1.6 接口形态

SSD接口形态和尺寸的英文是SSD Form Factor。由于SSD是标准件，故它必须符合一定的接口规范、尺寸和电气特性，这样在应用层面才易于统一和部署，所以厂商和标准组织制定了Form Factor规范。SSD厂商和系统提供商都应遵守该规范。

不同应用场景下的SSD，其接口形态和尺寸也不一样，如图1-33所示。表1-11列出了当下使用SATA、PCIe、SAS接口和协议的SSD所使用的接口形态和尺寸。

SATA SSD目前主要为消费级产品和企业级低端产品（如数据中心盘），这类产品接口和电气功能比较成熟，是目前出货量最大的SSD。它的接口形态和尺寸的种类比较多，其中消费级产品以M.2和2.5in最为流行。消费级产品以SATA M.2为主导，企业级产品以SATA 2.5in为主导。

PCIe SSD借助它的高性能、NVMe标准的制定和普及，以及软件生态，从2016年开始兴起。PCIe SSD接口形态和尺寸最开始起步于AIC，采用主板上插卡的形式，后加入M.2和U.2形态。消费级PCIe SSD由M.2主导，企业级PCIe SSD多为2.5in、U.2和AIC的形态。

SAS SSD主要为企业级SSD，它借助成熟的SAS协议和软件生态，在企业级存储上获得大量应用。从HDD转换到SSD，虽然介质变了，但接口依然保留着，原因是SAS在企业级应用中已经普及，所以在传统的企业级存储阵列上，主要出货量还是SAS，形态为2.5in。

mSATA是前些年出现的，与标准SATA相比体积大为缩小，主要应用于消费级笔记本电脑领域。M.2出现后，mSATA基本被替代了，革了它的命。

M.2原名是NGFF（Next Generation Form Factor），它是为超极本（Ultrabook）量身定做的新一代接口标准，主要用来取代mSATA接口，具备体积小巧、性能主流等特点。

U.2 Form Factor（SFF-8639）起步于PCIe SSD 2.5in盘接口，后来统一了SATA、SAS和PCIe这三种物理接口，目的是减小下游SSD应用场合的接口复杂度。

1.6.1 2.5in

2.5in是主流企业级SSD的尺寸，这类SSD包括SATA、SAS和PCIe三种不同接口。1U存储和服务器机架上可以放入20～30块2.5in硬盘。消费级SSD的主流尺寸包括2.5英寸和更小的M.2。2.5in多应用于桌面型PC，而轻薄型笔记本电脑更多使用M.2。

2.5in也是HDD时代笔记本电脑的硬盘的主流尺寸，到了SSD时代，虽然可以在笔记本电脑和桌面型PC上沿用HDD，但面对消费者更轻薄、更小尺寸的需求，HDD就无能为力了，而SSD依然可以往更小尺寸的方向发展。

对2.5in的SSD而言，由于闪存密度的逐年增大，往这个盒子里塞入的容量可以越来越大，比如现在已有了3层PCB的16TB、32TB容量的SSD，这是一种高密度SSD发展趋势。SSD规格尺寸如表1-12所示。

1.6.2 M.2

各种M.2规格如图1-34所示。首先看看M.2 Form Factor（包括M.2普通和BGA SSD）的三围标准：Type 1216、Type 1620、Type 1630、Type 2024、Type 2226、Type 2228、Type 2230、Type 2242、Type 2260、Type 2280、Type 2828、Type 3026、Type 3030、Type 3042、Type 22110。前2个数字为宽度，后2个（或3个）数字是高度。注意，PM971就是Type 1620，厚度需要另外定义，单面贴片和双面贴片厚度不同。对于对厚度有要求的，比如平板电脑，一般采用单面贴片。

