Dyski U.2 i U.3 - przemysłowa odpowiedź na ograniczenia SATA, SCSI i M.2

Czym jest U.2?

U.2 (dawniej SFF-8639) to interfejs pozwalający na podłączanie dysków NVMe przez złącze o rozmiarze klasycznego dysku 2,5". Fizycznie przypomina on złącze SAS/SATA. Jednak korzysta z protokołu NVMe oraz magistrali PCI Express (najczęściej x4 Gen3 lub Gen4). I oferuje przepustowość rzędu nawet 7 GB/s przy niskich opóźnieniach i obsłudze tysięcy jednoczesnych operacji wejścia/wyjścia (IOPS).

Zalety U.2 względem SATA

1. Wydajność: SATA III oferuje przepustowość do 6 Gb/s (~600 MB/s). Podczas gdy U.2 (przez PCIe x4 Gen3) umożliwia transfer rzędu do 32 Gb/s (~3,9 GB/s). Przy PCIe Gen4 ta wartość sięga nawet 64 Gb/s (~7,8 GB/s).
2. Opóźnienia: dzięki protokołowi NVMe, U.2 oferuje znacznie niższe opóźnienia w dostępie do danych niż AHCI używane w SATA.
3. Skalowalność i wydajność w środowisku serwerowym: U.2 obsługuje większe ilości operacji IOPS. Co jest kluczowe w środowiskach baz danych, wirtualizacji i analityki danych.

Korzyści U.2 względem SCSI (SAS)

1. Niższe opóźnienia: SCSI, nawet w wersji SAS-3 (12 Gb/s), ma wyższe narzuty protokołowe i większe opóźnienia w porównaniu z NVMe.
2. Wydajność: U.2 z PCIe x4 bije SAS pod względem surowej przepustowości i liczby operacji na sekundę.
3. Energooszczędność: NVMe zostało zaprojektowane z myślą o mniejszych narzutach energetycznych przy wysokiej wydajności.

Atuty U.2 względem M.2 NVMe

1. Dostępność hot-swap: M.2 NVMe, choć bardzo wydajne, nie oferuje możliwości wymiany dysku "na gorąco" (hot-swap), co jest istotne w serwerach i systemach wysokiej dostępności. U.2 to umożliwia.
2. Chłodzenie i form factor: M.2 ma ograniczone możliwości odprowadzania ciepła. U.2 w obudowie 2,5" pozwala na lepsze chłodzenie i dłuższą żywotność pod dużym obciążeniem.
3. Większe pojemności: z racji fizycznie większej obudowy, U.2 może pomieścić więcej kości NAND, oferując większe pojemności niż standardowe M.2 2280.
4. Większa odporność mechaniczna – forma 2,5" z metalową obudową jest lepsza do zastosowań przemysłowych.
5. Lepsza integracja w systemach serwerowych i przemysłowych: Gniazda U.2 są powszechnie stosowane w profesjonalnych płytach głównych, obudowach i backplane'ach, oferując łatwiejszy serwis i zarządzanie zasobami pamięci masowej.

Kiedy warto wybrać U.2?

To idealne rozwiązanie dla:

• serwerów i stacji roboczych wymagających wysokiej dostępności i możliwości wymiany dysków,
• systemów przemysłowych z ograniczeniami przestrzennymi, gdzie ważna jest niezawodność i termika,
• komputerów, gdzie kluczowe znacznie ma szybkość zapisu i odczytu danych lub jednocześnie duża pojemność i mały rozmiar
• środowisk przetwarzających duże ilości danych, jak centra danych, AI, HPC i systemy bazodanowe.

U.3 – Zupełnie nowy standard czy ewolucja interfejsu U.2?

Standard U.3 (SFF-TA-1001) to następca U.2, zaprojektowany z myślą o uproszczeniu i unifikacji infrastruktury serwerowej. W przeciwieństwie do U.2, który obsługuje osobne linie zasilania i sygnałowe dla NVMe, SATA i SAS, U.3 łączy je w jedno złącze, pozwalając płycie głównej automatycznie wykrywać typ podłączonego dysku. Dzięki temu możliwa jest wymienność nośników NVMe, SAS i SATA w jednej zatoce bez konieczności stosowania dodatkowych adapterów czy przełączników. Choć mechanicznie złącze U.3 wygląda identycznie jak U.2, to jego funkcjonalność wymaga zgodnego kontrolera (tri-mode). U.3 zyskuje popularność w centrach danych i serwerowniach, gdzie elastyczność i ograniczenie okablowania odgrywają kluczową rolę.

