一文读懂：下一代企业级SSD外形规格演进及趋势
哈喽，大家好哈，我是老猫。
今天我们来跟大家聊聊企业级SSD。
目前，U.2和M.2接口是数据中心企业级NVMe SSD的主要产品形态。
其中，M.2在1U服务器上使用比较多，而2.5英寸的U.2则在2U服务器上广泛使用，因其可以与原有机械硬盘混合使用，从而具有兼容性强、灵活度高的优势。
但随着国内外服务器形态的规划，数据量的增长速度，性能需求越来越高以及其它长远发展来看，现有的SSD外形规格存在着一些挑战。
为了解决以上挑战，企业与数据中心的固态硬盘外形规格EDSFF规范应运而生，今天我们就来聊聊EDSFF规范和下一代企业级SSD外形规格演进及趋势。
▉ 到底什么是EDSFF？
首先，我们来看一下EDSFF的全称：Enterprise & Data Center SSD Form Factor，直接翻译过来就是企业和数据中心固态硬盘规格。
EDSFF基于英特尔以前的Ruler固态硬盘标准，并由Dell、HP、联想等15家公司共同制定，旨在探索行业需求，并设计出一套新的外形尺寸，满足未来企业架构的要求。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提供了一系列动态的SSD外形尺寸，与现有的固态硬盘外形尺寸相比，其在容量、可扩展性、性能、可维护性、可管理性、散热和电源管理方面具有优势。
得益于此，今天所有的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）。
▉ 为什么需要EDSFF？
看到EDSFF的各种规格，有不少小伙伴都会疑问，U.2或M.2规格的SSD，不是已经在企业级市场得到了广泛验证，为什么要出新的规格呢？
其实，并不是说现有的U.2或M.2外形尺寸已经过时，而是由于服务器技术正在快速发展，必须确保服务器上的每一个硬件，都能满足未来的企业架构要求。
我们知道，今天看到的2.5英寸硬盘外形尺寸是1988年由PrairieTek推出的标准，已经存在多年，并逐渐成为机械硬盘流行的外形规格，并被用在笔记本电脑甚至服务器中。
由于目前2.5英寸外型尺寸并不是专为SSD而设计，这就在当前的使用中带来了诸多问题。
比如，现有2.5英寸SSD的功耗上限是25W，随着现在各种用例对性能的需求越来越高，这样的功率限制急需打破。M.2也遇到了散热方面的挑战，同时 M.2 NVMe固态硬盘也不能热插拔，因为连接器不是为热插拔设计的。
此外，随着物联网和IIoT技术（如边缘计算、机器对机器通信、连续实时视频/音频捕获）的发展，再加上更快的通信协议和更强大的接口（5G、WiFi和GPON），基于传统硬盘格式的存储介质在技术上，难以跟上新的服务器需求以及基于PCIe 5和PCIe 6技术的未来服务器发展步伐。
因此，业界需要一个新的标准，于是一个名叫企业和数据中心标准外形尺寸(EDSFF)的工作组成立，下面就让我们进入E1和E3 EDSFF标准，看看服务器将进入怎样一个时代。
▉ 企业级SSD未来规格和趋势
未来满足企业级市场的需求，EDSFF针对下一代企业和数据中心打造了全新的SSD设计规范，不仅可以在1U服务器上实现PB级的存储能力，更可在2U服务器上获得更加极致的存储性能。
目前，EDSFF分为E1和E3两大系列，每个系列又都分为Short和Long两个版本，并按照不同的厚度和散热配置划分出不同型号，汇总如下：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：
可以看到，EDSFF SSD在常见的20W、25W功率版本的基础上，增加了40W和70W版本，同时，其PCIe Lane数量也在x4的基础上，增加了x8和x16，这些都为企业级SSD实现更高的读写性能打下基础。
接口方面，EDSFF E1、E3使用了相同的金手指，在有着更高信号质量的同时，兼容性也能得到保证。新的服务器背板连接器尺寸更小，可起到简化服务器内部设计，优化风道，增加服务器散热气流的目的。
E1.S：M.2形态的未来演进方向
我们都知道，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：
比如，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。
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，具有尺寸小、部署灵活、可方便扩展等特性。
按照厚度和可配置的运行功率不同，E1.S共分为5个版本，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。
E1.S让企业级NVMe SSD的体积得到大幅缩减，并允许我们在1U服务器中部署更多的硬盘。通常，我们可以在1U服务器的前面板中部署10块U.2或U.3的2.5英寸盘，而在采用9.5mm的E1.S之后，部署数量可以达到32块。
E1.L：完成历史过渡使命
E1.L是E1.S的"加长长长"版本，其设计初衷是打造一款1U服务器可以使用的大容量固态硬盘，主要用于数据中心的冷数据存储。早在2020年，就有基于E1.L的32TB SSD出现，结合1U服务器32盘的部署数量，使得PB/U的存储密度成为现实（即单个1U服务器实现1PB存储容量）。
但容量增大的同时，E1.L也给服务器厂商带来了一些挑战。它实在太长了，318.75mm/12.5英寸的长度会侵占三分之一甚至更多服务器内部空间，而通常服务器的深度只有大约30-36英寸，要求服务器厂商不得不针对E1.L，对服务器进行重新设计。
说实话，E1.L更被看作是一个过渡产品，如今已经完成了其使命。
E3：U.2形态到终极的演进
EDSFF E3是下一代企业级SSD中，尺寸比较接近2.5英寸盘的版本。它分为E3.S和E3.L两个系列，每个系列又分为"1T"和"2T"厚度版本（T代表Thickness）.
目前来看，E3在数据中心1U服务器的使用上体现出巨大的优势，其空间利用率更高，可维护性更强，且散热方面更好。
而且E3中尺寸比较接近U.2/U.3 2.5英寸盘的版本，二者可以共享一个机箱。目前已经有服务器厂商推出了E3的服务器产品，它既可以使用E3.S，也可以使用SAS、SATA、NVMe的2.5英寸盘，实现不同类型硬盘的混合部署。
目前，在新一代的PowerEdge服务器（包括AMD/英特尔平台）上，我们也已经能看到E3 SSD的身影。以新一代的PowerEdge R660为例，获得E3 SSD支持后，存储容量最高可达245TB，足足提升60%。
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。
可以说，EDSFF是对现有SSD的一次革新，更让我们对未来的企业级存储市场充满期待！
▉ 总结
目前，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）。
PCIe5.0后，U.2和M.2可支持的带宽和性能以及电气特性上已经很难达到要求了，切换到E1.S和E3.S是必然趋势。
E1.S是EDSFF标准演进中的最佳选择，它以宽度换长度，共享相同的PCB；为足够满足PCIe Gen5及以上的固态硬盘散热能力，9.5mm、15mm会成为主流选择。
E3.S形态与U.2形态接近，传统的服务器结构更容易兼容设计，可自然过渡到E3形态。E3的额外高度可使用x8、x16的连接器，能提供更多的通道从而支持更大的带宽。2U可以容纳更多的E3.S/1T薄盘数量，密度可以进一步提升。厚盘可以满足更大功耗的要求。