实际上4个（或5个）数字并不能完整定义M.2 SSD Form Factor，PCI-SIG定义了更完整的命名规则，包括宽、高、厚度和接口。如D2对应双面，单面厚度是1.35mm；B-M是M.2 connector key ID，表示同时支持PCIe x2、x4和SATA接口；等等。其他参数定义参考图1-35，由图可知M.2支持USB/SD卡接口，同时又保留了一些总线接口。总之M.2只是规范了一种引脚物理形式，它上面运行什么协议和使用什么总线，要看具体的产品。

这里需要解释一下key ID中的B和M，这是两种主流的M.2 key定义，B又称Socket2，M又称Socket3，B+M表示同时支持Socket2和Scoket3。B和M的区别在于：M可以支持4个通道，接口带宽最高可以到4GB/s，实际上顶部和底部两面都有接口金手指，引脚数翻倍；B仅支持SATA/PCIe x2，接口带宽最高可以到2GB/s，仅支持顶部有金手指引脚。M无论在消费级还是企业级都是未来的主流形式。

1.6.3 BGA SSD

半导体的发展规律是从单个分立元件走向高度集成化。想象一下，过去的单个HDD，从只能存储几十MB的庞然大物发展到现在一个能装下几十TB的2.5in SSD，这些都是半导体技术进步、制程进步和生产制造进步带来的。

SSD也走在这条道路上，随着制程和封装技术的成熟，当今一个PCB 2.5in大小的存储器可以放到一个16mm×20mm BGA封装中，这就是BGA uSSD，如图1-36所示。

早在几年前，英特尔和几家公司就在讨论在消费级平板电脑或笔记本电脑市场推出M.2 BGA SSD及其标准，如比较传统的M.2 2260/2280/22110 SSD，它有如下技术优势。

❑ 节省了15%以上的平台空间。

❑ 增加了10%的电池寿命。

❑ 节省了0.5～1.5mm SSD本身的高度。

❑ 具有更好的散热性（由于是BGA封装，热可以由球形焊点传导到PCB板散出）。

实际上那时候标准规范滞后，SSD也刚刚兴起，BGA封装技术还不成熟并且缺乏消费级平台主板的支持，故并没有在消费级笔记本电脑和平板电脑上看到BGA M.2的产品，在工业级和其他细分市场倒是有少量的BGA SSD在售。2016年PM971被三星投放到市场，从此拉开了BGA SSD在消费级平板类产品中普及的大幕。当然了，BGA SSD是否能普及关键还要看价格，只要价格到位，普及不是问题。

BGA uSSD引脚纳入M.2标准，包括Type 1620、Type 2024、Type 2228、Type 2828，主流的是Type 1620。

1.6.4 U.2

U.2俗称SFF-8639，这是新生产物，采用非AIC形式，以盘的形态存在。开发U.2的目的是统一SAS、SATA、PCIe三种接口，方便用户部署。不可否认的是，在PCIe取代SATA甚至SAS的未来，U.2连接器和Form Factor已成为企业级SSD的主要形态，PCIe接口成为主要接口。

1.6.5 EDSFF

EDSFF全称为Enterprise & Data Center SSD Form Factor，翻译过来就是企业和数据中心固态硬盘规格。相比较传统的U.2和M.2硬盘规格，EDSFF可为企业级1U/2U服务器提供更优的存储空间、密度及散热设计，从而降低服务器和存储盒TCO（Total Cost of Ownership，总拥有成本），同时也为企业级SSD后面的规格尺寸走势指明方向。

过去数据中心和企业级存储以2.5英寸U2、M.2规格的SSD为主，与1U/2U服务器的存储空间相比，2.5英寸和M.2的SSD在空间利用率（SSD容量/空间体积）、散热（影响性能）及信号完整性等方面存在不足。2017年英特尔专门发明了一种为服务器和企业级存储提供优化功能的新型SSD（细长条状，看着像一把尺子），并成立EDSFF组起草E1等新SSD规格。E1规格在SSD容量、密度、可维护性、成本、信号兼容性及可靠性上有了明显的提升，特别适合1U/2U服务器上装载的SSD。EDSFF发展历史如图1-37所示。

