SSD'lere kıyasla sağladıkları önemli performans iyileştirmeleri nedeniyle artış göstermektedir. Kuruluştaki NVMe SSD'lerin birim tüketiminin (hem veri merkezi hem de kurumsal sürümler dahil), 2019 sonu itibarıyla tüm SSD'lerin %42,5'inden fazlasını temsil etmesi bekleniyor3 . İşletmedeki birim tüketim 2021 sonunda %75'in, 2023 sonunda ise %91'in üzerine çıkacak3 . Şu anda, NVMe tabanlı sunucu, altyapı ve RAID denetleyici seçenekleri başlangıç aşamasında olup, birçok veri merkezinin olgun, sağlam bir hata toleransı ve performans düzeyi sağlamak için SAS tabanlı RAID donanımını kullanmaya devam etmesini gerektirmektedir. Doğrudan NVMe depolamaya geçiş için genellikle NVMe'ye özgü bir arka panel ve denetleyici kullanan yeni NVMe özellikli sunucuların satın alınması gerekir.

Üç SSD protokolünün tamamını ortak bir altyapıyla desteklemenin bir sonraki adımı, SFF-8639 Modül spesifikasyonunun geliştirilmesiyle birlikte SFF-8639 konektörünün kullanılabilirliğiyle gerçekleşti. Bu konektör, NVMe SSD'ler için dört adede kadar PCIe şeridini ve SAS/SATA HDD'ler veya SSD'ler için iki adede kadar şeridi destekleyecek şekilde tasarlanmıştır. SFF-8639 Modül spesifikasyonuna uygunluk U.2 olarak belirlenmiştir. SFF-8639 konnektörünün yuva versiyonu, sunucu arka paneline monte edilir ve her üç sürücü arabirimini de desteklemesine rağmen, bölme her ikisi için de hazırlanmadıkça NVMe ve SAS/SATA sürücüleri birbirinin yerine kullanılamaz. NVMe SSD'leri desteklemek için hâlâ NVMe özellikli ayrı bir arka panel gerekiyordu.

Sürücü birleştirme artık U.3'e dönüştü; burada SAS, SATA ve NVMe sürücüleri, üç modlu bir arka panel ve denetleyiciyle kullanıldığında tek bir SFF-8639 konektörü aracılığıyla destekleniyor (Şekil 2) ve ayrıca SFF-8639 Modülüyle de uyumlu spesifikasyonu (U.2). Bu yaklaşım için, yüksek hızlı şeritlerin üç protokolü de destekleyecek şekilde yeniden eşlenmesi dışında aynı 8639 konektörü kullanılır. U.3 spesifikasyonu, çoklu protokolü kabul eden bir cihaz konektörünün pin çıkışlarını ve kullanımını içerir ve (SNIA) SSD Form Faktörü (SFF) Teknik Bağlı Kuruluşu (TA) tarafından geliştirilmiştir . Şartname Ekim 2017'de onaylandı.



Şekil 2, SAS, SATA ve PCIe arayüzleri için U.3 üç modlu evrensel depolama yapılandırmasını göstermektedir

Temel U.3 Bileşenleri​

U.3 üç modlu platform, tek bir arka panel tasarımı ve SFF-TA-1001 spesifikasyonu tarafından tanımlandığı şekilde revize edilmiş kablolamaya sahip SFF-8639 konektörü aracılığıyla aynı sunucu yuvasından NVMe, SAS ve SATA sürücülerini barındırabilir. Platform aşağıdakilerden oluşur: (1) Üç Modlu Denetleyici; (2) SFF-8639 Konektörü (biri sürücü için, diğeri arka panel için); ve (3) Evrensel Arka Panel Yönetim Çerçevesi.

Üç Modlu Denetleyici

Üç modlu denetleyici, SAS, SATA ve NVMe depolama protokollerini destekleyerek ana sunucu ile sürücü arka paneli arasında bağlantı kurar. Bir depolama işlemcisine, önbelleğe ve depolama aygıtlarına bir arayüz bağlantısına sahiptir. Depolama bağdaştırıcısı üç arabirimin tümünü destekler ve üç protokol için elektrik sinyallerini tek bir fiziksel bağlantı üzerinden yönlendirir. Denetleyici içindeki 'otomatik algılama' özelliği, üç arayüz protokolünden hangisine o anda denetleyici tarafından hizmet verildiğini belirler.

