儲存月報第22期：新世代伺服器SSD規格大對決：Intel EDSFF vs. 三星NF1

隨著TLC、QLC、3D堆疊等新式NAND Flash記憶體技術的誕生，SSD的儲存密度便急速增長，外型規格（Form Factor）逐漸成為制約SSD儲存密度的一個因素。

SSD剛問世時，為了便於應用在既有的伺服器與儲存設備上，大多沿用了既有的1.8吋、2.5吋與3.5吋硬碟外型規格，但兩種儲存媒體的本質不同，外型規格的影響也有異。

硬碟的2.5吋與3.5吋外型尺寸規格，是基於圓形的硬碟碟片直徑而設定，但SSD沒有碟片與機械裝置，純粹是由晶片與電路板所構成，理論上可以製成各式各樣的形狀，以配合不同的安裝環境，而且只要提供更多的電路板面積，就能布置更多記憶體晶片，提高SSD可用容量。因此沿用2.5吋或3.5吋硬碟外型規格的做法，雖然便於讓SSD進入既有的IT環境，卻也限制了SSD的使用彈性與容量提升。為了充份發揮SSD的特性，一直以來有廠商嘗試擺脫硬碟外型規格給SSD帶來的桎梏。

在消費端SSD方面，從7、8年前開始，以Apple為首的廠商便捨棄了常見的1.8吋與2.5吋規格，為輕薄型筆記型電腦與平板電腦，引進專門設計的長條型SSD模組卡，後來這條路線演變為標準化的mSATA與M.2規格SSD模組卡，成為行動運算裝置的標準內接式SSD規格。

在企業端SSD方面，早在10年以前，便有TMS與Violin Memory等廠商，捨棄標準的2.5吋規格不用，依自身構想打造專門針對快閃記憶體最佳化的專屬SSD模組，包括專屬的PCIe傳輸介面，與長條狀的外型規格，以獲得更大的儲存空間與效能，後來併購TMS的IBM，以及HDS等大廠，以及Skyera等新創廠商，都延續了這條專屬規格SSD模組的路線。然而這些SSD雖然透過專屬規格，擺脫了2.5吋規格限制，獲得更大的容量與效能，但專屬規格也限制了這類SSD的應用範圍，各廠商自行其是，遲遲沒有出現通用的標準化規格。

到了去年的Flash Memory Summit 2017大會中，開始有廠商聯盟試圖推動新的尺型伺服器SSD規格，為企業端的伺服器與儲存設備應用，提供儲存密度更高，專門針對快閃記憶體特性最佳化的新一代企業級SDD外型規格，包括Intel主導的EDSFF，以及三星主導的NF1兩種。

Intel的EDSFF

EDSFF是企業與資料中心SSD外形規格（Enterprise and Datacenter SSD Form Factor）的縮寫，由Intel主導，成員包括Dell EMC、HPE、Facebook、Lenovo與三星等大廠。

EDSFF 在2017年8月發布時，一開始是提供稱作Ruler的長尺版本SSD規格，後來在2018年2月時，另外推出長度只有前者1/3的短尺版本SSD規格，形成「1U長型」與「1U短型」兩種版本。1U是指兩種SSD豎起來時的高度符合1U規格（1.75吋/44.5mm），能透過熱抽換磁碟槽，以豎立方式安裝在1U機架式機箱正面。

兩種ESDFF均採用基於PCIe 3.1×4的NVMe介面，連接頭規格是新的SFF-TA-1002。1U長型的Ruler規格，長度較1U短型長了近3倍（325mm對111mm），高度也略高（38.6mm對31.5mm），可容納的晶片數量差了4倍（48對12），不過也占用更大的機箱空間。

目前Intel已在2018年2月發表的DC P4500系列SSD中，提供1U長型的Ruler規格款式，有4TB與8TB兩種容量。至於1U短型規格，目前仍只見到原型，尚未實際上市。

在搭配EDSFF的伺服器方面，Supermicro已推出搭配1U長型Ruler SSD的1U JBOD儲存櫃，以及1U二路伺服器產品。營邦（AIC）在今年的Computex會場，也展出搭配1U短型EDSFF SSD的伺服器原型。

