AI服务器工作之线材的接口介绍

上文介绍了服务器的分类和常见服务器cpu的命名规则，这一章我们来介绍关于服务器中常见线材的介绍，我们一起来看下吧！

SATA接口

SATA 接口是目前主流的串行数据传输接口，主要用于连接硬盘（HDD/SSD）、光驱等存储设备，相比早期的 IDE 接口，它在传输速度、线缆设计和兼容性上更具优势。

一、核心定义与定位

SATA 的全称为 "Serial Advanced Technology Attachment"，即串行高级技术附件。它通过串行方式传输数据，是替代传统并行 IDE（PATA）接口的标准，广泛应用于消费级电脑、服务器、嵌入式设备等场景，负责存储设备与主板之间的数据交互。

二、关键技术特点

1. 传输速度迭代：SATA 接口已发展多代，速度逐步提升。目前主流的 SATA III（SATA 6Gb/s）理论传输速率为 6Gbps（实际约 600MB/s），前两代 SATA I（1.5Gbps）、SATA II（3Gbps）已逐渐淘汰，仅在老旧设备中可见。
2. 线缆与接口设计：采用纤细的扁平线缆（通常为 7 针），相比 IDE 的 40 针排线更节省空间，且能减少信号干扰；接口分为 "公头"（设备端，如硬盘）和 "母头"（主板 / 转接卡端），插拔便捷，支持热插拔（需设备和系统同时支持）。
3. 兼容性优势：SATA 接口向下兼容，例如 SATA III 的硬盘可插在 SATA II 的主板接口上使用（速度会降至 3Gbps），反之则需确认主板是否支持更高规格。此外，通过转接卡，SATA 设备还可兼容 M.2、PCIe 等接口场景。

三、主要应用场景

• 消费级存储：绝大多数家用电脑、笔记本的机械硬盘（HDD）和入门级固态硬盘（SATA SSD）均采用 SATA 接口，是连接存储设备的核心接口。
• 光存储设备：传统的 DVD 光驱、蓝光光驱，仍以 SATA 接口作为数据和供电的主要连接方式。
• 服务器与 NAS：部分服务器或网络存储（NAS）设备中，为兼顾兼容性和成本，仍会搭配 SATA 接口的硬盘，用于扩展存储容量。

FF-8087

• 定义与起源：SFF-8087 是一种用于服务器和存储设备之间高速数据传输的小型化高性能接口标准，在 20 世纪 90 年代晚期被标准化组织所采纳，并随着 SAS 技术的进步而不断演化。
• 物理结构：SFF-8087 接口是一种小型连接器，通常有 36 个引脚，其设计注重于提高数据传输速率和减少物理空间占用，优化了信号路径以降低电磁干扰和减少信号衰减。它支持多种端口类型，包括内置的服务器背板连接器和外置的 SAS 扩展器端口。
• 电气特性：SFF-8087 的工作电压为 3.3V 或 12V，阻抗为 100 欧姆 ±10%，最大电流为 1.5A。它支持热插拔操作，但需要特定的硬件和固件支持来确保在插拔过程中不会损坏设备。
• 协议标准：SFF-8087 严格遵循 SAS 协议，同时也兼容 SATA 协议，这使得它既能为高性能存储系统提供连接的灵活性，又能扩展其在消费者和企业级市场中的应用范围。
• 传输速度：SFF-8087 连接器支持串行 ATA（SATA）和串行 SCSI（SAS）协议，SATA 接口最高传输速度可达 6Gbps，SAS 接口的带宽表现更出色，第一代 SAS 的传输速率就能达到 3Gbps，在最新的 SAS-4 标准中，传输速率已可达 22.5Gbps。
• 应用场景：由于其高速率、高密度和扩展性，SFF-8087 广泛应用于数据中心、高性能计算（HPC）、存储阵列等场景，可有效实现服务器内部以及服务器与存储设备之间的高速数据传输。