Tasarım açısından bakıldığında, üç modlu denetleyici, OEM'lerin SAS ve SATA protokollerine ayrılmış bir denetleyici ve NVMe için farklı bir denetleyici kullanma ihtiyacını ortadan kaldırır. SAS, SATA ve NVMe sürücü protokolleri için ortak bölme desteği sağlayan basitleştirilmiş kontrol sunar. Bu esneklik sayesinde birden fazla sürücü türü, SAS ve SATA SSD'ler/HDD'lerin yanı sıra NVMe SSD'lerle karıştırılıp eşleştirilebilir.

SFF-8639 Konektörü

SFF-8639 konektörü, arka paneldeki belirli bir sürücü yuvasının tek bir kabloya bağlanmasını sağlar, böylece SAS, SATA veya NVMe aygıtına erişim sağlayabilir ve üç modlu ana bilgisayar tarafından yönlendirilen uygun iletişim protokolünü belirleyebilir. SFF-TA-1001 (U.3) spesifikasyonu, pin kullanımını ve yuva tespitini tanımlayarak ve hem NVMe hem de SAS/SATA depolamayı kabul eden bir arka panel yuvası için tasarım yaparken ortaya çıkan ana bilgisayar ve arka panel kablolama sorunlarını ele alarak bileşenleri birbirine bağlar. cihazlar (Şekil 3).



Şekil 3, U.3 üç modlu konektörün gelişimini göstermektedir

SFF-TA-1001 spesifikasyonu, SFF-8639 konektörü üzerindeki üç arayüz tipini, ana bilgisayarın türünü tanımlaması için sinyaller ve aygıtın yapılandırmasını tanımlaması için sinyaller (örneğin, çift bağlantı noktalı PCIe) ile destekler.

U.3, ayrı NVMe ve SAS/SATA adaptörlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak OEM'lerin arka panel tasarımlarını daha az iz, kablo ve konektörle basitleştirmesine olanak tanır. Bu, daha az bileşen içeren arka paneller oluşturmanın yanı sıra OEM sunucu ve bileşen SKU'larının genel olarak basitleştirilmesiyle ilişkili bir maliyet avantajı sağlar. U.3 tabanlı cihazların U.2 ana bilgisayarlarıyla geriye dönük uyumlu olması gerekir.

Evrensel Arka Panel Yönetim Çerçevesi

Evrensel arka panel yönetimi (UBM) çerçevesi, SAS, SATA ve NVMe arka panellerini yönetmek ve kontrol etmek için ortak bir yöntem tanımlar ve sağlar (Şekil 4). Bu da SSD Form Faktörü Çalışma Grubu tarafından onaylanmış SFF-TA-1005 4 spesifikasyonu kapsamında geliştirilmiştir ve arayüz protokolü (SAS, SATA veya NVMe) veya depolama ortamından bağımsız olarak tüm sunucu depolama birimlerinde aynı yönetim çerçevesi sağlar ( HDD'ler veya SSD'ler).



Şekil 4, U.3 arka paneli ve bölme yönetimi için gereken yalnızca bir alanı göstermektedir

Kaynak: Broadcom ® Inc. 5

Yönetim çerçevesi, kullanıcıların SAS, SATA ve NVMe aygıtlarını sürücülerde veya yazılım yığınlarında herhangi bir değişiklik gerektirmeden yönetmesine olanak tanır ve NVMe protokolü ve özellikle U.3 işlemi için önemli olan bir dizi sistem düzeyinde görevi ele alır. Bu yönetim aşağıdaki yetenekleri içerir:

