【高清视频】5个高清视频告诉你:PCIe 6.0 SSD测试环境搭建转接卡/线与隐藏风险全解析 //* 对于Gen6 E1/E3转接卡感兴趣的看这里。
【每日一题】PCIe Gen6 EDSFF SMPM Fixture Set是个啥东西?
手里拿到的是 E1.S、E3.S 甚至 CXL EDSFF 模组,但实验室的服务器或者测试平台上,最方便使用的接口却往往还是标准 PCIe CEM 插槽。
怎么办?
最直接的方法,就是用一张 EDSFF Device → PCIe CEM Gold Finger 的转接卡。
看起来不过就是“把一个接口转成另外一个接口”,好像没有什么复杂的。但实际用过以后会发现,这里面至少涉及几个特别容易混淆的问题:
E1.S 和 E3.S 为什么有时候可以用同一类转接卡?
一个看起来像 x8 的 EDSFF Connector,为什么我们平时测试的 SSD 大部分其实只跑 x4?
为什么 E3.S 基本很难插反,而某些 E1.S 在测试转接卡上却真的可能反着插进去?
更麻烦的是——如果反着插进去以后直接开机,为什么真的有可能把 SSD 或者 Connector 烧掉?
这次我们就拿一张 Serial Cables 的 EDSFF Vertical Adapter,再配合几种不同的 EDSFF Device,现场把这些问题拆开来看。
这次演示使用的是一张 Serial Cables PCIe Gen5 x8 Slot to E3 EDSFF Vertical Adapter。
从板子上的型号可以看到,它属于 PCIe 5.0、x8、EDSFF E3 Vertical Adapter 这一类产品。
Serial Cables 官方目前仍然可以查到这款产品,对应型号为:
PCI5-AD-x8EDSFF-E3V-01
也就是说,一端是标准 PCIe CEM 金手指,可以直接插到服务器、工作站或者测试平台的 PCIe 插槽中;另外一端则提供 EDSFF Device 接口。官方页面同时提供 E3 和 E1 相关配置选项。
现场这张属于 Gen5 x8 版本。
但如果现在做 PCIe Gen6 测试,Serial Cables 也已经有对应的 Gen6 EDSFF Adapter,例如 Gen6 x8 → E1、Gen6 x16 → E3 等产品。PCIe 6.0 的单 Lane 原始速率已经从 Gen5 的 32 GT/s 提升到 64 GT/s,因此到了 Gen6,这种看似简单的转接板其实已经属于非常典型的高速信号通道器件了。
所以不要小看一块“转接卡”。
到了 Gen5、Gen6,它不仅需要把 Connector 接起来,更重要的是要保证高速差分信号、Reference Clock、Sideband、供电等信号都正确地传递。
把转接卡翻过来以后,可以比较直观地看到 EDSFF Connector 的结构。
现场这张卡支持到 x8,因此整个 Connector 看起来明显比普通 x4 SSD 所需要的高速信号部分更长。
这里很容易产生一个误区:
“既然这个 Connector 是 x8,那插进去的 SSD 就一定是 x8 吗?”
当然不是。
实际企业级 NVMe SSD 中,目前非常常见的仍然是 PCIe x4。
而 EDSFF 这套 Connector 本身具有更强的扩展能力。SNIA 对 EDSFF 的定义中,E3 系列可以支持 PCIe x4、x8 甚至 x16;E1.S 的最新设计同样可以根据应用支持更宽的 PCIe Link,而主流 SSD 通常还是 x4。
这也正是为什么现场会看到:
一张 x8 的转接板,可以插一个 x4 SSD。
对于 SSD 来说,它只会使用自己需要的 PCIe Lane;转接卡剩余的高速 Lane 并不会因为“Connector 比较长”就自动被 SSD 使用。
除此以外,这个接口里面还有另外一类同样重要、但平时容易被忽略的东西——供电和 Sideband 信号。
EDSFF 并不只是“PCIe TX/RX”。
按照 SFF-TA-1009,EDSFF Connector 中除了 PCIe 高速数据通道,还包含 12 V 主供电、3.3 Vaux 辅助供电,以及 SMBus/I3C、Presence Detection 等管理和控制信号。
所以从测试工程师角度看,这个 Connector 实际上传递的是:
高速 PCIe 链路 + 电源 + 时钟 + Reset + Presence + 管理/Sideband。
理解这一点以后,后面“为什么插反可能烧东西”就容易理解了。
接下来先拿一个相对“不容易出错”的 Device 来试。
现场使用的是一块 PCIe Gen5 x8 CXL 内存扩展模组。
把它插进 EDSFF Connector,可以看到位置基本是唯一的。
这种 Device 本身有比较完整的机械结构、外壳和 Bracket,所以如果方向反过来,机械结构本身就会干涉。
换句话说:
你即使想反着插,也会发现 Connector 和金手指的位置对不上,Bracket 的位置同样不允许它正常进入。
这就是我们平常所说的机械防呆。
因此对于这种完整 E3 结构的设备来说,实际操作时相对放心一些。
这里也顺便解释一个经常被问到的问题:
SSD 以存储为主要用途,主流企业级 NVMe SSD 通常使用 x4 PCIe。
但 EDSFF 并不是“专门给 SSD 做的插头”。
E3 系列最初虽然大量用于企业级 SSD,但它的尺寸、供电能力和 PCIe Lane 扩展能力,使它也可以承载 CXL Memory、NIC、Accelerator 等设备。SNIA 对 E3 的定义本身就支持 x4、x8 和 x16 等不同链路宽度。
所以现场拿到一个 Gen5 x8 CXL Memory Module,并不奇怪。
需要注意的是,也不能反过来说“CXL 一定是 x8 或者 x16”。
具体使用多少 Lane,仍然取决于设备和系统设计。
接下来换一块 E3.S SSD。
现场这块盘的好处是,SSD Connector 附近已经清楚地标出了一个白色箭头。
这个箭头非常重要。
我们在转接卡对应的一侧也预先做了箭头标记。
实际安装时非常简单:
箭头对箭头。
两个箭头在同一侧,然后把 SSD 插进去。
正确方向下,SSD 会自然进入 Connector。
如果故意反过来呢?
