Com o rápido desenvolvimento de negócios como a computação em nuvem, big data, inteligência artificial e virtualização, os centros de dados têm uma procura cada vez maior de armazenamento de alta capacidade, alto desempenho e alta densidade. O armazenamento tradicional Unidades de estado sólido (SSDs) utilizados em servidores ou dispositivos de armazenamento - como o M.2 comuns nos PCs de consumo, ou as SSDs U.2/U.3 de 2,5 polegadas comuns nas empresas/servidores - estão a ter dificuldades em satisfazer os requisitos abrangentes dos centros de dados da nova geração em termos de desempenho, densidade, refrigeração e manutenção. Para resolver essas limitações, nasceu um novo padrão projetado especificamente para ambientes empresariais e de data center: EDSFF.
O que é a EDSFF?
O nome completo de "EDSFF" é "Enterprise and Datacenter Standard Form Fator". Ao unificar as especificações de tamanho mecânico (fator de forma) e de interface (conetor/pino/alimentação/sinal), a EDSFF permite que as SSD de diferentes fabricantes e com diferentes especificações (tamanho/alimentação/layout) sejam utilizadas de forma intercambiável em chassis, bastidores e backplanes de servidores normalizados, simplificando assim a conceção, implementação e manutenção do sistema. Resumindo, a EDSFF é uma "nova forma de corpo e um novo padrão de interface" para SSDs feitos sob medida para centros de dados modernos e ambientes de armazenamento corporativo, considerando tanto o alto desempenho quanto a densidade, o resfriamento, a escalabilidade e a conveniência operacional.
Tipos de EDSFF
A EDSFF não é uma especificação única, mas uma "família". Atualmente, existem duas séries principais: E1 e E3. Cada série tem ainda factores de forma curtos e longos (sufixos .S e .L). Esta conceção multi-especificação tem como objetivo cobrir as necessidades de diferentes tipos de sistemas de servidor/armazenamento. Seguem-se as principais especificações e as suas utilizações e caraterísticas adequadas:
Série E1: SSDs do tipo "Ruler" para armazenamento de alta densidade e alta escalabilidade
E1.S:Este é o mais pequeno da série E1. Utiliza montagem vertical, adapta-se a chassis 1U (servidores de rack padrão com uma altura de cerca de 1U), utiliza pistas PCIe x4 e é compatível com o protocolo NVMe. Em comparação com o M.2 tradicional, é mais adequado para utilização em centros de dados, uma vez que proporciona um melhor design de arrefecimento e uma maior densidade de armazenamento. O formato E1.S é tipicamente compacto, mas, sendo concebido para servidores, permite instalar um maior número de unidades num chassis de 1U, alcançando uma elevada densidade de armazenamento. Por exemplo, alguns fabricantes indicam que é possível colocar 6 a 12 SSDs E1.S num chassis de 1U. Com base neste design, o E1.S é particularmente adequado para cenários de aplicação em que "o espaço é limitado, mas se pretende uma elevada densidade de armazenamento", como o armazenamento em nuvem em grande escala, sistemas de armazenamento scale-out ou configurações de servidor de ponta/alta densidade.
E1.L:Esta é a versão "longa" da série E1, também conhecida como a especificação "régua". O seu comprimento é muito superior ao do E1.S (cerca de três vezes mais longo), pelo que pode acomodar mais chips flash NAND, proporcionando uma maior capacidade. O E1.L é muito vantajoso para situações em que se pretende implementar um armazenamento maciço num único bastidor de servidor. O objetivo do design do E1.L é maximizar a capacidade de armazenamento por bastidor. Em algumas configurações, o uso do E1.L pode atingir níveis surpreendentes de capacidade de armazenamento bruto por unidade de rack. Portanto, o E1.L é muito adequado para infra-estruturas de armazenamento de grande capacidade, como grandes clusters de armazenamento distribuído, armazenamento a frio, sistemas de arquivo ou ambientes de centro de dados que exigem SSDs de alta densidade e alta capacidade.
