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OCP文档分享:PCIe Gen5 EDSFF NVMe SSD 参考设计

发布时间：2026-09-26 09:56:02 最近访问：2026-09-26 09:55:29

本文档为 Open Compute Project（OCP）发布的《Catalina: PCIe Gen5 EDSFF NVMe SSD Reference Designs》v1.0.1 中文全译本，供学习交流参考；如有歧义，请以英文原文为准。文中图、表编号为译者所加。

开放计算项目（Open Compute Project, OCP）版本 1.0.1　|　发布日期：2024 年 9 月 16 日作者：Xiaochun Wang、Kaiqiang Zhao、Keith McKay

版本历史

日期	版本	作者	说明
2024 年 9 月 5 日	1.0.0	Xiaochun WangKaiqiang ZhaoKeith McKay	首次发布
2024 年 9 月 16 日	1.0.1	Xiaochun WangKaiqiang ZhaoKeith McKay	修正了少量排版错误

1. 许可证

开放 Web 基金会（OWF）CLA

本规范的贡献由 ScaleFlux, Inc. 依照修订版 OWF-CLA-1.0（截至 2021 年 8 月 16 日，原文此处误写为 “20213”）（“贡献许可协议”）所载条款和条件作出。

本规范的使用受修订版 OWFa1.0 最终规范协议（FSA）（截至 2021 年 8 月 16 日）（“规范许可协议”）所载条款和条件的约束。

您可以在 OCP 网站上查阅本规范贡献者所引用的适用规范许可协议：http://www.opencompute.org/participate/legal-documents/。如需上述任一协议的实际签署副本，请直接联系 OCP。

注意：上述许可不适用于附录。附录中的信息仅供参考，不具规范性。

尽管有前述许可，本规范由 OCP “按现状”提供，OCP 明确否认任何明示、暗示或其他形式的保证，包括与本规范相关的适销性、不侵权、特定用途适用性或权利归属的默示保证。特此声明：除上述许可授予的权利之外的其他权利（包括但不限于未签署上述许可的第三方的权利）可能因实施或遵循本规范而受到牵连。OCP 不负责识别实施本规范可能需要取得许可的权利。实施或以其他方式使用本规范的全部风险由您自行承担。在任何情况下，对于与您使用本规范相关或由此引发的任何索赔，OCP 均不对您承担任何金钱损害赔偿责任，包括但不限于利润损失，或因任何诉因（无论基于违约、侵权（包括过失）或其他）而产生的任何性质的后果性、附带性、间接性、特殊性或惩罚性损害，即使 OCP 已被告知发生此类损害的可能性。

2. OCP 核心原则的符合性

OCP 核心原则可参见 OCP 官方说明，以下各节描述了本设计对这些原则的遵循情况。

2.1 开放性（Openness）

支持第三方制造所需的全部设计文件均可下载。本规范也可以作为衍生设计的基础，例如实现其他形态尺寸（Form Factor）。

2.2 效率（Efficiency）

每瓦性能（Performance per Watt）是衡量 SSD 运行效率的关键指标。依据 OCP 数据中心 SSD 规范运行的多种功耗模式，可以为目标应用提供功耗与性能之间最恰当平衡的灵活性。

2.3 影响（Impact）

引入更多硬件供应商将提升供应链韧性。硬件供应商能够针对自己的供应链优化物料清单（BOM）。

2.4 规模（Scale）

实现 OCP 数据中心 SSD 规范的关键特性（包括遥测和时延监控），有助于在大规模部署中管理 SSD。

2.5 可持续性（Sustainability）

制造商可以灵活修改设计以达成自身目标。可以移除目标应用中不需要的元器件（例如 EEPROM），避免元器件在不需要的场景中被浪费。此外，使用本地供应链还可以减少运输相关的碳排放。

3. 范围

本文档包含 EDSFF（企业级与数据中心标准形态尺寸，Enterprise and Datacenter Standard Form Factor）PCIe Gen5 NVMe SSD 的基础规范（Base）、设计规范（Design）与产品规范（Product）。

4. 概述

Catalina 这一贡献旨在使制造商能够生产针对自身供应链优化的 SSD，或采用替代元器件 / 形态尺寸生产衍生设计。文档包含两款设计：采用 15mm 外壳的 E1.S，以及采用 7.5mm 1T 外壳的 E3.S。