2020年至今，E1和E3标准版本还在不断更新中，目的都是做好PCIe G3/G4/G5企业级SSD尺寸这道菜。

1.EDSFF E1和E3硬盘规格

E1有长型和短型的两种，但是无论是哪种都和M.2类似，属于细长型。短型叫E1.S，长型叫E1.L，它们有不同的厚度及功耗上限。厚度和容量、散热设计有关，原则上功耗大的SSD需要采用更厚的散热设计，例如图1-44所示的E1.S 25mm鳍状设计，通过增加散热面积来加快散热速度，维持正常SSD温度。E1.S适合中等容量及灵活配置的服务器存储设备，适用于1U服务器，将来有望替代M.2规格。E1.L适合大容量的服务器存储设备，如QLC SSD，特别适合用于1U服务器。各尺寸的E1和E3如图1-38所示。

规格方面，E1.S的厚度随着功耗的增加而相应增加，从5.9mm到25mm不等。EDSFF组织对E1.S各种型号的尺寸、功耗都有明确的规定，详见表1-13。

❑ 5.9mm版本类似于我们熟悉的M.2 SSD，不具备散热片。

❑ 8.01mm版本在5.9mm版本的基础上增加了基础的散热配置。

❑ 9.5mm版本带有上下对称的散热外壳，因散热面积更大，可配置的功率也比5.9mm和8.01mm版本更高一些。

❑ 15mm和25mm版本增加了大面积的散热鳍片，它们的散热性能更好，可以配置更高的运行功率并带来更好的性能。

E1.L有两种厚度——9.5mm和18mm，对应的功耗分别是25W和40W。E1.L长318.75mm，看起来像一把细长的尺子，所以叫Ruler。E1.L针对1U的高度进行了特别设计，在同样的1U大小的服务器空间里可以塞下PB级容量，使1U服务器可承载的容量大大增加。同时E1.L自带外壳，具有良好的散热性能，自带把手和LED灯，提供Carrier-less设计，可有效降低成本。表1-14列出了两种型号的E1.L规格。

有人说E3是为PCIe Gen5时代准备的SSD规格版本，它复用了U.2 2.5英寸盘易于部署、管理、维护以及高性能的特点。E3的宽度允许SSD使用4通道或8通道甚至16通道的PCIe接口，所以可实现的带宽更高；可以配置更高的运行功率，其中，E3.L 2T甚至可以实现70W的全功率运行，这些都有利于SSD爆发出更强性能。

E3.S是E3中尺寸比较接近U.2/U.3 2.5英寸盘的版本，二者可以共享一个机箱。现有的服务器既可以使用E3.S，也可以使用SAS、SATA、NVMe的2.5英寸盘，实现不同类型硬盘的混合部署。另外，一些服务器厂商也在探索基于E3的新型设备，如GPU、FPGA、NIC等。在存储之外，EDSFF E3也将为企业级应用带来更多可能。表1-15列出了各种型号E3的规格。

2.E1与E3的应用部署

上面对E1和E3进行了基本介绍，本节讲讲E1和E3的应用。

英特尔推动的EDSFF SSD规格（见表1-16），是为了满足服务器数据中心及企业级存储对当前PCIe 4.0 SSD及未来PCIe 5.0 SSD更高性能、更优散热、更大容量及更密空间的需求。PCIe 4.0 SSD以U.2为主，附以新的E1.S/E1.L规格。到了PCIe 5.0时代，由于需要更高性能和更高功耗的SSD，SSD规格会全面切到E1或E3。

E1规格让企业级NVMe SSD的体积得到大幅缩减，并允许我们在1U服务器中部署更多的硬盘。我们通常可以在1U服务器的前面板中部署10块U.2或U.3的2.5英寸盘，而在采用9.5mm的E1之后，部署数量可以达到32块。

E3 SSD相较于U2 SSD，部署数量可以从24块U2增加到46块（有7.5mm或16.8mm两种厚度），并且可以提供单块功耗最高达70W的SSD。E3 SSD实际服务器部署如图1-39所示。