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.

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.

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.

Источник