U.2 to standard przemysłowy NVMe/SATA/SAS z fizycznym złączem SFF-8639, który wymaga konfiguracji pod konkretne protokoły.

U.3 opiera się na tych samych protokołach transmisji co U.2. Więc osiąga takie same prędkości transferów, ale rozszerza możliwości U.2 o uniwersalność. To ten sam port, ale „inteligentny”, wspierający autodetekcję protokołu i hot-swap bez różnicy, czy używasz NVMe, SAS czy SATA.

Dyski U.3 projektowane są jako kompatybilne z U.2 i to ten standard jako bardziej uniwersalny następca wydaje się być przyszłością branży.

Rozwój technologii. Jak dużą pojemność mogą mieć dyski U.2 i U.3?

Pierwszy dysk SSD U.2 wprowadzono w 2015 roku o pojemności maksymalnej 1,2 TB (Intel SSD 750 Series). Co prawda były to wartości sporo mniejsze niż klasycznych dysków HDD, ale dzięki rozwojowi produkcji pamięci NAND, maksymalna pojemność rośnie praktycznie w każdym roku, a producenci ścigają się przekraczając kolejne granice. Nie jest też to standard jednej firmy. Wszyscy najwięksi producenci nośników SSD mają swoje modele z tym interfejsem.

W 2024 roku zaprezentowano pierwszy dysk o pojemności 122 TB (Solidigm D5-P5336) i jest to aktualny rekord, który kilkakrotnie wyprzedza już tradycyjne HDD.
Postępujące procesy technologiczne pozwalają jednocześnie obniżać ceny dysków o mniejszych pojemnościach. Nośniki U.2 początkowo stosowane tylko w najwydajniejszych serwerach trafiły już do komputerów przemysłowych, a możliwe, że niedługo ich zalety będą wykorzystywane również w komputerach z rynku konsumenckiego.
W przeciągu najbliższych 2 lat zgodnie z zapowiedziami producentów powinniśmy otrzymać dyski SSD o pojemnościach powyżej 500 TB. Kiedy pierwszy dysk 1 PB? Jeżeli tempo rozwoju będzie na aktualnym poziomie to jeszcze w tej dekadzie.

Podsumowanie

Z pewnością dyski U.2 i U.3 wypełniają lukę między wysoką wydajnością NVMe, a praktycznymi wymaganiami centrów danych i przemysłowych platform sprzętowych. W porównaniu do SATA i SCSI oferują nowoczesną architekturę o ogromnej przepustowości, a względem M.2 NVMe – większą trwałość, możliwość hot-swap i lepszą skalowalność. Zaś technologia SSD U.3 bardzo szybko się rozwija i jest uznawana za rozwiązanie przyszłościowe, a ilość różnych potencjalnych scenariuszy zastosowania stale rośnie.

Chcę użyć dysków U.2/U.3, aby skorzystać z ich zalet, jak zbudować komputer?

Do takiego zagadnienia można podejść wieloma różnymi metodami. Pierwszym sposobem jest użycie płyty głównej przystosowanej przez producenta do użycia takich dysków. Znakomitym przykładem może być płyta Advantech AIMB-592. Posiada ona 2 złącza slimline SAS 4i do połączenia takich dysków.

Ze względu na wykorzystanie przez dyski U.2 linii PCI-E można wykorzystać wolne złącza PCI-E lub M.2 i zastosować odpowiednie adaptery.

W rezultacie pozwala to na wykorzystanie zalet nowoczesnych dysków U.2 w komputerach, które nie były projektowane z myślą o nich. Jeżeli chcemy, aby dyski były łatwo dostępne dla użytkownika można zastosować dodatkowe kieszenie na froncie obudowy.

W każdej chwili można zwrócić się do CSI S.A. z prośbą o odpowiednie dobranie komponentów do indywidualnych potrzeb.
Współpracujemy z szeroką gamą producentów płyt głównych, dysków, kart rozszerzeń, adapterów czy kieszeni. W związku z czym możemy zaproponować najbardziej optymalne rozwiązanie dla danej aplikacji.
Czekamy na pytania: 📧 kontakt@csi.pl.