SSDs mit dem Formfaktor EDSFF versprechen großes Potenzial für Rechenzentren, unter anderem optimierter Stromverbrauch, niedriger Kühlungsaufwand und Systemkonsolidierung.
von
Paul Rowan, KIOXIA Europe
Zuletzt aktualisiert:08 Mai 2024
Langfristig werden sich steigende Kapazitäts- und Performance-Anforderungen im Rechenzentrum nur noch mit EDSFF-SSDs erfüllen lassen. Doch im Enterprise and Datacenter Standard Form Factor steckt auch ein enormes Potenzial, Rechenzentren effizienter und nachhaltiger zu gestalten.
Schaffen Unternehmen neue Server und Storage-Arrays an, haben sie mittlerweile nicht mehr nur die Wahl zwischen Systemen mit Steckplätzen für 2,5-Zoll-, M.2- und U.2-SSDs, sondern können auch zu Systemen greifen, die EDSFF-SSDs aufnehmen. Zwar wurde der Enterprise and Datacenter Standard Form Factor (EDSFF) bereits vor einigen Jahren verabschiedet, doch es dauerte eine Weile, bis Systemhersteller ihre Designs für den neuen Formfaktor angepasst hatten, sodass erst jetzt ein breites Angebot an Servern und Arrays verfügbar ist.
EDSFF soll die Schwächen bisheriger Formfaktoren beseitigen und SSDs für den wachsenden Daten- und Leistungshunger moderner Anwendungen fit machen. Allerdings ist der Standard keineswegs nur für SSDs gedacht – vielmehr eignet er sich auch für PCIe-Netzwerk- und -Beschleunigerkarten sowie DRAM- und Flash-Speicher-Karten mit schneller CXL-Schnittstelle (Compute Express Link), die eine kosteneffiziente Erweiterung des Arbeitsspeichers und ein Pooling der Ressourcen über mehrere Systeme hinweg ermöglichen. Mit dieser Unterstützung verschiedenster Komponenten trägt EDSFF zu einer Vereinheitlichung in IT-Systemen bei und bietet Unternehmen mehr Flexibilität bei deren Ausstattung.
Ein Standard mit vielen Bauformen
EDSFF definiert mehrere Größen und Formen, sodass auf dem Standard basierende SSDs sehr unterschiedliche Anforderungen erfüllen können und den Raum im Inneren von Servern und Storage-Arrays optimal ausnutzen. Die kleinste Variante E1.S erinnert an M.2-SSDs, ist mit 31,5 x 111,49 Millimetern (B x L) jedoch etwas größer und nimmt dadurch mehr Speicherbausteine auf, wodurch höhere Speicherkapazitäten möglich sind. Zudem unterstützt EDSFF im Unterschied zu M.2 auch Hot Plugging, also das Hinzufügen oder Entfernen der Speichermedien im laufenden Systembetrieb.
In der Ausführung als gehäuselose Leiterplatte sind E1.S-SSDs nur 5,9 Millimeter dick, sodass sich sehr hohe Speicherdichten realisieren lassen. Anders als M.2- und 2,5-Zoll-SSDs überhitzen E1.S-SSDs nicht so schnell, da der kühlende Luftstrom die Speicherbausteine auf den Riegeln sehr gut erreicht. Für eine effizientere Kühlung können die SSDs aber auch mit Kühlkörpern bestückt werden und sind dann abhängig von deren Größe bis zu 25 Millimeter dick. Über den Kühlkörper wird die Wärme noch besser abgeleitet, was eine Kühlung mit einem geringeren Luftstromvolumen erlaubt oder eine höhere Leistungsaufnahme (und damit eine höhere Leistung) bei gleichem Luftstromvolumen.
