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繼上次介紹過M.2規格家族裡最「小」的 BGA SSD 之後,現在改介紹同家族規格中最「大」的SSD,也就是我們這次的主角:NF1 SSD。

M.2最大的規格為Type 22110,也就是22 x 110 mm,但這次介紹的這款NF1規格SSD (俗稱M.3),其面積又更大了,以這次介紹的Samsung NF1 PM983 NVMe SSD為例,面積達30.5 x 110mm,稍微比M.2「胖」一點,但這款SSD無論是在效能上、耐用度、溫度控制上,都有非常優異的表現。


▲ NF1 SSD現身! 搭配半高PCIe轉換卡的樣子


▲ NF1 (俗稱M.3),可搭配NF1插槽,或這種專屬M.3轉換卡使用

 

NGSFF NF1 SSD: 取得M.2U.2之間的平衡

NF1是Samsung於Flash Memory Summit 2017,針對新世代數據中心級所提出的SSD規格,原先叫做NGSFF (Next Generation Small Form Factor,次世代小尺寸規格),後來俗稱M.3規格,後來正式定名為NF1。推出此規格的主要用意,就是要在M.2 (體積小)與U.2 (高容量)之間取得最佳平衡,建構出能提供最佳品質與最高效能的SSD規格,能適合在1U伺服器使用,並可符合企業的RAS (可靠性、可用性、可維護性) 的需求。

在下方的簡報可以看出,NF1 (NGSFF)擁有三大優勢:

  1. NF1擁有更大PCB面積,SSD容量可達M.2的2~4倍
  2. NF1沿用2的腳位,增加企業碟的新特色(雙通道選項/12V/電源關閉)
  3. NF1可支援伺服器前端碟的熱插拔功能 (M.2無法熱插拔)

 


▲ Samsung於Flash Memory Summit 2017提出的NF1 (NGSFF)的簡報,說明NF1的三大優勢

有關於第三點,可參考下方簡報,這部份只要有伺服器廠商支援推出NF1專用磁碟插槽的話,那麼就可以做到更小的空間、塞入更多的SSD。下圖顯示,1U伺服器也能支援到高達36 x2個NF1 SSD bay數,以提供更高的存取空間。

 


▲ Samsung於Flash Memory Summit 2017提出的NF1 (NGSFF)的簡報,說明NF1可讓1U伺服器達到更多的槽數

雖說NF1沿用M.2的接腳,但在定義上則有些不同。包含一些M.2原先未定義(NC)的腳位,被NF1拿來使用,還有為滿足雙電位的設計,一些腳位定義也有些改變(參考下圖)。因此NF1是無法拿到一般M.2的插槽上使用的。還有就是,NF1的工作電壓為3.3V、12V,相較於M.2的1.8V、3.3V高一些,但此供電設計可滿足企業碟所需,且供電也更穩定,可提升整體運算與儲存效能。


▲ NF1 (右)與M.2 Key M (左)的腳位定義不同(圓圈處)

 

特別客串: EDSFF規格,如尺形的SSD

既然提到了NGSFF (NF1)規格,那麼就不得不提一下Intel主導的EDSFF規格,於自家Innovation Day 2018發表。「你們其他人要小,我偏要大!」Intel EDSFF (Enterprise and Datacenter SSD Form Factor)從字義上就可以得知,是專為企業與數據中心所打造的SSD規格,跟Samsung的NGSFF (NF1)對打。


▲ EDSFF 短版和長版的外型,適合1U伺服器

EDSFF有分成Short版本與Long版本,皆是1U規格,前者(E1.S)面積大約31.5~33.75 x 111mm (只比NF1的30.5 x 110mm稍微大一點點)。而後者(E1.L)又俗稱Ruler,外型像長尺,體積為38.6 x 325.35 x 9.5mm,兩者都採用SFF-TA-1002連接器規格。


▲ EDSFF 與其他規格SSD的大小比較

然由於EDSFF的長版(Ruler) SSD,必須搭配特別設計的伺服器才能使用;至於短版的又跟NF1太接近,且採用新的連接頭,必須搭配特別的轉卡/轉板才可使用,因此,以當前伺服器的擴充應用來說,NF1的規格會比較實用一些。

 

使用NF1 SSD的場合與優勢

NF1規格SSD由於擁有更寬大的PCB面積,因此可以lay上更多的元件,提供更好的散熱性、降低元件的干擾,以提供更穩定、超低延遲、超高效能,且全天候運作的需求,因此非常適合企業環境使用。

以這次介紹的Samsung NF1 PM983 NVMe SSD,便是針對新世代數據中心級所打造的企業級SSD,採用PCIe 3.0 x4規格,支援NVMe 1.2傳輸協定,擁有超高的循序讀寫效能與絕佳的隨機讀寫表現,在耐用度上也凌駕任何消費級的SSD,具有連續勝任3年以上的實力。


▲ Samsung NF1 PM983 NVMe SSD正面,使用自家Flash控制器與DRAM緩衝記憶體


▲ Samsung NF1 PM983 NVMe SSD背面,採用自家V-NAND快閃記憶體

因應主流的作業系統、應用程式與資料庫都很龐大,再加上需要高速網路存取,使得伺服器只配置RAID HDD的作法,已難應付今日超大資料即時存取的需求。尤其是需要經常性、大量存取的資料 (例如VMware、Proxmox VE、Hyper-V的VM虛擬機檔案,或是SQL等大型資料庫的密集存取)的關鍵任務級伺服器,配置SSD已是必備作法了,以讓資料可以快速存取。