De um modo geral, a série E1 inclina-se mais para o objetivo de "alta densidade, alta capacidade, alta escalabilidade, alta utilização do bastidor".
Série E3: Para ambientes de servidores empresariais e de uso geral de alto desempenho
E3.S:O tamanho desta especificação é semelhante ao dos SSD tradicionais de 2,5 polegadas (por exemplo, U.2), o que facilita a adaptação a servidores que já dispõem de baías de unidade e backplanes de 2,5 polegadas. O E3.S suporta designs mais largos, as larguras comuns incluem largura simples (cerca de 7,5 mm) ou largura dupla/espessura dupla (por exemplo, 16,8 mm), para se adaptar a diferentes necessidades de energia, arrefecimento e capacidade. Uma vez que mantém um tamanho semelhante aos formatos tradicionais e adopta o design da interface EDSFF, o E3.S é uma "modernização" dos SSD U.2/U.3 mais antigos em ambientes de servidores empresariais tradicionais. Equilibra o desempenho, o arrefecimento e o controlo de energia. O E3.S é adequado para servidores empresariais que pretendem melhorar o desempenho, a largura de banda e a estabilidade sem modificar significativamente as estruturas do chassis e do bastidor do servidor. Para cargas de trabalho tradicionais, como computação empresarial, bases de dados, virtualização e matrizes de armazenamento, oferece um caminho de atualização suave.
E3.L:Esta é a maior especificação "longa, grande e de elevada capacidade" da série E3. Em comparação com a E3.S, pode fornecer um orçamento de energia mais elevado (algumas especificações suportam uma fonte de alimentação de até 70W), acomodando assim mais chips flash e aumentando a capacidade e o desempenho. Este tipo de SSD é normalmente utilizado em servidores 2U ou em ambientes com elevadas exigências em termos de capacidade e desempenho. Para aplicações empresariais que requerem elevado desempenho, E/S simultânea elevada e armazenamento de grande capacidade (como grandes bases de dados, caching de alta velocidade, plataformas de IA/big data/análise, pools de armazenamento virtualizados, etc.), o E3.L oferece uma opção que equilibra o desempenho moderno com a compatibilidade tradicional.
Em resumo, a série E3 está mais vocacionada para ambientes de servidores tradicionais de empresas/usos gerais - se não procura a máxima densidade/escalabilidade, mas pretende um melhor desempenho, um arrefecimento mais fiável e uma maior capacidade na infraestrutura existente, o E3 seria uma escolha mais adequada.
Objetivo da conceção e vantagens do EDSFF
A utilização de EDSFF em vez das especificações SSD tradicionais (como M.2, U.2/U.3) oferece muitas vantagens importantes. Aqui estão os principais pontos e por que eles são cruciais para os centros de dados.
Densidade de armazenamento e escalabilidade melhoradas
Os SSDs tradicionais de 2,5 polegadas (U.2) ou SSDs M.2 enfrentam frequentemente problemas como espaço insuficiente no rack, número limitado de compartimentos de unidade e backplanes e escalabilidade restrita quando se trata de implementações de armazenamento em grande escala. A EDSFF redesenha o fator de forma e o método de ligação dos SSD, permitindo a instalação de mais SSD no mesmo espaço ou em menos espaço. Por exemplo, utilizando a série E1 (especialmente a E1.L), pode ser colocado um grande número de SSD por unidade de bastidor, aumentando significativamente a capacidade de armazenamento bruta por bastidor. Além disso, como o EDSFF usa uma interface padrão unificada, SSDs de diferentes fabricantes, modelos e especificações podem ser misturados e implantados. Para os centros de dados, isto significa que a expansão e as actualizações não requerem alterações de infraestrutura em grande escala, oferecendo maior flexibilidade e rentabilidade.