SFF-8643

• 标准制定：SFF-8643 由 SFF 委员会制定，SFF 即小型化形式因素，是描述特定尺寸和形状硬件组件的行业术语。该标准遵循 SNIA（存储网络行业协会）的技术工作小组政策和程序，其最新版本为 SFF-8643 Rev3.5。
• 物理特性：SFF-8643 是一种 36 针的连接器，采用塑料体，通常用于内部连接，其物理设计紧凑，适应了现代数据中心对空间效率的要求。
• 传输速率：SFF-8643 基于 SAS 3.0 规范设计，支持 12Gb/s 的数据传输速率，可提供 4 至 8 条数据通道，总带宽最高可达 96Gb/s。
• 应用协议：支持 SATA 3.0 和 SAS 3.0 协议，兼容传统的硬盘、固态硬盘与 RAID 控制器，能满足大数据传输和高性能计算的需求。
• 应用场景：广泛应用于 RAID、工作站、机架式服务器、服务器、储物架等场景，尤其在企业级存储系统中应用较多。

SFF-8088

• SFF-8088
  • 定义：SFF-8088 是一种 26 针的 Mini SAS 接口，主要用于实现 Mini SAS 外部互连解决方案。
  • 传输速率：SFF-8088 符合 SAS2.0 规范，一个接口可以提供 2400MB/s 的带宽，发送率为 6Gbps。
  • 物理特性：采用与屏蔽外部连接兼容的金属外壳，这种设计有助于减少信号干扰，保证数据传输的稳定性。
  • 应用场景：SFF-8088 广泛应用于数据通讯领域，如服务器、机架式服务器、工作站、RAID 独立冗余磁盘阵列等。

SFF-8644

• 标准与定义：SFF-8644 接口标准符合 SAS 2.1 和 SAS 3.0 行业标准，也兼容 PCI Express Gen3 等应用，旨在为存储设备等提供高速、可靠的数据连接。
• 物理特性：SFF-8644 通常是 36 针的连接器，具有 11 毫米（端口到端口）的高端口密度，其电缆采用 26、28 和 30 美国线规（AWG），连接器后壳为薄型设计，可在应用距离小于 3 米的情况下实现高密度 I/O 面板端口布局。
• 传输速率：该接口支持 4 通道，每个通道的数据传输速率可达 12Gb/s，聚合带宽最高可达 48Gb/s，不过它也能兼容 6Gb/s 等较低的传输速率。
• 电气特性：阻抗为 100 欧姆，工作温度范围一般为 - 40°C 至 85°C。
• 应用场景：SFF-8644 广泛应用于高性能计算、机架式服务器、廉价磁盘冗余阵列（RAID）等场景，可用于连接服务器、存储设备、交换机等，实现设备之间的高速数据传输。此外，通过转接电缆，SFF-8644 还可与 SFF-8088 等其他接口连接，实现与旧系统硬件的向后集成。