现场实际试了一下,可以看到这块 E3.S SSD 因为外壳、Bracket 和 Connector 相对位置的关系,反方向并不能真正插到底。
所以对于这类完整 E3.S Device 来说,本身机械结构已经提供了一定程度的防呆。
同时还有一个细节值得注意。
虽然我们用的是一张 x8 EDSFF Adapter,但这块 SSD 实际只使用其中的 x4 Lane。
所以从物理 Connector 来看,你会发现还有一部分高速通道并没有被这个 SSD 使用。
这是正常现象。
接下来换另外一块盘。
这是一块 PCIe Gen6 x4 E1.S SSD。
问题来了。
我们仔细看 SSD Connector 两面,会发现这块盘本身没有像刚才的 E3.S 那样,清清楚楚地给你印一个很醒目的方向箭头。
如果是第一次接这种盘,确实很容易产生疑问:
到底哪面朝哪边?
这时候最简单的方法,其实不是凭感觉。
现场采用了一个很实用的方法:
找一块方向已经确定、而且带有箭头标记的 E3.S Device,把两块盘的 EDSFF Card Edge 放在一起进行比较。
为什么可以这样做?
因为 E1.S 和 E3.S 都属于 EDSFF 家族。
EDSFF 的一个重要设计思想,就是不同 Form Factor 之间共享统一的高速连接器和 Pinout 体系。SNIA 的资料明确说明,目前 EDSFF 家族共享 SFF-TA-1002 Connector,并按照 SFF-TA-1009 定义信号和 Pinout;SNIA 甚至专门提到,一块 E1.S Device 在电气上可以兼容 E3 Slot。
因此把已经确定方向的 E3.S 和 E1.S 金手指放在一起比较,就可以帮助判断 E1.S 的正确方向。
现场实际对齐以后,可以看到两块 Device 对应侧的 Card Edge 特征是能够对应起来的。
确认方向以后,我们的做法非常简单:
直接在 E1.S SSD 上贴一个箭头标签。
然后在 Adapter 上也贴一个对应箭头。
今后任何工程师使用,都不需要重新研究 Pinout,也不用凭经验猜。
直接:
箭头对箭头。
这是一个非常简单,但在实验室里非常实用的小习惯。
接下来就是这段演示里最值得强调的地方。
E3.S 由于外壳和机械结构限制,刚才我们已经看到,反方向基本插不进去。
但是这块 E1.S 不一样。
在这张测试转接卡当前的机械结构下,Connector 周围留出的空间比较大。
所以把 E1.S SSD 反过来以后,会出现一个危险的情况:
它竟然真的可以物理插进去。
注意,这一点一定要限定在这里演示的转接卡机械环境中。
并不是说“EDSFF 规范设计成了可以正反插”,更不能理解成“所有 E1.S Slot 都能反插”。
这里说的是:
这个具体 Adapter + E1.S Device 的机械组合,没有完全阻止错误方向插入。
真正危险的地方还不是“插进去了”。
而是——
插进去以后开机。
前面已经提过,EDSFF Connector 里面不仅仅有 PCIe TX/RX。
它还存在 12 V 主供电、3.3 Vaux,以及大量管理和 Sideband 信号。SFF-TA-1009 明确定义了 EDSFF 的 12 V 主电源和 3.3 Vaux 辅助电源;在更宽的 Connector Pinout 中,可以直接看到多个 12 V Power Contact。
正常方向插入时:
供电 Pin 对供电 Pin,Ground 对 Ground,高速信号对高速信号。
但是如果一个并非为双向插入设计的 Device 被机械上强行反向插进去,那么原来的 Pin 对应关系就可能完全错位。
最危险的情况就是:
原本应该进入电源脚的 12 V,被错误地送到了设备另外一侧不应该承受 12 V 的信号节点。
结果可能是什么?