Melhor arrefecimento e eficiência energética
O arrefecimento é um problema importante para as SSDs em ambientes de servidores e centros de dados de alta densidade, alto desempenho e longa duração. O sobreaquecimento pode levar à diminuição do desempenho, à redução da vida útil do dispositivo e até à instabilidade. O design da EDSFF tem em conta o arrefecimento e a ventilação desde o início - especialmente a série E1 utiliza frequentemente a montagem vertical, que é mais adequada para o design do canal de fluxo de ar do servidor, melhorando assim a eficiência do arrefecimento. Além disso, a EDSFF oferece um suporte de fornecimento de energia mais forte. Algumas especificações (como a série E3) permitem fontes de alimentação até 70 watts (W), enquanto os SSDs tradicionais de 2,5″ normalmente suportam níveis de potência muito inferiores. Para aplicações de centro de dados com alta carga sustentada, alto IOPS e alto acesso simultâneo, um bom gerenciamento térmico e suporte de energia são essenciais. Estas vantagens da EDSFF asseguram a estabilidade e eficiência da SSD sob cargas pesadas e funcionamento a longo prazo.
Maior desempenho e largura de banda, suportando protocolos futuros
Os centros de dados modernos e o armazenamento empresarial têm exigências crescentes em termos de largura de banda, concorrência, latência e débito. O EDSFF normalmente usa o protocolo PCIe + NVMe, que se tornou o padrão principal para o armazenamento moderno de alta velocidade. Em comparação com o SATA tradicional ou interfaces mais antigas, o PCIe + NVMe oferece uma largura de banda muito maior e uma latência menor. Mais importante ainda, uma vez que a norma de interface EDSFF é unificada e permite maior potência e suporte de mais pistas, proporciona uma boa base para novas gerações de PCIe (por exemplo, PCIe Gen5, Gen6) e potencialmente novos tipos de dispositivos de armazenamento/aceleração/computação/CXL. Ou seja, a EDSFF não só é adequada para os actuais SSD, como também deixa espaço e normas para futuros dispositivos híbridos como "armazenamento + acelerador + armazenamento computacional".
Melhor capacidade de manutenção e assistência técnica
Para centros de dados empresariais, funções como manutenção, substituição, expansão e hot-plug ou hot-swap de equipamento são muito importantes. A EDSFF é normalmente concebida para suportar hot-swap, possibilitando a substituição de SSDs sem desligar o servidor ou afetar as operações. Este facto melhora consideravelmente a eficiência operacional dos centros de dados. Em combinação com normas unificadas e compatibilidade, os SSD de diferentes fabricantes, lotes, capacidades/especificações podem ser permutáveis, o que é muito conveniente para armazenamento distribuído e clusters heterogéneos.
Cenários adequados para o EDSFF
Com base na filosofia de conceção e nas vantagens da EDSFF, podemos resumir vários cenários de aplicação típicos particularmente adequados para a EDSFF:
Armazenamento em nuvem em grande escala / Armazenamento em escala reduzida:Para fornecedores de serviços em nuvem, alojamento em nuvem, armazenamento de objectos, armazenamento em camadas (dados quentes/frios), etc., em que é necessário instalar o maior número possível de dispositivos de armazenamento num espaço limitado, procurando uma elevada densidade de armazenamento, elevada fiabilidade e elevada escalabilidade. A série E1 (especialmente a E1.L) é muito adequada.
Computação de alto desempenho / Alta simultaneidade / Alto IOPS / Cargas de trabalho com uso intensivo de dados:Tais como bases de dados, análise de grandes volumes de dados, processamento de registos em tempo real, formação e inferência de IA/ML, virtualização, implementação densa de contentores/VM, armazenamento em cache/middleware, etc. A série E3 (especialmente E3.L/E3.S) pode fornecer excelente largura de banda, estabilidade e resfriamento para esses cenários - especialmente ao atualizar a infraestrutura SSD tradicional de 2,5 ″ existente sem redesenhar completamente as estruturas de chassi / rack.
Elevada capacidade de manutenção / Elevada capacidade de serviço / Ambientes operacionais de grande escala:Para empresas e centros de dados com um grande número de dispositivos que requerem substituição frequente, expansão e utilização mista, as funcionalidades de troca a quente, modularidade e normalização do EDSFF são muito importantes. Ajuda a poupar tempo de manutenção e a reduzir a complexidade operacional.
