Модульність персональної платформи є основною для масштабування її інтерфейсів. Ця властивість забезпечує живучість PC вже багато років. Спроба оснастити системну плату всім не заважає вигадувати неймовірні трюки, які розширюють сферу застосування, здавалося б, самодостатньої платформи. Сьогодні одним із таких фокусів є оснащення комп'ютерів NVMe-накопичувачами там, де конструктивно це не передбачено.

Мал 1. Райзер Supermicro AOC-SLG3-2M2 дозволяє встановити два NVMe-накопичувачі в один PCle-слот

Зовсім нещодавно ми досліджували всі аспекти застосування NVMe без слотів М.2. Навіть це загалом тривіальне рішення, призначене більше для будинку, ніж для офісу, породило ряд казусів. Що ж тоді говорити про серверний адаптер від Supermicro, здатний нести на борту відразу два NVMe-накопичувачі? Це й стало приводом уважніше придивитися до нього — пристрою під кодовою назвою AOC-SLG3-2M2, — щоб через особливості архітектури максимально точно окреслити його затребуваність.

Давайте знайомитись

Принцип роботи адаптера Supermicro AOC-SLG3-2M2 заснований на такому явищі, властивому шині PCI Express, як біфуркація. Це означає, що конструктив PCIe-to-NVMe, виконаний за схемою PCIe x8, допускає поділ підключених сигналів на дві гілки зі з'єднанням PCle x4 кожна. Ця функціональність обслуговується системною логікою, зокрема PCle-портами у складі центрального процесора. Ось чому Supermicro декларує список серверних платформ, що підтримуються. Втім, AOC-SLG3-2M2 виявив себе з кращого боку навіть на дуже пересічній материнській платі ASUS H110M-R — розхожому офісному рішенні.

Функціональність процесора і чіпсета дозволяють обійтись без керуючих контролерів на борту даного райзера, суттєво знижуючи його вартість. Завдання розробника — забезпечити надійне живлення слотам М.2. Для цього плата AOC-SLG3-2M2 оснащена імпульсним регулятором, що перетворює вхідну напругу +12В в рівні, необхідні для живлення цифрових ланцюгів накопичувачів, що підключаються. Коли мова йде про продукт, призначений для експлуатації на серверах, важливість цього переоцінити важко.

Мал 2. Функціональність процесора і чіпсета дозволяють обійтись без керуючих контролерів на борту адаптера Supermicro AOC-SLG3-2M2

Ще один компонент — буфер-розгалужувач тактових сигналів ICS9DBL411 — забезпечує тактування двох NVMe синхросигналом зі слота PCl Express. Зауважимо, через високу частоту сигналу (мова про диференціальну пару 100 MHz Reference Clock) та необхідність забезпечення прецизійних таймінгів, паралельне підключення тактових входів NVMe-накопичувачів недопустимо.

Постійний пристрій з послідовним доступом, підключений до шини System Management Bus дозволяє хост-системі прочитати інформацію про адаптер (зокрема, Vital Product Data). Підтримка SMBus для слотів PCI Express є опцією, характерною для серверних платформ і зазвичай недоступною в десктопних системних платах. Разом з тим, у типовій ситуації пристрій має функціонувати навіть там, де сигнали шини SMBus не виведені на слоти PCIe.

Перевага SMBus-інтерфесу — його працездатність при черговому живленні, коли CPU та інтерфейс PCle відключені. У цій ситуації моніторинг платформи делегується вбудованим мікроконтролерам, обов'язки яких у серверах всеосяжні.

Особливо варто відзначити конструкцію слотів М.2, яка допускає встановлення всіх типорозмірів NVMe-накопичувачів: від крихітних 60-міліметрових до повнорозмірних 110-міліметрових пристроїв. Це робить застосування райзера AOC-SLG3-2M2 виправданим не лише на серверних платформах, а й у настільних системах. Там, де використання високопродуктивних твердотільних накопичувачів максимального об'єму продиктовано вимогам експлуатації: NVMe-диски об'ємом більше терабайта з хорошими показниками живучості (0,9DWPD та вище) доступні лише у стандарті 22110.

Де знадобиться адаптер PCIe-to-NVMe?

Ми підійшли до найважливішого моменту у долі пристрою, що конвертує класичний PCIe-інтерфейс у компактну шину для кількох NVMe. Але, перш ніж торкнутися прикладної сутності Supermicro AOC-SLG3-2M2, розглянемо недоліки конструктиву М.2. Не секрет, що його вузьким місцем є жорсткий тепловий режим, обумовлений щільним компонуванням SSD-накопичувача на платформі: відведення тепла, особливо з нижньої сторони компонування ємних NVMe — завдання не з простих. Винесення на дочірній пристрій відразу двох накопичувачів бачиться в цій ситуації одним із правильних рішень. Адже тепловий троттлінг ніхто не скасовував?

Головна заслуга розробників компанії Supermicro в тому, що адаптер PCIe-to-NVMe суттєво розширює горизонти серверних чіпсетів Intel С232/С242, котрі забезпечують інтегратора тільки SATA-портами. Додаткові можливості будуються або силами AOC-SLG3-2M2, або 8-канальними адаптерами SAS/SATA. Це дорожче і не завжди корисно щодо продуктивності.

Потреба адаптера Supermicro AOC-SLG3-2M2 особливо гостро відчувається при розрахунку 1U-серверів. Вони завжди мають обмежений простір формування дискової підсистеми. Місця вистачає на встановлення від чотирьох 3,5” пристроїв до десятка 2,5” накопичувачів. Розширення можливостей серверної платформи за допомогою райзера AOC-SLG3-2M2 дає ще два високо ємних NVMe з напрацюванням на відмову 1,3DWPD, як у Samsung PM983. У ситуації, коли серверна платформа має обмежену кількість SAS/SATA портів, SSD у форматі М.2 стають приємним бонусом.

Ще один штрих

На сучасних платформах завантаження операційної системи — прерогатива UEFI BIOS. Функціональність модернових реалізацій цього низькорівневого програмного забезпечення мало залежить від агентів, підключених до PCIe-шини. NVMe, як один із варіантів PCI Express, тут не виняток. У цьому випадку завантаження ОС з накопичувачів, встановлених на Supermicro AOC-SLG3-2M2, питань не повинно викликати. Але тут важливо пам'ятати пріоритет верхнього слота. Саме з нього необхідно розпочинати заповнення райзер-картки. Саме з нього за замовчуванням завантажуватиметься ОС без інших накопичувачів.

Підсумовуючи сказане

Адаптер Supermicro AOC-SLG3-2M2, що розширює можливості тих серверних платформ, які позбавлені або обмежені у використанні NVMe-накопичувачів, окрім свого очевидного завдання, розрахований на досягнення ще й таких важливих цілей:

• використання NVMe в стандартах 2260, 2280 та 22100;
• масштабування інтерфейсів в умовах обмеженого простору 1U-серверів;
• підвищення продуктивності та збереження даних за рахунок запобігання тепловому троттлінгу внаслідок зниження теплового навантаження на твердотільні NVMe-накопичувачі.