1.NVMe市場(chǎng)前景

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

在數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)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(jiǎn)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SATA和SAS SSD。預(yù)計(jì)到2025年，企業(yè)級(jí)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(chǎng)展望 (來(lái)源: MKW和PCI-SIG)

2. 多盤位NVMe SSD拓?fù)浣Y(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(jì)中，往往需要根據(jù)終端用戶對(duì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常都會(huì)包含PCIe擴(kuò)展卡，以實(shí)現(xiàn)多盤位NVMe SSD配置。因?yàn)橹边B的NVMe SSD（1個(gè)或2個(gè)連接器拓?fù)洌?shù)量會(huì)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(shí)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(gè)PCIe擴(kuò)展卡，每個(gè)擴(kuò)展卡可以支持4個(gè)NVMe Gen3 SSD, 全系統(tǒng)能支持最多12個(gè)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(jì)及Retimer方案優(yōu)勢(shì)

業(yè)界預(yù)期，多盤位Gen4 NVMe SSD的配置會(huì)繼續(xù)沿用PCIe擴(kuò)展卡方案（圖3）。該系統(tǒng)鏈路構(gòu)成復(fù)雜，包括了CPU、主板PCB、PCIe擴(kuò)展卡PCB、線纜和SSD等，總插入損耗會(huì)顯著超出PCI-SIG規(guī)定的28dB，加上鏈路中多個(gè)連接器和過孔等帶來(lái)的反射和串?dāng)_等影響，從而進(jìn)一步壓縮鏈路預(yù)算空間，給系統(tǒng)的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)來(lái)帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，高性能的可靠鏈路擴(kuò)展解決方案已成為迫切的需求。可能的解決方案包括升級(jí)主板PCB板材，使用Redriver和Retimer等。

圖3: 使用PCIe擴(kuò)展卡的NVMe SSD系統(tǒng)鏈路

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

表1：Retimer 和Redriver 對(duì)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(duì)PCIe Gen4 NVMe SSD系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遇到的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

通過使用搭載瀾起科技Gen4 Retimer的PCIe擴(kuò)展卡，確保了RC-Retimer和Retimer-SSD間的鏈路預(yù)算符合規(guī)范要求，并進(jìn)一步消除了串?dāng)_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(yù)算

4.2 鏈路穩(wěn)定性和讀寫性能測(cè)試

瀾起科技和三星公司聯(lián)合在主流Gen4服務(wù)器平臺(tái)對(duì)該方案進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的綜合鏈路測(cè)試（包括反復(fù)建鏈、熱復(fù)位、切速等），測(cè)試結(jié)果令人滿意（表3）。雙方進(jìn)一步的基于FIO的系統(tǒng)讀寫性能測(cè)試表明，使用Retimer后三星PM1733讀寫性能與基準(zhǔn)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(cè)試

表4: 系統(tǒng)讀寫性能測(cè)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(hào)完整性。通過在主流Gen4 平臺(tái)上的驗(yàn)證測(cè)試表明，系統(tǒng)鏈路穩(wěn)定，讀寫性能符合預(yù)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(duì)系統(tǒng)容量、讀寫帶寬和靈活拓?fù)湫枨蟮睦硐脒x擇。面向未來(lái)的PCIe Gen5應(yīng)用，該方案將持續(xù)演進(jìn)，預(yù)期將獲得更加廣泛的采用。
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