Как установить два NVMe в один PCIe-слот?

Модульность персональной плат­фор­мы яв­ля­ет­ся ос­но­вой для мас­шта­би­ро­ва­ния ее ин­тер­фей­сов. Это свой­ст­во обес­пе­чи­ва­ет жи­ву­честь PC вот уже мно­го лет. По­пыт­ка ос­нас­тить сис­тем­ную пла­ту всем и вся не ме­ша­ет при­ду­мы­вать не­ве­ро­ят­ные трю­ки, ко­то­рые рас­ши­ря­ют об­л­асть при­ме­не­ния, ка­за­лось бы, са­мо­до­ста­точ­ной пла­т­фор­мы. Се­го­дня од­ним из та­ких фо­ку­сов яв­ля­ет­ся ос­наст­ка ком­пью­те­ров NVMe-на­ко­пи­те­ля­ми там, где кон­ст­рук­тив­но это не пред­ус­мо­т­ре­но.

Райзер Supermicro AOC-SLG3-2M2 позволяет установить два NVMe-накопителя в один PCIe-слот

Рис 1. Райзер Supermicro AOC-SLG3-2M2 позволяет установить два NVMe-накопителя в один PCIe-слот

Совсем недавно мы ис­сле­д­о­ва­ли все ас­пек­ты при­ме­не­ния NVMe в от­сут­ст­вие сло­тов M.2. Даже это, в об­щем-то, три­ви­аль­ное ре­ше­ние, пред­наз­на­чен­ное боль­ше для до­ма, чем для офи­са, по­ро­ди­ло ряд ка­зу­сов. Что же то­г­да го­во­рить о сер­вер­ном адап­те­ре от Super­micro, спо­со­бном нес­ти на бор­ту сра­зу два NVMe-на­ко­пи­те­ля? Это и ста­ло по­во­дом по­вни­ма­тель­нее при­смо­т­реть­ся к нему — уст­рой­ст­ву под ко­до­вым на­зва­ни­ем AOC-SLG3-2M2, — что­бы че­рез осо­бен­но­с­ти ар­хи­тек­ту­ры мак­си­маль­но точ­но очер­тить его вос­тре­бо­ван­ность.

Давайте знакомиться

Принцип работы адаптера Supermicro AOC-SLG3-2M2 основан на таком явлении, присущем шине PCI Express, как би­фур­ка­ция. Это означает, что конструктив PCIe-to-NVMe, выполненный по схеме PCIe x8, до­пус­ка­ет раз­де­ле­ние под­клю­чен­ных сиг­на­лов на две ветки с соединением PCIe x4 каждая. Данная функциональность об­слу­жи­ва­ет­ся сис­тем­ной ло­ги­кой, в том числе PCIe-портами в составе центрального процессора. Вот почему Supermicro декларирует список под­дер­жи­ва­е­мых сер­вер­ных плат­форм. Впрочем, AOC-SLG3-2M2 проявил себя с лучшей стороны даже на весьма за­у­ряд­ной ма­те­рин­ской пла­те ASUS H110M-R — рас­хо­жем офис­ном ре­ше­нии.

Функциональность процессора и чипсета позволяют обойтись без управляющих контроллеров на борту дан­но­го рай­зе­ра, су­щест­вен­но снижая его стоимость. Задача разработчика — обеспечить надежное питание слотам M.2. Для этого плата AOC-SLG3-2M2 оснащена импульсным регулятором, преобразующим входное напряжение +12В в уров­ни, не­об­хо­ди­мые для питания цифровых цепей подключаемых накопителей. Когда речь об изделии, пред­наз­на­чен­ном для экс­плу­а­та­ции в серверах, важность этого переоценить трудно.

Функциональность процессора и чипсета позволяют обойтись без управляющих контроллеров на борту адаптера Supermicro AOC-SLG3-2M2

Рис 2. Функциональность процессора и чипсета позволяют обойтись
без управляющих контроллеров на борту адаптера Supermicro AOC-SLG3-2M2

Еще один компонент — буфер-разветвитель тактовых сигналов ICS9DBL411 — обеспечивает так­ти­ро­ва­ние двух NVMe син­хро­сиг­на­лом со слота PCI Express. Заметим, в силу высокой частоты сигнала (речь о диф­фе­рен­ци­аль­ной паре 100 MHz Reference Clock) и необходимости обеспечения прецизионных тай­мин­гов, па­рал­лель­ное под­клю­че­ние так­то­вых вхо­дов NVMe-накопителей недопустимо.

Постоянное запоминающее устройство с последовательным доступом, подключенное к шине System Man­age­ment Bus позволяет хост-системе прочитать информацию об адаптере (в частности, Vital Product Data). Под­держ­ка SMBus для слотов PCI Express является опцией, характерной для серверных платформ и, как правило, не­до­ступ­ной в деск­топ­ных системных платах. Вместе с тем, в типовой ситуации устройство должно фун­к­ци­о­ни­ровать даже там, где сиг­на­лы ши­ны SMBus не выведены на слоты PCIe.