Abbildung 1: Der E1-Formfaktor sorgt für eine bessere Wärmeableitung als der M.2-Formfaktor und ermöglicht 1-HE-Systeme mit deutlich höherer Speicherdichte. (Quelle: KIOXIA Europe)
Mit E1.L gibt es auch eine längere und etwas breitere Variante, die mehr Platz für Speicherbausteine bietet als E1.S. Sie misst 38,4 x 318,75 Millimeter und passt damit ebenfalls aufrecht in Systeme mit einer Höheneinheit, nutzt den dort verfügbaren Raum aber besser aus. Auf diese Weise können extrem hohe Speicherdichten erreicht werden: Ein 1-HE-System mit 32 bald verfügbaren E1.L-SSDs à 64 TB würde 2 PB an Speicher bereitstellen. Zum Vergleich: Ein System mit 32 U.2-SSDs, die maximal 32 TB fassen, bringt es nur auf 1 PB.
E1.L-SSDs besitzen immer ein Gehäuse, wahlweise mit oder ohne Kühlkörper – eine Leiterplattenversion wie bei E1.S ist nicht vorgesehen. Die Riegel sind ohne Kühlkörper 9,5 Millimeter und mit Kühlkörper 18 Millimeter dick.
Auch die EDSFF-Varianten E3.S und E3.L besitzen immer ein Gehäuse, das entweder 7,5 oder 16,8 Millimeter dick ist. Die dickeren Ausführungen erlauben eine bessere Wärmeableitung, sind also eher für SSDs mit hoher Leistung gedacht. Davon abgesehen sind E3-SSDs 76 Millimeter breit und 104,9 (E3.S) beziehungsweise 142,2 Millimeter (E3.L) lang. Mit diesen Abmessungen können sie ein Stück weit als Nachfolger von 2,5-Zoll- und U.2-SSDs betrachtet werden.
Die E3-Bauform wurde vor allem für Server- und Storage-Arrays mit hoher Leistung und Kapazität entwickelt und ist auch die Bauform, auf die künftige Erweiterungs- und Beschleunigerkarten setzen werden.
Hohe Signalintegrität für Spitzenleistung
Unabhängig davon, ob SSD oder Erweiterungskarte, und unabhängig von der EDSFF-Variante: Alle EDSFF-Komponenten nutzen den gleichen Steckverbinder SFF-TA-1002 und unterstützen vier, acht und 16 PCIe-Lanes. Der Stecker garantiert eine hohe Signalintegrität bei hoher Leistungsaufnahme und schafft damit die Basis für schnellere Datenübertragungen – auch mit kommenden PCIe-Generationen.
Der von U.2 genutzt Konnektor SFF-8639 ist für maximal 25 Watt ausgelegt und gelangt bei der Signalintegrität schon mit PCIe 5 an seine Grenzen. Das volle Potenzial von PCIe 6 werden U.2-SSDs daher nicht ausschöpfen können. E1.L hingegen arbeitet mit bis zu 40 Watt und E3.L doppelter Dicke sogar mit bis zu 70 Watt. Das macht Systeme mit einer sehr hohen IOPS-Leistung möglich, wobei diese aufgrund der größeren Wärmeentwicklung und dem damit verbundenen Einsatz von SSDs mit Kühlkörpern eine etwas geringere Speicherdichte bereitstellen werden als Systeme, bei denen hohe Kapazitäten wichtiger sind als absolute Spitzen-Performance.
Abbildung 2: Alle EDSFF-SSDs nutzen denselben Steckverbinder, der eine hohe Signalintegrität bei hoher Leistungsaufnahme garantiert und damit schnellere Datenübertragungen als bisherige Formfaktoren ermöglicht. (Quelle: KIOXIA Europe)
Darüber hinaus kann die höhere Leistung genutzt werden, um SSDs mit leistungsfähigeren Controllern auszustatten. Sie könnten dann – als sogenannte Computational SSDs – zusätzliche Aufgaben übernehmen und die CPU entlasten. Denkbare Aufgaben wären beispielsweise das Berechnen von Paritäten in RAID-Systemen, die Ver- und Entschlüsselung von Daten oder deren Deduplizierung und Komprimierung.