5. 基础规范

5.1 环境法规合规与要求

Catalina 的设计符合以下法规要求：

法规/标准	说明
RoHS	符合《有害物质限制使用指令》
WEEE	符合《废弃电气电子设备指令》
FCC	美国联邦通信委员会（FCC）关于电磁干扰的法规
UL	美国保险商实验室（UL）产品安全认证
cULus	美国保险商实验室（UL）针对美国（UL）与加拿大（cUL）双地区的产品安全认证
CE	在欧洲经济区（EEA）内销售产品的健康、安全与环境保护标准
CAN ICES-3(B)/NMB-3(B)	加拿大工业部（Industry Canada）无线电干扰标准
RCM	澳大利亚与新西兰针对电气安全、电磁兼容及电信的监管要求
UKCA	英国合格评定（United Kingdom Conformity Assessment）
VCCI	日本信息技术设备自愿控制委员会（VCCI）电磁干扰标准
ICES	加拿大 ICES-003 电磁干扰标准
KCC	韩国安全与电磁兼容标准
NVMe	符合 NVMe（Non-Volatile Memory Express，非易失性内存主机控制器接口规范）标准
PCIe	符合 PCI Express 接口标准

获取必要或期望的各项认证由制造商自行负责。

环境条件的推荐限值见下表。

表 1　环境条件（工作与非工作状态）

参数	单位	数值
最高工作温度	°C	77
最高环境工作温度	°C	35
最低环境工作温度	°C	0
工作相对湿度上限（无冷凝）	%	90
工作相对湿度下限（无冷凝）	%	10
最大环境温度梯度	°C/小时	20
最高非工作（存储）温度	°C	85
最低非工作（存储）温度	°C	-40
非工作相对湿度上限（无冷凝）	%	95
非工作相对湿度下限（无冷凝）	%	5
最大非工作冲击（半正弦）	G	700
最大非工作振动（5–800Hz）	GRMS	3.13
最低海拔	英尺	-1000
最高海拔	英尺	10000

5.2 物理规格

Catalina 符合 E1.S（SFF-TA-1006：企业级与数据中心 1U 短设备形态尺寸）与 E3.S（SFF-TA-1008：企业级与数据中心标准形态尺寸）规范。两种形态尺寸的效果图如下。

图 1　带 15mm 散热器的 E1.S 外壳

图 2　1T 厚度的 E3.S 外壳

所有 EDSFF 设备均通过相同的卡缘连接器标准（SFF-TA-1002 1C）接入系统。下表列出了所选厚度规格的整体尺寸。

表 2　外壳尺寸

形态尺寸	高度	长度	厚度
E3.S 1T	76mm	112.75mm	7.5mm
E1.S 15mm	33.75mm	118.75mm	15mm

5.3 机械

外壳卡扣（latch）设计不在本规范范围之内。

5.4 电气要求

12V 与 3.3V AUX PCIe 供电轨的电源容差见下表。

表 3　电源容差

参数	单位	数值	备注
12V 供电容差	V	10.8 – 13.2	包含电源纹波
3.3V AUX 供电容差	V	2.97 – 3.465

5.5 热设计要求

Catalina 参考设计中包含的外壳，总体上按如下目标设计：在最高工作气温下，以 1.5 LFM（英尺/分钟）的风量即可散除各形态尺寸的额定功率上限。任何基于本规范的设计都应进行热参数建模，以确保满足预期的设计约束。

5.6 接口

Catalina 参考设计的顶层框图如下。SFF-TA-1002 1C 连接器提供 PCI Express 与 SMBus 外部主机接口。制造接口包括 JTAG 与 UART 接口。

图 3　系统框图

5.6.1 信号列表

E1.S 与 E3.S 设计均采用 SFF-TA-1002 规范定义的 1C 连接器。连接器的信号分配见下表。该连接器包含 56 个触点，在 GSSGSSG 配置下最多支持 18 对数据信号差分对。