Преимущество SMBus-интерфейса — его работоспособность при дежурном питании, когда CPU и ин­тер­фейс PCIe от­клю­че­ны. В этой ситуации мо­ни­то­ринг плат­фор­мы де­ле­ги­ру­ет­ся встро­ен­ным ми­кро­кон­т­рол­ле­рам, обя­зан­но­с­ти ко­то­рых в серверах все­объ­ем­лю­щие.

Особо стоит отметить конструкцию слотов M.2, которая допускает установку всех типоразмеров NVMe-на­ко­пи­те­лей: от кро­шеч­ных 60-миллиметровых, до пол­но­раз­мер­ных 110-миллиметровых устройств. Это делает при­ме­не­ние рай­зе­ра Supermicro AOC-SLG3-2M2 оправданным не только на серверных платформах, но и в настольных системах. Там, где использование вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ных твердотельных накопителей мак­си­маль­но­го объема про­дик­то­ва­но тре­бо­ва­ни­я­ми экс­плу­а­та­ции: NVMe-диски объемом более терабайта с хо­ро­ши­ми по­ка­за­те­ля­ми живучести (0,9DWPD и выше) доступны только в стандарте 22110.

Где понадобится адаптер PCIe-to-NVMe?

Мы подошли к важнейшему моменту в судьбе устройства, конвертирующего классический PCIe-ин­тер­фейс в ком­пак­т­ную шину для нескольких NVMe. Но прежде, чем коснуться прикладной сущности Supermicro AOC-SLG3-2M2, рас­смот­рим не­до­стат­ки кон­ст­рук­ти­ва M.2. Не секрет, что его узким местом является жесткий теп­ло­вой ре­жим, об­ус­лов­лен­ный плот­ной ком­по­нов­кой SSD-накопителя на платформе: отвод тепла, особенно с нижней компоновочной стороны ем­ких NVMe — задача не из простых. Вынос на дочернее устройство сразу двух накопителей видится в этой ситуации одним из правильных решений. Тепловой троттлинг ведь никто не отменял?

Главная заслуга разработчиков компании Supermicro в том, что адаптер PCIe-to-NVMe су­щест­вен­но рас­ши­ря­ет го­ри­зон­ты сер­вер­ных чипсетов Intel С232/С242 которые обеспечивают интегратора только SATA-портами. До­пол­ни­тель­ные воз­мож­но­с­ти стро­ят­ся либо силами AOC-SLG3-2M2, либо 8-канальными адаптерами SAS/SATA. Это до­ро­же и не всег­да по­лез­но в пла­не производительности.

Востребованность адаптера Supermicro AOC-SLG3-2M2 особенно остро чувствуется при расчете 1U-сер­ве­ров. Они все­г­да имеют ограниченное пространство для формирования дисковой подсистемы. Места хватает на установку от че­ты­рех 3,5” устройств до десятка 2,5” накопителей. Расширение возможностей серверной платформы с помощью рай­зе­ра AOC-SLG3-2M2 дает еще два вы­со­ко­ем­ких NVMe с наработкой на отказ 1,3DWPD, как у Samsung PM983. В ситуации, когда сер­вер­ная плат­фор­ма располагает ограниченным числом SAS/SATA портов, SSD в фор­ма­те M.2 ста­но­вят­ся приятным бонусом.

Еще один штрих

На современных платформах загрузка операционной системы — прерогатива UEFI BIOS. Фун­к­ци­о­наль­ность мо­дер­но­вых ре­а­ли­за­ций этого низ­ко­у­ров­не­во­го ПО мало зависит от агентов, подключенных к PCIe-шине. NVMe, как один из ва­ри­ан­тов PCI Express, здесь не исключение. В этом случае загрузка ОС с накопителей, установленных на Supermicro AOC-SLG3-2M2, во­про­сов вызывать не должна. Но здесь важно помнить о приоритете верхнего слота. Именно с него не­об­хо­ди­мо начинать заполнение райзер-карты. Именно с него по умолчанию будет загружаться ОС в от­сут­ст­вие дру­гих на­ко­пи­те­лей.

Суммируя сказанное

Адаптер Supermicro AOC-SLG3-2M2, расширяющий возможности тех серверных платформ, которые ли­ше­ны или ог­ра­ни­че­ны в использовании NVMe-накопителей, кроме своей очевидной задачи, рассчитан на до­сти­же­ние еще и та­ких ва­ж­ных целей:

  • использование NVMe в стандартах 2260, 2280 и 22100;
  • масштабирование интерфейсов в условиях ограниченного пространства 1U-серверов;
  • повышение производительности и сохранности данных за счет пред­от­вра­ще­ния теп­ло­во­го трот­т­лин­га в ре­зуль­та­те снижения тепловой нагрузки на твердотельные NVMe-накопители.

Адаптер Supermicro AOC-SLG3-2M2
предоставлен компанией Onix