• Tam kasa yuvası konumlarını sağlayın. Bu yetenek için UBM çerçevesi, kullanıcıların değiştirilmesi gereken depolama sürücülerinin nerede bulunduğunu kolayca belirlemesine olanak tanır veya sorun gidermeyle ilgili olarak sürücü yuvaları, kablolar, güç veya sürücülerin kendisiyle ilişkili olabilecek olası sorunları tanımlar.
• Kablo kurulum sırası bağımsızlığını etkinleştirin. Üç modlu yapılandırmadan önce bu yeteneğin sağlanması için, bu yapılandırmalarda toplam kablo uzunluğu son derece önemli olduğundan kullanıcıların belirli sürücü yuvalarına belirli kablolar döşemeleri gerekiyordu. Üç modlu yapılandırmada tüm sürücü yuvalarına çoklu kullanımlı bir kablo bağlanarak bu sorun ortadan kaldırılır.
• Arka paneldeki LED düzenlerini yönetin. UBM çerçevesi, kullanıcıların her sürücüde, sürücü kullanımı, sürücü arızaları, güç vb. dahil olmak üzere sürücü etkinliğine ilişkin görünür bir sinyal sağlayan LED kodlamasını kullanmasını sağlar.
• Güç ve çevre yönetimini etkinleştirin. UBM çerçevesi, yanıt vermeyen bir cihazı kapatıp açmak için ana işleviyle bir yuvaya ve depolama cihazına giden gücü yönetir.
• PCIe sıfırlamalarını etkinleştirin. Veri yolu düzeyinde, PCIe, depolama sürücülerinin normal şekilde çalışıp çalışmadığına bakılmaksızın, PCIe köprüsüne bağlı her cihazı sıfırlar. UBM çerçevesi, kullanıcıların belirli sürücü yuvalarında PCIe sıfırlamalarını etkinleştirmesine ve yalnızca buna ihtiyaç duyan sürücüleri sıfırlamasına olanak tanır.
• Saatli ölçüm modlarını etkinleştirin. PCIe 3.0 ve PCIe 4.0 tarafından sağlanan daha yüksek veri hızları ile saat hızının bu yüksek hızlarda desteklenmesi daha zor hale geliyor. UBM çerçevesi, depolama cihazlarını geleneksel bir PCIe saat ağını kullanacak veya saat sinyallerini doğrudan yüksek hızlı sinyallere yerleştirecek şekilde yapılandırabilir. Gömülü saat sinyalleri, yüksek hızlı sinyalleşmeyle ilişkili elektromanyetik paraziti azaltmada önemli bir etkiye sahip olabilir ve bu da çok esnek saatlemeyle sonuçlanır.

UBM çerçevesi, bir denetleyicinin arka paneli tanımlayarak PCIe hatlarını dinamik olarak bölmesine olanak tanır; böylece U.3 x1, x2 ve x4 kablolama mümkün olur. Aynı zamanda, diğer yan bant sinyallerinden (CLKREQ ve WAKE gibi) gelen tek PERST sinyalini (PCIe sıfırlama) 2×2 ve 4×1 kablolama için birden fazla bağımsız olay halinde kontrol etmenin bir yolunu sağlar. UBM ayrıca 2×2 ve 4×1 kablolama için referans saati (REFCLK) kontrolü sağlar. UBM, kendi başına çalışabilen bir çerçeve olarak tasarlanmış olsa da, UBM uygulandığında U.3'ün tüm gücünün kilidini açar. Nihai sonuç, daha fazla yapılandırılabilirlik ve gerçek sistem esnekliği sağlayan evrensel bir arka panel yönetim sistemidir.

U.3 Platformu ve SSD Kullanılabilirliği

SFF-TA-1001 spesifikasyonunun onaylanmasıyla birlikte, önde gelen sunucu, denetleyici ve SSD satıcılarının bu teknoloji platformunu ileriye taşıyacak çözümler geliştirmesiyle bir U.3 ekosistemi gelişti. Örneğin, üç modlu denetleyicilere ve ilgili arka panellere sahip sunucular, bazı 1. kademe sunucu OEM'leri tarafından uygulanmaktadır. İlk sistem kullanılabilirliğinin, 1. ve 2. katman sunucu OEM'leri ve ardından geniş kanal teklifleri aracılığıyla olması bekleniyor.

Denetleyici açısından bakıldığında çoğu RAID/HBA satıcısı, üç modlu özelliklere sahip ve U.3 işlemini destekleyen denetleyiciler geliştiriyor.