Konsolidierung im Rechenzentrum
Mit ihren hohen Speicherdichten helfen EDSFF-SSDs bei der Konsolidierung im Rechenzentrum. Unternehmen können höhere Kapazitäten mit weniger Systemen bereitstellen, was einen nachhaltigeren und kostengünstigeren Betrieb ermöglicht. Weniger Systeme verursachen nicht nur einen geringeren Wartungs- und Administrationsaufwand, sondern verbrauchen auch weniger Strom. Zudem erfordern sie weniger Kühlung – die in Rechenzentren nach den IT-Systemen üblicherweise der größte Stromverbraucher ist.Allerdings entsteht die Wärme in den Rechenzentren durch weniger und dafür dichtere Systeme eher konzentriert an einigen Punkten. In neueren Anlagen mit zeitgemäßen Kühlkonzepten ist das unproblematisch, doch in älteren Räumlichkeiten könnte eine Modernisierung notwendig sein, um eine Überhitzung zu verhindern. Wichtiger denn je ist, die kalte Luft über eine Kaltgangeinhausung gezielt zur Frontseite der Geräte zu führen, und die warme Abluft auf der Rückseite abzuleiten, ohne dass sie – etwa durch offene Einschübe im Rack – zurück in den Kaltgang strömt und sich mit der Zuluft vermischt.
Der Standard kann nicht nur für SSDs genutzt werden, sondern auch für PCIe- und -Beschleunigerkarten sowie DRAM- und Flashspeicher mit CXL-Schnittstelle, die eine günstige Erweiterung des Memory und ein Pooling der Ressourcen ermöglichen.
Paul Rowan, KIOXIA
Eine weitaus kleinere Herausforderung beim Umstieg auf Systeme mit EDSFF ist hingegen, dass Unternehmen eine Zeit lang verschiedene SSDs als Austauschgeräte vorhalten müssen, um eine hohe Verfügbarkeit ihrer Infrastruktur sicherzustellen. Denn IT-Umgebungen werden in den seltensten Fällen komplett erneuert, sondern Schritt für Schritt – je nachdem, wie die Kapazitäts- und Leistungsanforderungen steigen oder wann Systeme aus dem Support fallen. Daher existieren die 2,5-Zoll-, M.2- und U.2-Formfaktoren in der Regel noch länger parallel zu EDSFF.
Mehr Leistung pro Watt
Obwohl es paradox klingt, kann auch die höhere Leistungsaufnahme von EDSFF-SSDs die Energieeffizienz eines Rechenzentrums verbessern. Das hängt mit der höheren Performance zusammen, die aus der höheren Leistungsaufnahme resultiert. EDSFF-SSDs liefern pro Watt mehr IOPS und MB/s als SSDs mit den bisherigen Formfaktoren, wickeln also Datenübertragungen schneller ab. Somit verbrauchen sie zwar unter Volllast mehr Strom, laufen aber – den gleichen Workload vorausgesetzt – einen viel kürzeren Zeitraum mit maximaler Leistungsaufnahme.
Allerdings sollten Unternehmen das Power-Budget ihrer Racks im Auge behalten, da die schnellere Datenbereitstellung durch EDSFF-SSDs zu einem höheren Stromverbrauch auf Netzwerk- und Serverseite führt. Schließlich müssen die Daten auch übertragen und verarbeitet werden. Unter Umständen müssen die Systeme mit hohen Speicherdichten deshalb auf mehrere Racks verteilt werden, um das Power-Budget nicht zu überschreiten.
Trotz solcher kleineren Herausforderungen führt für Unternehmen mittelfristig kein Weg an EDSFF vorbei – dafür sorgen die wachsenden Datenmengen und der enorme Datenhunger vieler Anwendungen, vor allem aus dem KI-Bereich. Mit EDSFF stellen sich Unternehmen zukunftsfähig auf und können nicht nur steigende Kapazitäts- und Leistungsanforderungen erfüllen, sondern auch Infrastrukturen konsolidieren, Betriebskosten senken und nachhaltiger werden.
Über den Autor: Paul Rowan ist Vice President and Chief Marketing Officer of the Memory and SSD Business Units bei KIOXIA Europe
Die Autoren sind für den Inhalt und die Richtigkeit ihrer Beiträge selbst verantwortlich. Die dargelegten Meinungen geben die Ansichten der Autoren wieder.