表 4　主机接口信号列表（Host Interface Signal List）

引脚Pin	连接顺序Connection Sequence	B 面信号B-Side Signal	A 面信号A-Side Signal	连接顺序Connection Sequence	引脚Pin
B1	后接触	12V	GND	先接触	A1
B2	后接触	12V	GND	先接触	A2
B3	后接触	12V	GND	先接触	A3
B4	后接触	12V	GND	先接触	A4
B5	后接触	12V	GND	先接触	A5
B6	后接触	12V	GND	先接触	A6
B7	后接触	MFG	SMBCLK	后接触	A7
B8	后接触	RFU	SMBDAT	后接触	A8
B9	后接触	DUALPORTEN#	SMBRST#	后接触	A9
B10	后接触	PERST0#	LED	后接触	A10
B11	后接触	3.3 Vaux	PERST1#/CLKREQ#	后接触	A11
B12	后接触	PWRDIS	PRSNT0#	后接触	A12
B13	先接触	GND	GND	先接触	A13
B14	后接触	REFCLKn0	REFCLkn1	后接触	A14
B15	后接触	REFCLKp0	REFCLKp1	后接触	A15
B16	先接触	GND	GND	先接触	A16
B17	后接触	PETn0	PERn0	后接触	A17
B18	后接触	PETp0	PERp0	后接触	A18
B19	先接触	GND	GND	先接触	A19
B20	后接触	PETn1	PERn1	后接触	A20
B21	后接触	PETp1	PERp1	后接触	A21
B22	先接触	GND	GND	先接触	A22
B23	后接触	PETn2	PERn2	后接触	A23
B24	后接触	PETp2	PERp2	后接触	A24
B25	先接触	GND	GND	先接触	A25
B26	后接触	PETn3	PERn3	后接触	A26
B27	后接触	PETp3	PERp3	后接触	A27
B28	先接触	GND	GND	先接触	A28

5.6.2 边带接口（Sideband Interfaces）

设计中包含两个 I2C 接口和两个 SMBus 接口：I2C0 用于电源管理 IC 与温度传感器的监控和控制，I2C1 保留供未来使用。SMBus0 上连接的 EEPROM（用于 VPD 数据）为可选配置。另有一路 QSPI 接口，用于在 NOR Flash 中存放启动镜像与元数据。

5.7 板上电源系统

板上电源系统由以下几部分组成：

1. 热插拔控制器，用于管理热插入与热拔出；2. 掉电检测与保护系统，提供足够的保持（hold-up）能量，将所有易失性主机数据安全地写入非易失性存储；3. DC-DC 变换网络，满足各元器件供电轨的要求。

6. 设计规范

6.1 物理规格

6.1.1 E1.S 形态尺寸

E1.S 15mm 设计的内部视图如下：

图 4　E1.S 内部视图

PCB 顶面与底面视图如下：

图 5　E1.S PCB 顶面

图 6　E1.S PCB 底面

E1.S 形态尺寸采用单 PCB 设计。PCB 为 14 层板。PCB 内部尺寸如下：

表 5　E1.S PCB 尺寸

PCB 尺寸项	英寸	毫米
长度	4.37	111
宽度	1.23	31.35
厚度	0.062	1.57

图 7　E1.S PCB 尺寸标注图

6.1.2 E3.S 形态尺寸

E3.S 设计的内部视图如下：

图 8　E3.S 内部视图

PCB 顶面与底面视图如下：

图 9　E3.S 顶面与底面 PCB（一）

图 10　E3.S 顶面与底面 PCB（二）

E3.S 形态尺寸采用单 PCB 设计，PCB 为 14 层板。PCB 内部尺寸如下：

表 6　E3.S PCB 尺寸

PCB 尺寸项	英寸	毫米
长度	4.37	111
宽度	2.874	73
厚度	0.062	1.57

6.2 电气要求

E1.S 与 E3.S 设计共享相同的电气要求，针对 12V 与 3.3V AUX 主机供电的要求见下表。

表 7　12V 供电要求

参数	单位	数值	说明
最大持续功率	W	25	任意 1 秒周期内平均的最大功率。无论其他设置如何，设备功耗不得超过插槽功率上限。
最大突发功率	W	37.5	任意 100 µs 周期内平均的最大功率。
最大电流摆率	A/µs	0.3	在连接器处测得的任意阶跃电流的最大摆率。不含热插拔情形。
最大浪涌电流（Inrush）	A	2	在初始上电爬升至设备工作电压 90% 期间，主机插座处设备 12V 供电电流负载在任意 5 µs 周期内的平均最大值。
最大浪涌电容	µF	5	初始上电爬升至设备工作电压 90% 期间系统所呈现的电容。

表 8　3.3V 供电要求

参数	单位	数值	说明
供电容差	V	2.97 – 3.465	包含电源纹波。
最大电流	mA	25	供电电压进入其工作范围后，任意 100 µs 周期内测得的最大平均电流。
最大电流摆率	A/µs	0.3	在连接器处测得的任意阶跃电流的最大摆率。不含热插拔情形。
最大浪涌电容	µF	5	初始上电爬升至设备工作电压 90% 期间系统所呈现的电容。

