时代变了——
正如上篇文章所说，十年间，SSD迅速“开花结果”，成就了一片“牢不可破”的市场。
NVMe SSD是必然趋势，但由于历史遗留、面向未来以及满足企业所需等多种因素影响，导致NVMe SSD出现了许多不同形态的产品，不同形态的NVMe SSD需要服务器平台提供特定的硬件支持，要让服务器平台发挥最佳性能，就必须合理配置与之相对应的NVMe SSD。本文将根据NVMe SSD的不同形态，详解其对服务器平台的要求，尽量给读者一条清晰的脉络。
在厚度相当的情况下，怎么辨别以上三款SSD——SATA、SAS、NVMe分别是哪个？往下看您就知道是哪个顺序了…当然，本文的重点是不同形态的NVMe SSD如何使用
在SATA和SAS时代，SSD的外形比较简单，都是2.5英寸规格，主要的区别是厚度不同，譬如7mm厚的基本可以确定是SATA SSD，15mm厚的基本可以确定是SAS SSD。SATA SSD的情况尤其简单，所有能插硬盘的服务器都可以无缝接入。甚至那个时期的PCIe SSD也很简单，“规规矩矩”的PCIe插卡形式，几乎所有（留出PCIe插槽的）服务器都能用。
待到“寄生于”PCIe的NVMe SSD势力逐渐壮大，局面就明显复杂起来了：即使不考虑SAS，2.5英寸驱动器外观的也不一定就是SATA SSD——如果是U.2规格的NVMe SSD，怎么判定自己的服务器是否支持？即便是主流的机架式服务器，在前面驱动器仓位和后面PCIe插槽寻找SSD的方法也会失灵，因为里面的主板上可能还趴着口香糖大小的M.2 SSD……没错，在传统PCIe插卡之外，NVMe SSD又多了M.2和U.2两种规格。三种形态各有各的适用场景，各有各的硬件依赖，想顺利的用起来并不轻松，一不留神老司机也会被带到沟里去。
图为面向数据中心的Intel SSD产品，超过25个系列，其中有11个系列以“DC S”为开头，都是2.5英寸驱动器形式、采用SATA接口的SSD，暂不讨论；再排除“传统数据中心固态盘”，使用NVMe的有12个系列，全部以“DC P”（P代表PCIe）或“DC D”（D代表Dual –port，双端口）开头，最新一代NVMe SSD产品目前就有“DC P4xxx” 4个系列（“傲腾”略有特殊，非本文讨论重点）
以Intel面向数据中心市场的DC P4xxx系列为例，4个子系列涵盖了NVMe SSD的三种接口形态，如DC P4500/4600系列中都有U.2和传统PCIe插卡式两种形态，DC P4501中则有M.2和U.2两种形态，而DC P4510是Intel最新采用64层3D NAND技术的SSD，官网只公布了U.2接口形态。M.2、U.2和传统PCIe插卡式的不同特性与使用场景大致如下图所示：
不同接口形态（M.2、传统PCIe插卡式和U.2）SSD的主要特点与适用场景，可点击看大图
传统PCIe插卡式（Add-in Card，AIC）SSD可能是大家最熟悉的数据中心SSD，其历史可追溯到2007年，甚至更早，在NVMe诞生之前。其优点很明显，能够部署在任何标准的x86服务器之内，而不需要硬件有任何改动。尤其在NVMe被业界广泛接受、驱动程序内嵌到各种操作系统平台之后，使用更加方便。比如京东，就在其“老”服务器内批量使用PCIe插卡式NVMe SSD，大幅提升应用性能。值得注意的是，这儿的“老”并非单指已使用年限，也指没有为兼容新一代U.2 SSD而重新设计的服务器平台。
所谓的“老服务器”并没有一个明确的界限，但可简单地以是否支持U.2 SSD为判断条件。U.2是专为非易失性存储而设计的新一代（电气）接口标准，在SAS连接器的基础上，增加了PCIe x4通道以支持NVMe。采用U.2接口的2.5英寸规格SSD不仅具有前端热插拔易维护等优点，还可以支持NVMe规范中的双端口（Dual Port）多路径等企业级存储功能。因此，U.2 NVMe SSD已经被公认为企业级SSD的必然趋势，可用以替代现有的SATA/SAS SSD。
U.2接口设计规范，U.2的“学名”为SFF-8639，可以看作是在SAS接口的基础之上增加了PCIe x4通道，保留了对SATA/SAS的兼容，并且支持前端维护、热插拔，但需要软硬件上的支持
U.2接口可以向下兼容SATA/SAS硬盘，但反之并不成立，这就需要服务器厂商至少重新设计硬盘仓背板，将原来的SATA/SAS连接器替换为符合U.2规范的连接器，同时还需要增加支持PCIe的连接器，譬如OCuLink。所以“新服务器”指的是具备支持U.2 SSD的硬件环境，这需要磁盘背板和主板的通力协作，两者之间需要对应的线缆连接，必要时还会加入PCIe扩展卡。
Tips：
OCuLink是PCI-SIG标准组织在2015年发布的一种新的连接器标准，通常支持PCIe x4通道，也可支持更多到PCIe x8甚至x16，既可以用作服务器内部连接，也可用作外部连接，并且支持铜缆和光纤两种版本。
但值得注意的是，服务器内部连接并非只有OCuLink可选，实际上有部分服务器通过利用已有的连接器/线缆方案来提供对U.2 SSD的支持，比如Slimline或Mini SAS HD。但SlimLine和Mini SAS HD的连接器，相比OCuLink连接器，体积大、线缆粗，会占用数倍的硬盘仓背板面积，连接少数（比如4个）U.2 SSD还可接受，如果要连接更多—比如12/24块U.2 SSD，工程设计上实现的难度大幅增加。