SSD Controller、PMIC、管理电路或者其他器件可能立即损坏。
严重时,转接卡上的 Connector、供电路径也有可能受损。
所以现场说“可能烧盘、也可能烧 Connector”,并不是危言耸听。
这实际上是典型的:
Mechanical Mis-insertion → Electrical Mis-mating。
机械上让你插进去了,不代表电气上允许这样连接。
现场还用了一个很形象的比喻。
从操作体验上看,这种 E1.S 如果正反都能够塞进测试治具,会让人很容易联想到 USB Type-C。
Type-C 给我们的习惯是什么?
不需要找方向。
正着插,反着插,都可以。
但是 EDSFF 这里千万不能按照这个思路操作。
USB Type-C 的 Connector、Pin Assignment 和协议从一开始就专门考虑了可翻转插入,因此无论哪一面朝上,系统都能够识别并建立正确的电气连接。
而这里的 EDSFF Device 并不是因为“标准支持翻转”才可以反向插进去。
它只是因为当前 Adapter 周围的机械空间碰巧允许你以错误方向插入。
这两个概念完全不同。
所以在实验室里看到:
“反过来也能插进去。”
绝对不能得出:
“既然能插,那应该就能用。”
对于这种高速接口,这可能是一个非常昂贵的误判。
演示最后,我们把几种 Device 放在一起做了一次直观比较。
首先是普通 E3.S。
然后是更厚的 E3.S 2T。
再旁边则是体积明显更小、更窄的 E1.S。
工程现场经常会简单地把 2T 理解成“Double Thickness”,这个说法便于记忆。
不过如果严格按照标准尺寸来看,普通 E3.S 厚度是 7.5 mm,E3.S 2T 是 16.8 mm,所以这里的“2T”更适合理解成一种双厚度级别的机械规格名称,而不是拿 7.5 mm 简单乘以 2。
E1.S 则有多种不同厚度版本,包括裸板、Heat Spreader,以及不同厚度的 Enclosure。
虽然这些 Device 的外观尺寸差别很大,但它们背后的共同点就是:
EDSFF。
EDSFF 全称:
Enterprise and Datacenter Standard Form Factor
也就是企业级和数据中心标准设备形态。
它并不是某一种 SSD 尺寸的名称,而是一整个 Form Factor 家族。
E1.S、E1.L、E3.S、E3.L 都属于这个家族。
而这个家族能够共享 Connector 和 Pinout 体系,恰恰是为什么实验室可以围绕一套 EDSFF 基础设施,搭建适配不同 Device 的测试环境。SNIA 也特别强调,EDSFF 统一 Connector 和 Pinout 的好处之一,就是测试基础设施能够覆盖多个 EDSFF Form Factor。
做高速接口测试的人经常会发现,真正耽误时间的不一定是什么特别深奥的协议问题。
反而经常是:
盘拿到了,但是服务器没有对应槽位;
E1.S 拿到了,平台只有 PCIe CEM;
CXL Module 拿到了,不知道怎么直接接到 Host;
设备到底是 x4 还是 x8;
这个 Connector 为什么比 SSD 金手指长;
方向到底怎么判断;
甚至最后就是一个非常朴素的问题:
“这块盘到底应该怎么插?”
Serial Cables 这一类 EDSFF Adapter 的价值其实就在这里。
它把 E1.S、E3.S、CXL Device 这些服务器内部形态的设备,转换成实验室里最容易获得的标准 PCIe CEM 接口。
对于 PCIe Analyzer、Exerciser、服务器主板、Workstation 或者其他 PCIe 测试平台来说,整个环境因此容易搭建很多。
尤其到了 PCIe Gen6,问题已经不仅仅是“能不能接上”。
PCIe 6.0 从 Gen5 的 32 GT/s 提升到了 64 GT/s,并切换到 PAM4,同时引入 FLIT、FEC 等机制。
所以以后我们看一张 EDSFF Adapter,也不能再简单理解成:
“无非就是几根线从 A 接到 B。”
实际上,一张合格的 Gen6 Adapter 背后还涉及高速差分通道的阻抗、Insertion Loss、Return Loss、Crosstalk、Connector 性能、PCB 材料和走线长度等一系列 SI 问题。
而这些复杂问题到了真正使用的时候,最终往往会浓缩成工程师桌面上几个最简单的动作:
插盘。
上电。
Link Training。
跑到目标速率。
然后开始抓包、做协议分析、功耗分析或者异常测试。
但所有这些工作的第一步,都建立在一个最基本的前提上:
先把盘插对。
尤其是 E1.S。
如果设备本身没有明显方向标记,而测试治具又允许反向插入,最简单可靠的办法就是我们现场采用的办法:
确认一次方向,然后在 Device 和 Adapter 两边都贴上清楚的箭头。
以后任何人来操作,只记住一句话:
箭头对箭头。
别等到按下 Power Button 以后,才发现方向搞反了。
那时候,付出的可能就不只是重新插一次盘的代价了。
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