6.3 接口

6.3.1 I2C 与 SMBus 接口

I2C0 与 SMBus 的拓扑如下图所示，图中标注了所连接元器件的默认地址与型号：

图 11　I2C 与 SMBus 拓扑

6.3.2 QSPI 接口

一路 QSPI 接口连接到 128Mbit NOR Flash 用于启动。系统设计支持设计阶段的系统内 NOR Flash 编程。默认情况下，NOR Flash 连接至 FX5016 控制器。当需要编程时，将 SEL 信号置低，MUX（多路选择器）会把 NOR 接口切换到编程排针（位于调试板上）以进行 NOR 编程。出于多种原因，设计者可以选择禁用该功能或移除 MUX。NOR Flash 拓扑如下图所示。

图 12　QSPI 拓扑

6.4 板上电源系统

系统电源树如下图所示。电源树中标注了各路输出电压与最大输出电流。

图 13　电源树设计

根据各元器件的上/下电时序要求，系统上电与下电顺序应遵循下图所示时序：

图 14　上电时序（Power on sequence）

图 15　下电时序（Power off sequence）

在设备使用过程中，可能出现服务器掉电、热拔出等意外断电情况。因此，掉电保护（PLP，Power Loss Protection）是保障在途数据安全的重要特性。Catalina 的 PLP 设计采用 MP5519 方案，基本原理如下图：正常工作模式下，一个大容量电容经升压变换电路充电；当主机供电异常时，MOSFET 断开，大容量电容经降压变换器向 DC/DC 变换器供电。

图 16　PLP 电路拓扑

7. 产品规范

全部设计文件随本规范一并提供。设计中使用的主要元器件见下表：

表 9　主要元器件（Major Components）

描述	厂商	料号
SOC（主控）	ScaleFlux	SFX 5016/DF02-010M-0H0
DRAM	SK hynix	H58G78BK8BX114N
NAND	KIOXIA	TH58LKT3Y48BA8S
NOR Flash	Macronix（旺宏）	MX25U12832FZNI02
温度传感器	TI（德州仪器）	TMP75CIDGKT
EEPROM	ST（意法半导体）	M34E04
PLP（掉电保护）	MPS（芯源系统）	MP5519GR-0014-Z

7.1 随附设计资料

针对每种形态尺寸，Catalina 参考设计包含以下设计资料：

● 物料清单（BOM）● PCB 布线文件（.brd）● 元件贴装图（Component Placement Map）● Gerber 文件● 原理图（.dsn）● 3D 模型（.stp）

附录 A　相关规范列表

序号	规范名称	链接
1	NVM Express Base Specification 2.0（NVMe 基础规范 2.0）	https://nvmexpress.org/specifications/
2	NVM Express NVM Command Set Specification 1.0（NVMe 命令集规范 1.0）	https://nvmexpress.org/specifications/
3	PCI Express Base Specification Revision 5.0, Version 1.0（PCI Express 基础规范 5.0 版）	https://pcisig.com/specifications/pciexpress
4	SFF-TA-1006 企业级与数据中心 1U 短设备形态尺寸（E1.S）	https://members.snia.org/document/dl/26956
5	SFF-TA-1008 企业级与数据中心标准形态尺寸（E3）	https://members.snia.org/document/dl/26716
6	SFF-TA-1002 协议无关多通道高速连接器	https://members.snia.org/document/dl/27231
7	SFF-TA-1009 企业/数据中心标准形态尺寸引脚与信号规范	https://members.snia.org/document/dl/26837
8	SFF-TA-1023 EDSFF 设备热特性表征规范	https://members.snia.org/document/dl/34947
9	System Management Bus（SMBus）规范 3.1 版	https://smbus.org/specs/
10	Open NAND Flash Interface 规范 5.0 版	https://onfi.org/specs.html
11	低功耗双倍数据速率（LPDDR）5/5X（JESD209-5C）	https://www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd209-5c

— 全文完 —原文：Open Compute Project《Catalina: PCIe Gen5 EDSFF NVMe SSD Reference Designs》v1.0.1（2024-09-16）中文翻译仅供参考，如有歧义以英文原文为准

原文链接 https://www.opencompute.org/documents/catalina-edsff-reference-design-specification-v1-0-1-pdf

注：本文只代表作者个人观点，与任何组织机构无关，如有错误和不足之处欢迎在留言中批评指正。如果您想在这个公众号上分享自己的技术干货，也欢迎联系我：）

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