AIC攤位展出的Intel的EDSFF規格 SSD模組，包括前方較短的「1U短型」與後方較長的「1U長型」兩種

採用EDSFF 1U長型SSD規格的Supermicro SSG-136R-NR32JBF JBOD儲存櫃，1U機箱內可容納32條這種稱為Ruler的SSD模組。

三星的NF1 SSD

三星除了參與Intel的EDSFF聯盟外，自身也發展了類似的尺型SSD規格，在2017年8月發表稱為次世代小尺寸規格（Next Generation Small Form Factor，NGSFF）的規格提案，後來有時也被稱為M.3，目前則定名為NF1。

NF1的尺寸與Intel EDSFF的1U短型規格十分相近，但傳輸介面採用基於PCIe 3.0×4的NVMe，連接頭為M.2（pin腳信號規格有所更動），更像是一種尺寸較大的M.2 SSD。

三星已發表採用NF1規格的SSD產品PM983 NF1，有3.84TB、7.68TB、15.36TB等3種容量可選，威剛也曾展出NF1 SSD原型產品。在搭配的伺服器方面，Supermicro與AIC也都推出了採用NF1規格的1U伺服器產品。

特別的是，除了搭配專門設計的新伺服器機箱外，三星也提出了透過轉接，讓現有伺服器使用NF1 SSD的方式，包括3種轉接方式——轉接為半高PCIe介面卡（容納1張NF1 SSD），轉接為全高PCIe介面卡（容納2張NF1 SSD），以及轉接到2.5吋U2介面（容納2張NF1 SSD）。

Supermicro攤位展出的三星NF1 SSD模組，看起來就像是放大版的M.2 SSD。

搭配NF1 SSD模組的Supermicro SSG-1029P-NMR36L伺服器，1U機箱內可容納36組NF1 SSD。

未來發展有待觀察

無論Intel EDSFF，還是三星NF1，都是以提高伺服器SSD儲存密度為訴求。以Supermicro與AIC搭配這兩種SSD的伺服器為例，可在1U伺服器內容納36臺三星NF1或Intel EDSFF短版SSD，或是32臺Intel EDSFF長版Ruler SSD。以每臺SSD容量8TB與16TB為基準，等於可在1U空間提供288與576TB容量。

若換成標準的2.5吋規格SSD，1U空間最多只能容納10～12臺。也就是說，EDSFF與NF1可讓伺服器儲存密度提高3倍，豎立式安裝方式也有較佳散熱效率，但又保有與傳統伺服器相同的機箱正面抽換磁碟槽便利性。

不過EDSFF與NF1這兩種新式SSD規格的推廣，還面臨幾個問題。

首先，目前普遍通行的伺服器機箱必須重新設計，修改與更換前端磁碟模組與背板，才能搭配EDSFF與NF1規格SSD。

其次，標準的2.5吋與3.5吋規格SSD，還有很大的容量發展潛力，依靠快閃記憶體晶片技術的進步，也能顯著提高容量，進而提高伺服器儲存密度，而不需改用全新的EDSFF與NF1規格SSD，以致連帶必須更換新伺服器機箱。30TB容量的2.5吋SSD與100TB容量的3.5吋SSD產品，都已在今年初上市，可在1U空間提供360TB與400TB容量，並不比EDSFF與NF1遜色多少。

而且2.5吋規格SSD的電路板面積，比起短版EDSFF或NF1還高了2倍，單一SSD模組上可容納更多記憶體晶片，一定程度抵銷了後者外型尺寸小、空間密度較高的優勢。

第三，透過新規格SSD提高儲存密度後，也為伺服器的PCIe架構設計帶來新的挑戰。在單一機箱內要容納32或36臺EDSFF與NF1 SSD，將會占用多達128與144條PCIe lane，伺服器主機板也需要相應的調整才能搭配。

最後，EDSFF或NF1兩種規格彼此定位重疊，尤其是短版EDSFF與NF1之間更是非常類似，最終應該只會有其中一種留存下來，使得這類新規格SSD的未來發展，帶有不確定性。

就目前來看，三星NF1 SSD的容量規格較高，連接頭沿用M.2規格，有助於降低導入成本；不過Intel為EDSFF設定了更大的發展餘裕，其SFF-TA-1002連接頭可從目前使用的PCIe 3.1×4，提高到×8、×16，甚至有使用PCIe 4.0、PCIe 5.0規格的潛力，另外，EDSFF聯盟的支持者也比較多。