Futura implementação híbrida/heterogénea (Armazenamento+Computação+Acelerador+CXL):Com o desenvolvimento de arquitecturas de armazenamento + aceleração + computação (por exemplo, armazenamento computacional; expansão de memória CXL; aceleradores baseados em NVMe/cartões de rede/SmartNICs/FPGAs/aceleradores de IA, etc.), a interface universal, a elevada largura de banda, o suporte de alta potência e o conetor normalizado da EDSFF fazem dela uma plataforma ideal. Por outras palavras, mesmo que sejam SSDs agora, poderão ser outros dispositivos no futuro, sem necessidade de grandes modificações nos servidores/racks/backplanes.
Em resumo, a conceção e as caraterísticas do EDSFF tornam-no particularmente adequado para centros de dados modernos orientados para o "futuro, escalabilidade, intensidade de desempenho e facilidade de funcionamento".
Comparação entre EDSFF e SSDs tradicionais
Para compreender melhor as vantagens do EDSFF, vamos compará-lo com as especificações tradicionais dos SSD (M.2, 2,5″ U.2/U.3) em várias dimensões fundamentais:
Forma e método de instalação
As SSD M.2 tradicionais destinam-se a PCs e dispositivos de clientes, são pequenas e normalmente inseridas horizontalmente na ranhura M.2 da placa-mãe. Adequadas para aplicações ligeiras, mas não para implantação em servidores/rack de alta densidade. As SSD U.2/U.3 tradicionais de 2,5″ destinam-se a servidores e armazenamento empresarial, mas estão limitadas pelo número de compartimentos de unidade de 2,5″ e ranhuras de placa posterior, bem como pelas capacidades de alimentação, arrefecimento e expansão.
O EDSFF (E1/E3) redesenha a "forma do corpo + interface + método de instalação" do SSD. Por exemplo, o E1.S pode ser montado verticalmente na parte frontal de um servidor 1U, o E1.L pode ser alongado para maior capacidade, o E3.S/E3.L mantém uma largura semelhante à dos tradicionais 2,5″, mas utiliza interfaces e designs de arrefecimento mais avançados. Esta remodelação torna os SSD mais adequados para a implementação a nível de bastidor e de centro de dados.
Desempenho, largura de banda e suporte de energia
A interface e o design de energia dos SSD tradicionais são frequentemente limitados (especialmente em termos de arrefecimento e orçamento de energia), incapazes de suportar cargas de trabalho em grande escala, com elevada simultaneidade, largura de banda e IOPS elevados de empresas/centros de dados. O EDSFF suporta interfaces PCIe + NVMe e permite maior potência (algumas especificações até 70W), ao mesmo tempo que suporta mais pistas, o que significa maior largura de banda, menor latência e saída de desempenho mais estável. Isso é muito importante para cenários de alta E/S, como bancos de dados, big data, IA/ML e virtualização.
Densidade e escalabilidade
Ao utilizar SSDs tradicionais de 2,5″/U.2, a expansão do servidor e do sistema de armazenamento é limitada pelo número de compartimentos de unidades e backplanes. Para implementações em grande escala, isto ocupa muito espaço físico ou requer vários bastidores, reduzindo a utilização do espaço. O EDSFF, especialmente a série E1, pode acomodar mais unidades no mesmo espaço ou até num espaço mais pequeno, aumentando assim a densidade de armazenamento por bastidor. Combinada com a sua interface normalizada e conetor universal, que permite a implementação mista de SSD de diferentes fabricantes e especificações, a expansão torna-se mais flexível e económica.
Arrefecimento / Gestão térmica / Fiabilidade / Manutenção
As SSD tradicionais são propensas a problemas de arrefecimento, energia e estabilidade em implementações de alta densidade ou sob carga elevada. O design da EDSFF tem em conta o arrefecimento e a estabilidade em aspectos como a forma física, a ventilação, o método de instalação e o orçamento de energia. Também suporta hot-swap/hot-plug, facilitando a manutenção e a substituição. Para centros de dados que funcionam 24 horas por dia, 7 dias por semana, com um grande número de dispositivos, esta facilidade de manutenção é muito importante.