SFF-8611

SFF-8611 是一种高性能数据连接器标准。以下是其基本介绍：

• 定义与标准：SFF-8611 由 SFF（Small Form Factor）委员会定义，是 OCuLink（Optical Copper Link）接口标准中主机端的接口形态，设备端接口形态为 SFF-8612。它遵循纯 PCIe 通道，支持多种协议，如 PCIe 3.0、PCIe 4.0 等。
• 接口特点
  • 传输速率：支持 6Gbps 或 12Gbps 的数据传输速率，在 PCIe 4.0 协议下，8 通道的 SFF-8611 总带宽可达 64Gbps。
  • 端口类型：通常有 8 通道（8i）或 4 通道（4i）两种配置，"8i" 表示 8 通道输入和输出，"4i" 表示 4 通道输入和输出。
  • 连接器设计：采用小型化设计，适合高密度设备连接，支持密集型端口配置，可有效提高端口利用率。
  • 兼容性：支持 SAS 2.0/3.0 设备，兼容光纤、铜缆及混合连接，能与现有硬盘、SSD 和 RAID 设备等良好兼容。
• 应用场景
  • 数据中心存储互联：常用于连接数据中心的存储设备、交换机和主机，支持高效的存储互联和高速数据传输，特别适用于大规模存储阵列和数据备份。
  • 高性能计算（HPC）：在高性能计算环境中，用于实现大规模数据并行处理和存储访问，如超级计算机不同节点间的大量数据传输，以及存储集群中内存系统和存储设备的高速连接。
  • 企业级存储解决方案：在企业级存储的数据备份、恢复、存档等高并发场景下，SFF-8611 能确保数据的高效写入和读取，可用于连接服务器与存储设备，如网络附加存储（NAS）等。
• 局限性
  • 传输距离限制：适用于短距离传输，有效传输距离通常不超过 10 米，超过此距离建议使用光纤连接。
  • 安装成本较高：高密度连接器和特定的安装要求可能导致其安装成本高于传统的 SATA 或 SAS 连接。
  • 设备适配性问题：需要设备支持 SFF-8611 连接器标准，某些老旧设备可能不支持该接口。

SFF-8654（SlimSAS x8 x4）

SFF-8654 是一种高速接口标准，常用于服务器和存储设备等领域，以下是其基本介绍：

• 定义与标准：SFF-8654 是 SlimSAS 接口的一种标准，由 SFF（Small Form Factor）委员会定义。它是一种高密度互连系统，旨在为服务器和存储设备提供高速、高效的数据连接解决方案。
• 接口类型 ：
  • SlimSAS x4：具有 4 个通道，每个端口有 38 个引脚，支持的数据传输速率高达 12Gbps 或 24Gbps，符合 SAS 4.0 和 PCIe 4.0 规范。
  • SlimSAS x8：具有 8 个通道，每个端口有 74 个引脚，同样支持 12Gbps 或 24Gbps 的数据传输速率，能提供更高的带宽，满足对数据传输速度和容量要求更高的应用场景。
• 接口特点 ：
  • 高速传输：支持高达 24Gbps 的串行数据速率，满足 SAS 4.0 和 PCIe 4.0 等高速协议的要求，可提供强大的数据传输能力，例如在 PCIe 4.0 协议下，8 通道的 SFF-8654 总带宽可达 192Gbps。
  • 小型化设计：采用高密度连接器设计，引脚间距为 0.6mm，节省空间，适合在空间紧凑的服务器、存储设备等内部使用。
  • 良好的兼容性：提供 85 欧姆和 100 欧姆的阻抗选择，适用于 PCIe 和 SAS 应用，可与多种设备兼容，如服务器、交换机、路由器、RAID 系统等。
  • 信号稳定性高：具备良好的电气性能，能有效减少信号干扰和衰减，保证数据传输的准确性和稳定性，并且部分产品支持热插拔，方便设备的维护和升级。
• 应用场景 ：
  • 服务器内部连接：用于连接服务器内部的各种组件，如 CPU 与存储设备、存储控制器与硬盘等，实现高速数据传输。
  • 存储系统：在存储阵列、RAID 系统中，SFF-8654 可用于连接存储模块和控制模块，提高存储系统的性能和可靠性。
  • 数据中心：作为数据中心内部设备之间的高速连接接口，如连接服务器与存储设备、服务器与交换机等，有助于提升数据中心的整体性能和效率。

