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多盤位Gen4 NVMe SSD系統(tǒng)設(shè)計及Retimer方案優(yōu)勢

電子工程師 ? 來源:雪球 ? 作者:雪球 ? 2020-10-22 09:38 ? 次閱讀

1.NVMe市場前景

自2017年起,PCIe技術(shù)的演進進入了快車道,以應(yīng)對NVMe SSD、面向異構(gòu)計算的硬件加速器及高帶寬網(wǎng)卡等終端設(shè)備對傳輸帶寬和吞吐率迅猛增長的需求。

在數(shù)據(jù)中心存儲應(yīng)用領(lǐng)域,NVMe SSD依托PCIe接口,優(yōu)化了數(shù)據(jù)傳輸路徑并簡化了軟件協(xié)議棧,大幅度降低讀寫延遲并顯著提升了數(shù)據(jù)傳輸帶寬。憑借優(yōu)異的性能,NVMe SSD正在快速替代SATASAS SSD。預計到2025年,企業(yè)級NVMe SSD市占率將超過80%(圖1),并形成U.2、EDSFF和M.2等多種形態(tài)共存的格局。

圖1:NVMe SSD市場展望 (來源: MKW和PCI-SIG)

2. 多盤位NVMe SSD拓撲結(jié)構(gòu),滿足系統(tǒng)容量和讀寫帶寬需求

服務(wù)器的OEM和ODM在系統(tǒng)設(shè)計中,往往需要根據(jù)終端用戶對帶寬、容量和I/O可用性的需求,提供靈活的系統(tǒng)配置能力。

如果NVMe的系統(tǒng)容量和讀寫帶寬是主要考量因素,系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)通常都會包含PCIe擴展卡,以實現(xiàn)多盤位NVMe SSD配置。因為直連的NVMe SSD(1個或2個連接器拓撲)數(shù)量會受到各種因素的制約,包括CPU PCIe接口的物理位置,系統(tǒng)架構(gòu)以及鏈路裕量等。

下圖是某商用服務(wù)器實現(xiàn)多盤位Gen3 NVMe SSD配置的系統(tǒng)架構(gòu)圖,系統(tǒng)使用了3個PCIe擴展卡,每個擴展卡可以支持4個NVMe Gen3 SSD, 全系統(tǒng)能支持最多12個NVMe Gen3 SSD。

圖2: 多盤位Gen3 NVMeSSD配置

3. 多盤位Gen4 NVMe SSD系統(tǒng)設(shè)計及Retimer方案優(yōu)勢

業(yè)界預期,多盤位Gen4 NVMe SSD的配置會繼續(xù)沿用PCIe擴展卡方案(圖3)。該系統(tǒng)鏈路構(gòu)成復雜,包括了CPU、主板PCB、PCIe擴展卡PCB、線纜和SSD等,總插入損耗會顯著超出PCI-SIG規(guī)定的28dB,加上鏈路中多個連接器和過孔等帶來的反射和串擾等影響,從而進一步壓縮鏈路預算空間,給系統(tǒng)的信號完整性設(shè)計來帶來嚴峻的挑戰(zhàn),高性能的可靠鏈路擴展解決方案已成為迫切的需求??赡艿慕鉀Q方案包括升級主板PCB板材,使用Redriver和Retimer等。

圖3: 使用PCIe擴展卡的NVMe SSD系統(tǒng)鏈路

升級主板PCB板材可以滿足某些應(yīng)用場景的需求,但成本高昂。與Redriver相比較,PCIe Retimer 憑借其高性能、標準化和生態(tài)系統(tǒng)支持、全面的合規(guī)性測試和開放系統(tǒng)互連等優(yōu)勢,正在成為主流的鏈路擴展解決方案。

表1:Retimer 和Redriver 對比

4. 瀾起科技PCIe Gen4 Retimer + 三星PM1733解決方案

4.1 案例分析

瀾起科技和三星公司聯(lián)合推出了基于瀾起科技PCIe Gen4 Retimer和三星公司Gen4 NVMe SSD(PM1733)的方案(圖4),應(yīng)對PCIe Gen4 NVMe SSD系統(tǒng)設(shè)計中遇到的信號完整性設(shè)計挑戰(zhàn)。

通過使用搭載瀾起科技Gen4 Retimer的PCIe擴展卡,確保了RC-Retimer和Retimer-SSD間的鏈路預算符合規(guī)范要求,并進一步消除了串擾和反射等不良因素的影響,確保系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。

圖4:瀾起-三星 多盤位Gen4 NVMeSSD解決方案及鏈路預算

4.2 鏈路穩(wěn)定性和讀寫性能測試

瀾起科技和三星公司聯(lián)合在主流Gen4服務(wù)器平臺對該方案進行了長時間的綜合鏈路測試(包括反復建鏈、熱復位、切速等),測試結(jié)果令人滿意(表3)。雙方進一步的基于FIO的系統(tǒng)讀寫性能測試表明,使用Retimer后三星PM1733讀寫性能與基準性能均保持了很好的一致性,符合規(guī)格需求(表4)。

表3: 綜合鏈路穩(wěn)定性測試

表4: 系統(tǒng)讀寫性能測試

5. 總結(jié)

瀾起科技與三星推出的基于瀾起科技PCIe Gen4 Retimer(M88RT40816和M88RT41632)和三星Gen4 NVMe SSD(PM1733)的解決方案,充分保障了系統(tǒng)信號完整性。通過在主流Gen4 平臺上的驗證測試表明,系統(tǒng)鏈路穩(wěn)定,讀寫性能符合預期。

該方案是多盤位PCIe Gen4 NVMe SSD部署中,兼顧服務(wù)器OEM、ODM和終端用戶對系統(tǒng)容量、讀寫帶寬和靈活拓撲需求的理想選擇。面向未來的PCIe Gen5應(yīng)用,該方案將持續(xù)演進,預期將獲得更加廣泛的采用。
責任編輯人:CC

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原文標題:聽ODCC說:PCIe 4.0時代服務(wù)器多盤位NVMe系統(tǒng)設(shè)計

文章出處:【微信號:gh_8b7def2187d8,微信公眾號:瀾起科技】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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