Compatibilidade futura e potencial de expansão
As especificações tradicionais estão mais direcionadas para os actuais SSD e as actualizações (por exemplo, aceleradores/CXL/novo armazenamento/armazenamento computacional) deparar-se-iam com limitações de interface, compatibilidade e disposição. A EDSFF foi concebida para o futuro: as normas de interface unificadas, os conectores universais, o suporte suficiente de potência e largura de banda e as disposições de elevada densidade/elevada escalabilidade tornam-na muito adequada para futuras novas formas de hardware de armazenamento/aceleração/computação/híbrido.
Por conseguinte, pode dizer-se que a EDSFF é uma evolução e otimização abrangentes dos SSD tradicionais em termos de "fator de forma + interface + arquitetura do sistema + comodidade operacional + capacidade de expansão + suporte de desempenho". Para a moderna infraestrutura de armazenamento de centros de dados/empresas, representa a norma da "próxima geração".
Limitações do EDSFF
Embora a EDSFF tenha vantagens óbvias, não é uma solução universal. É mais adequado para ambientes de grande escala, alta densidade e alto desempenho, como centros de dados e nuvem, e não é adequado para consumidores comuns. Eis algumas limitações ou âmbito de aplicação a ter em conta:
Requisitos para Chassis/Rack/Backplane:Para utilizar a EDSFF, o servidor/chassis/placa traseira deve suportar as especificações correspondentes. Para servidores tradicionais, PCs de consumo, NAS comuns ou dispositivos de secretária, a compatibilidade é improvável. Atualmente, o ecossistema destina-se principalmente a empresas/centros de dados:Em comparação com a popularidade dos SSD M.2/2.5″ no mercado de consumo, o fornecimento, a compatibilidade e o equipamento de apoio para EDSFF continuam a centrar-se principalmente nas empresas, centros de dados, nuvens, etc. Não é prático, nem muito necessário, que os consumidores em geral comprem e utilizem SSD EDSFF por si próprios. Custo e complexidade:Os designs de alta densidade, alta potência, alta capacidade de arrefecimento e alta fiabilidade implicam frequentemente custos mais elevados. Para implementações em pequena escala e utilização normal (como armazenamento leve, ambientes de trabalho, utilização em casa/escritório), as SSD tradicionais são frequentemente mais económicas e convenientes. Claramente orientado para um objetivo:Muitas concepções de EDSFF (alta densidade, alta capacidade, alta largura de banda, alta E/S, alta simultaneidade) têm como objetivo a implementação de hardware híbrido/empresarial/centro de dados/nuvem/armazenamento em grande escala. Para cenários como jogos, trabalho diário de escritório, armazenamento leve e cópia de segurança simples, estas vantagens podem ser completamente desnecessárias.
Por conseguinte, a utilização da EDSFF deve ser decidida com base nas necessidades reais, no orçamento, na infraestrutura de hardware e na escala de implantação. Para ambientes de grande escala, alto desempenho, alta densidade e alta expansão, é ideal; para utilizadores comuns/implantações de pequena escala, pode ser um caso de "não poder utilizar as vantagens e causar problemas".
O EDSFF não é apenas uma mudança no fator de forma do SSD; é um conjunto de soluções de armazenamento de alta densidade, elevado desempenho, normalizadas, facilmente escaláveis e de fácil manutenção, concebidas para centros de dados modernos. Pode fornecer maior capacidade e maior largura de banda num espaço limitado, ao mesmo tempo que melhora a refrigeração e a gestão de energia, aumentando a estabilidade do sistema e a eficiência operacional. Para grandes empresas, computação em nuvem e ambientes de computação de alto desempenho, a EDSFF representa a futura direção de desenvolvimento da infraestrutura de armazenamento, enquanto as SSD tradicionais continuam a ser adequadas para computadores de secretária e implementações de pequena escala.