从上到下依次为Slimline连接方案（上）、Mini SAS HD与Mini SAS连接器（中），以及OCuLink连接器（下）
相对于Slimline和Mini SAS连接方案，OCuLink连接器对硬盘仓背板的空间需求更小，线缆也更细，可以尽可能地减少对服务器内部散热气流的不利影响。
OCuLink（左）与Mini SAS HD（右）线缆，都连接一片PCIe x4通道的U.2 NVMe SSD，但Mini SAS HD线缆明显更粗，OCuLink线缆则“苗条”得多
以Intel最新的SkyLake（第一代至强可扩展处理器）平台为例，CPU的TDP最高可到205W，为了提高散热效率，Intel不仅增大了CPU的散热面积，还改进了CPU散热器。众所周知，硬盘仓背板位于服务器风扇墙的前面，相当于进风口，OCuLink更小的空间占用意味着更大的风道投影面积，能够最小化对服务器内部散热效率的影响。较早的Slimline或Mini SAS HD连接方案更像是过渡方案。
上图为来自两款服务器的硬盘仓背板，图上来自使用Intel Xeon E5 v4处理器、主板型号为S2600WT的白牌服务器，不支持U.2 SSD，所以只提供了Mini SAS HD连接（用于SAS/SATA）；图下为使用SkyLake处理器、主板型号为S2600WF的Intel新一代白牌服务器，增加了对U.2 SSD的支持，背板上也增加了OCuLink连接器，每块背板上支持8个OCuLink连接器，即支持8片U.2 SSD。普通2U24盘位的服务器通常使用3块这样的硬盘仓背板。相对于E5 v4服务器，虽然增加了OCuLink连接器，但磁盘背板上的开口面积没有受到明显影响，这对保证足够的气流通过是很关键的
OCuLink、Slimline或MiniSAS HD用于实现U.2背板与CPU（主板）之间的连接，磁盘背板不支持U.2可以更换，如果主板上没有对应的连接器怎么办？可以使用集成PCIe交换芯片的扩展卡，插在服务器主板的PCIe插槽上。PCIe交换卡上面提供OCuLink等规格的连接器，譬如某台Intel白牌服务器中就提供了这种PCIe交换扩展卡：
服务器内部用于U.2背板与CPU连接的PCIe交换扩展卡，上图产品来自Intel公司，采用PCIe x8通道，红框中即为OCuLink连接器，共8个，最大支持8片U.2 SSD。由于进出的PCIe带宽不对等，存在一定的收敛比，如果8个SSD都接上，下方PCIe x8插槽会成为带宽瓶颈
使用PCIe交换扩展卡的好处在于可以让任何x86服务器都能支持U.2 SSD，而不需重新设计主板，但仍需磁盘背板支持（不支持则要更换背板）U.2接口。但潜在问题是会占用PCIe插槽，这可能导致PCIe插槽紧张，毕竟服务器内部还需要接入其他的HBA，譬如高性能网卡。
Intel最新的至强可扩展处理器（代号SkyLake）虽然增加了PCIe通道数，从上一代的单颗处理器40条PCIe通道增加到48条PCIe通道。但是很难全部用PCIe插槽的方式来实现，毕竟原来的PCIe插槽+扩展槽的设计已经很紧凑了，物理空间的限制使其很难“挪出”更多适宜的空间。
OCuLink连接器较小的空间占用特点又有了发挥的空间，其可以直接布局到服务器主板上。面积小，可以灵活利用主板的“空白”空间；体积小，将对散热效率的影响降到最低。Intel在新一代支持SkyLake处理器的S2600WF系列主板上新增了4个OCuLink连接器，可以连接4片U.2 SSD。如下图所示：
支持SkyLake处理器的Intel白牌服务器主板设计（部分），除了保留传统的PCIe扩展插槽和板载的SATA、Mini SAS HD连接器之外，新增了2个M.2接口和4个OCuLink连接器（红色框）。图右两个红色框已经连接了两条外形低调不挡风的OCuLink线缆
关于U.2 SSD的内容就介绍到此，稍后企事录实验室将会对Intel最新的DC P4x00系列SSD进行评测，而服务器平台就是上面所展示的支持OCuLink+U.2 SSD的Intel白牌服务器。
企事录实验室用于评测Intel DC P4x00系列SSD的服务器平台，配备最新的Intel Xeon Gold 6146处理器，主频3.2GHz，可睿频到4.2GHz，高主频CPU更能发挥NVMe SSD的高性能；配上12核/24线程，达到165W的TDP对服务器的散热能力也提出了更高的挑战
再来看看M.2 SSD，其与U.2 SSD的相同点在于都能达到PCIe x4通道。但是M.2接口所面向的应用领域实际上不仅仅是企业级存储，而是大有一统客户端内部接口的趋势，所以M.2实际上有多种形态：
M.2接口实际上有3种不同形态，注意看上图黑框的接口，左二和左三为同一种。最右两种接口形态都可用于存储领域，但这两种接口形态虽然外形相似，内涵却大不同，红框中的才是支持NVMe的M.2接口（也可支持SATA），最大PCIe x4通道；黄框中的M.2只能支持SATA
M.2 SSD的最大优势在于节省空间，例如其宽度都是22mm，长度主要有60mm、80mm和110mm三种，所以在相应的产品规格中会有这样的注明：2260、2280或者22110，即以长度来区分，但目前主流M.2 SSD多用2280和22110两种规格；不同的M.2 SSD产品厚薄不均（如单面和双面），但都在3.5mm以内；而标准2.5英寸（U.2）驱动器规格SSD的长宽为100mm与70mm，通常不低于7mm（如Intel DC P4501）。其空间占用大致如下表：