若您的工作站或是1U伺服器,內部已無更多空間怎麼辦?那麼NF1就非常適合裝進這些機器裡面,當成加速碟使用,以減輕硬碟陣列存取的負擔,前文也說過,NF1 SSD可搭配半高(Half-Height)的轉卡,讓其安裝在空間較小的伺服器裡,相較於U.2 SSD只能安裝在全高的轉卡上來說,NF1擁有更高的彈性。

 


▲ U.2 SSD (下) 因體積較大關係,只能搭配全高的轉卡,而NF1 SSD (上) 則可搭配半高的轉卡


▲ NF1 SSD (下) 與 M.2 2280 SSD (上) 比較,NF1面積較大,可置入更多的Flash顆粒、電子元件,散熱性也比較佳

在耐用度與效能方面,此SSD配置了自家Phoenix (ARM級)的Flash主控晶片,並採散熱片封裝設計。另外再搭配高達12GB的LPDDR4記憶體當緩衝區,因此可以承載更大量的暫存資料,減少Flash寫入次數。


▲ Samsung NF1 PM983 NVMe SSD,搭配自家Phoenix Flash Controller,是一款ARM級的控制晶片


▲ Samsung NF1 PM983 NVMe SSD,搭配自家高速LPDDR4記憶體共兩顆

在其他優勢方面,NF1 SSD由於PCB面積較大,因此各元件不需要Lay那麼近,能有效降溫。而為提供斷電保護,PCB上面可以看到不少電容與電源控制IC,可讓資料在完全斷電前寫回SSD,因此非常適合伺服器7/24的全天候運作環境使用。

 

NF1 SSD vs. RAID SSD效能比較

以一般伺服器而言,大多會安裝多顆硬碟來做硬碟陣列,並安裝作業系統至裡面,透過磁碟陣列卡的管理與存取加速,讓整個系統順利運作。然而這樣的架構,在面臨當今大量且密集的存取時,伺服器整體效能會因硬碟本身的物理極限而受限。要是此時改換成SSD來當系統碟或是資料加速碟,整體效能表現就不同了!

以下我們就實際以傳統RAID HDD,以及新的NF1 SSD來做比較,來說明伺服器改裝成SSD,會有什麼顯著的效能提升。

測試配備:

● 伺服器: Dell PowerEdge R630
● 記憶體: DDR4 128GB (32GB x4)
● 處理器: Xeon E5-2678 v3 x2 (6C12T x2)
● RAID卡: Dell PERC H730 mini
● 作業系統: Windows Server 2016

● HDD規劃: Dell Savvio 10K.5 2.5” HDD 600GB x8 (做RAID 5, 容量4.3TB)
● SSD規劃: Samsung NF1 NVMe SSD (獨立使用, 容量3.84TB)

HDD和SSD都是安裝Windows Server 2016系統,測試時,分別以HDD來開機和以SSD來開機,透過CrystalDiskMark來測試存取效能與存取速度。以下就是測試結果。


▲ RAID5 HDD模式下,透過CrystalDiskMark測試R70%/W30%的存取效能

在上述CrystalDiskMark以Read 70%、Write 30%的比例來測試RAID HDD的效能表現,可以發現8顆HDD搭配硬碟陣列卡於RAID5模式下的加速效果,循序讀寫可達到800~1100MB/s的效能,而4K隨機讀寫方面,則可達到300~2800 IOPS。因此只要發生大量讀寫的情況下,伺服器整體效能就會被拉下來。


▲ 單獨使用NF1 SSD以透過CrystalDiskMark測試R70%/W30%的存取效能

再來看SSD的效能表現,可以發現NF1 SSD搭配PCIe轉卡之後,其循序讀寫可達到2000MB/s上下的水準,而4K隨機讀寫則可達到10K~43K IOPS的超高水準表現。因此當系統有大量讀寫的任務時,伺服器整體效能是不會受到影響的。

 

企業級SSD首選

從上述的介紹與實際測試比較,可以了解到,Samsung這款NF1 SSD,以絕佳的存取效能表現、超高的IOPS與超低延遲速度,能快速應付各式大量的資料讀寫任務,讓整個伺服器表現更快速,更穩定。且其高達1.3 DWPD (每日全碟寫入次數) 的表現,並提供5年保固,滿足超耐久的企業長期運作需求。


▲ NF1 SSD完美安裝於1U伺服器,且半高擋板也沒問題!

此外,Samsung NF1 SSD搭配轉卡以NVMe模式開機,進入系統速度快,且適合1U伺服器的半高擋板環境下使用。因此,若有需要提升伺服器效能的需求,儲存媒體的選擇可說是非常重要的,而這款Samsung PM983 NF1 NVMe PCIe SSD,可說是即刻加速的絕佳選擇,值得企業考慮採用。

NF1 SSD賣場傳送門: https://osslab.tv/shop/server-all/server-hdd/card-drive/samsung-nf1-pm983-ssd-3t-m3/

 

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