MCIO

MCIO 即 Mini Cool Edge I/O，是一种专为高密度、高速数据传输设计的新型服务器接口技术。以下是其详细介绍：

• 定义与标准：MCIO 的规范标准为 SFF-TA-1016，它是一种高密度的内部电缆互连解决方案，具有 0.6mm 的引脚间距。
• 接口特点
  • 支持多通道：MCIO 有多种通道配置，如 MCIO 4I 合并 4 通道，支持 PCIe 5.0 x4（64GT/s）；MCIO 8I 合并 8 通道，带宽可达 128GT/s；MCIO 16I 最高支持 16 通道，满足 PCIe 5.0 x16（512GT/s）的需求。
  • 传输速率高：支持高达 PCIe 5.0 的 32GT/s 数据传输速率，未来可扩展至支持 112GT/s PAM-4。
  • 兼容性强：原生支持 PCIe 5.0、CXL 及未来的 PCIe 6.0，向下兼容 PCIe 1.0-4.0，还支持 SAS、Ethernet 等多种协议。
  • 信号完整性好：通过优化设计，如 85ohm 差分阻抗设计等，MCIO 能有效减少信号干扰和衰减，确保高速信号传输的准确性和稳定性。
  • 设计灵活：连接器有直插、弯角、侧出等多种形态，适配不同服务器空间布局，同时支持电缆到板和板到板的应用。
• 应用场景
  • 数据中心与高性能计算：可用于 PCIe 5.0 SSD 直连，替代传统 SAS/SAS 扩展卡，减少延迟；也可用于 GPU/FPGA 加速互联，为 AI 训练节点提供高带宽板间连接，支持多卡协同计算。
  • 存储与网络设备：MCIO 8X 转双 Mini SAS HD（SFF-8643）线缆可实现新旧存储背板混合部署；部分厂商将 MCIO 用于定制化网卡模块，支持 100G 以太网。
  • 调试与测试工具：如 PCIe 5.0 MCIO 采集卡等协议分析适配卡，可用于对高速信号进行调试和测试。
• 主要厂商：包括安费诺、泰科、富士康、得意、ACES、华丰科技、立讯精密等。

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| 特性 | SATA | FF-8087 | SFF-8643 | SFF-8088 | SFF-8644 | SFF-8611 | SFF-8654（SlimSAS x8 x4） | MCIO |
| 传输速率 | 6Gbps (SATA 3.0) | 6Gbps (SAS 2.0) | 12Gbps (SAS 3.0) | 6Gbps (SAS 2.0) | 12Gbps (SAS 3.0) | 24Gbps (SAS 4.0) | 12Gbps (SAS 3.0) | 通常为12Gbps (SAS 3.0) |
| 接口形态 | 7针数据排线 + 15针电源线 | 36针Mini SAS | 36针Mini SAS HD | 26针Mini SAS | 36针Mini SAS HD | 36针Mini SAS HD | 36针或74针Slim SAS | 26针或36针 |
| 兼容性 | 兼容性极强，支持2003年以后生产的所有主流主板 | 兼容SAS和SATA协议 | 兼容SAS和SATA协议 | 兼容SAS和SATA协议 | 兼容SAS和SATA协议 | 兼容SAS和PCIe协议 | 兼容SAS和PCIe协议 | 兼容SAS协议，部分支持PCIe |
| 应用场景 | 常规办公、影音娱乐等轻负载场景 | 服务器内部SAS HBA与SAS驱动器之间的连接 | 服务器内部SAS HBA与SAS驱动器之间的连接 | 服务器与外部存储设备或扩展器之间的连接 | 服务器与外部存储设备或扩展器之间的连接 | 高性能计算、数据中心、服务器内部组件连接 | 数据中心、高密度存储阵列、企业级存储 | 服务器内部组件连接、存储系统 |
| 外壳材质 | 塑料体 | 塑料体 | 塑料体 | 金属外壳 | 金属外壳 | 金属或塑料外壳 | 金属或塑料外壳 | 金属或塑料外壳 |
| 针脚数量 | 7针数据 + 15针电源 | 36针 | 36针 | 26针 | 36针 | 36针 | 36针或74针 | 26针或36针 |
| 热插拔支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 |
| 主要用途 | 内部存储设备连接 | 内部存储设备连接 | 内部存储设备连接 | 外部存储设备连接 | 外部存储设备连接 | 内部和外部组件连接 | 内部和外部组件连接 | 内部组件连接 |