SSD perspektifinden bakıldığında, dört sürücü satıcısı, KIOXIA (eski adıyla Toshiba Memory), Samsung, Seagate ve SK Hynix, Temmuz 2019'da New Hampshire Üniversitesi Birlikte Çalışabilirlik Laboratuvarı'nda düzenlenen başarıyla katıldı. Bu SSD satıcılarından KIOXIA, Flash Bellek Zirvesi 2019'da SFF-TA-1001 (U.3) SSD'leri sergileyen ilk firma oldu.


Büyük verilerin büyümesi ve hızlı verilerin hızlanması, yapay zeka, makine öğrenimi ve hatta soğuk veri analizi gibi yoğun bilgi işlem uygulamalarıyla birleştiğinde, veri depolamada daha yüksek performansa olan ihtiyaç hızla artıyor. Günümüzün uygulama kullanımını, iş yükü boyutlarını, performans ihtiyaçlarını ve kapasite beklentilerini tahmin etmek oldukça zordur, ancak gelecek yılların kullanımını tahmin etmek bu zorluğu yeni bir düzeye taşır.

U.3 üç modlu yaklaşım, aynı SFF-8639 konektörünü kullanan U.2 spesifikasyonunu temel alır. Bu yaklaşım, SAS, SATA ve NVMe desteğini, SAS SSD'lerin/HDD'lerin, SATA SSD'lerin/HDD'lerin ve NVMe SSD'lerin karıştırılıp eşleştirilmesine olanak tanıyan bir UBM sistemi tarafından yönetilen bir sunucunun içindeki tek bir denetleyicide birleştirir. U.3 aşağıdakileri içeren çok çeşitli avantajlar sağlar:

• Depolama için tek arka panel, konektör ve denetleyici
  • Desteklenen her protokol için ayrı bileşenleri ortadan kaldırır
  • Cihazlar arasında çalışırken değiştirmeyi etkinleştirir (cihaz destekliyorsa)
  • Tek sürücü yuvasından SAS/SATA/NVMe desteği sağlar
  • Daha az kablo, daha az iz ve daha az bileşen kullanarak genel depolama maliyetlerini düşürür
  • Daha fazla depolama yapılandırılabilirliği ve gerçek sistem esnekliği sunar
• Yüksek performans
  • U.3 sürücü yuvası 6'da SATA SSD, NVMe/PCIe Gen3 x1 SSD ile değiştirildiğinde %64 daha fazla sürücü yuvası bant genişliği ve IOPS performansı sunar
  • SATA = 0,6 GB/sn aktarım hızı göz önüne alındığında, U.3 sürücü yuvasındaki bir SATA SSD, bir NVMe/PCIe Gen4 x4 SSD ile değiştirildiğinde 13 kat yuva kapasitesi performansı artışı sağlar; x1 PCIe Gen3 NVMe = 0,98 GB/sn; ve PCIe Gen4 NVMe x4 = 7,76 GB/sn 6
• Yönetmek
  • UBM aracılığıyla tüm sunucu depolama protokollerinde aynı yönetim araçlarını sağlar
• Evrensel Bağlantı
  • SAS ve SATA'nın bağlantı avantajlarını NVMe'ye kadar genişletir
  • Protokole özel adaptörlere olan ihtiyacı ortadan kaldırır
  • U.2- (SFF-8639 Modülü) veya U.3- (SFF-TA-1001) uyumlu sürücülerin aynı depolama mimarisinde kullanılmasını sağlar
  • Evrensel bir arka panel ve paylaşılan kablolama altyapısı aracılığıyla sistem maliyetini düşürür
  • Sistem satın alma karmaşıklığını azaltır ("yanlış" arka panel ve depolama adaptörlerini seçme olasılığını ortadan kaldırır)

U.3 platformu bir dizi sektör ihtiyacını karşılıyor: TCO harcamalarını azaltmak, depolama dağıtımlarının karmaşıklığını azaltmak, SATA, SAS ve NVMe arasında uygulanabilir bir değiştirme yolu sağlamak, mevcut U.2 NVMe tabanlı platformlarla geriye dönük uyumluluğu sürdürmek. müşterinin ilk depolama yatırımını korur.

Paylaşım için teşekkürler