U.2 커넥터란? U.3 SATA3, NVMe SAS, M.2 PCI Express 호환성

U.2 커넥터 및 호환성 소개

노랗 목차

U.2 커넥터는 SSD Form Factor Working Group(SFFWG)이 SFF-8639 커넥터의 PCIe, SAS 및 SATA 프로파일을 설명하기 위해 마케팅 용어로 선택되었으며 U.2는 2011년 12월 20일, 엔터프라이즈 시장의 SSD에 PCI Express 연결을 제공하는 메커니즘으로 출시되었다.

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기존의 2.5인치 및 3.5인치 기계적 인클로저 지원, 핫 스왑 가능, 그리고 동일한 커넥터 제품군을 사용하여 레거시 SAS 및 SATA 드라이브를 혼합할 수 있도록 하는 것이 목표였다.

U.2 커넥터의 기능 및 사양

SFF-8639 커넥터는 PCIe SSD에서 SATA 포트 1개, SAS 포트 2개 또는 최대 4개의 병렬 I/O 레인을 지원할 수 있으며 드라이브 폼 팩터는 2.5인치 또는 3.5인치가 가능하다.

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SSD Form Factor Working Group은 Promoter와 Contributor 멤버로 구성된다.

Dell, EMC, Fujitsu, IBM 및 Intel 등 5개의 Promoter 회원과 Amphenol, Emulex, Fusion-io, IDT, Marvell, Micron Technology, Molex, PLX, STEC 및 Smart Modular Technology와 같은 Contributor 멤버 회사가 참여하고 있다.

이 그룹은 표준화를 통해 PCIe를 SSD 상호 연결로 홍보하기 위해 구성되었으며, 커넥터, 드라이브 폼 팩터 및 핫 플러그의 세 가지 주요 기술 영역에서 PCIe 스토리지 표준화를 추진하는 데 중점을 둔다.

호환성과 사용 편의성

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U.2 커넥터는 기계적으로 SATA Express 장치 플러그와 동일하지만 사용 가능한 핀을 다르게 사용하여 4개의 PCI Express 레인을 제공하며 U.2 장치는 어댑터를 사용하여 M.2 포트에 연결할 수 있다.

U.2 SSD는 표준 SAS 및 SATA 기반 스피닝 디스크 및 솔리드 디스크와 호환되는 SFF (Small Form Factor) 커넥터를 사용하여 PCI (Peripheral Component Interconnect Express) 인터페이스를 지원하도록 설계된 고성능 데이터 저장 장치이다.

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기술적으로 PCIe, SAS 또는 SATA 드라이브를 설명할 수 있지만, 제조업체는 일반적으로 NVMe (Nonvolatile Memory Express) 호스트 컨트롤러 인터페이스 및 스토리지 프로토콜을 지원하는 2.5인치 PCIe SSD만을 설명하는 용어로 사용한다. NVMe 기술은 PCIe 상호 연결을 통해 호스트 시스템과 SSD 간의 데이터 전송 속도를 높일 수 있다.

U.2의 주요 장점과 단점

U.2 폼 팩터의 주요 장점 중 하나는 사용자가 서버를 열어 삽입할 필요가 없다는 것이다.

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SATA 및 SAS SSD 및 하드 디스크 드라이브 (HDD)와 같이 시스템이 사전 통지를 수신하는지 여부에 관계없이 핫 플러그가 가능하다. 또한, HDD와의 호환성도 큰 장점이다. 서버 및 스토리지 제조업체는 고객의 요구에 맞게 2.5인치 또는 3.5인치 HDD와 PCIe, SAS 및 SATA 기반 U.2 SSD를 혼합하여 엔터프라이즈 시스템을 구성할 수 있다.

다만, NVMe 기반 PCIe SSD를 사용하려면 시스템의 백플레인이 NVMe를 지원하도록 설계되어야 한다.

U.2 SSD는 엔터프라이즈 서버 또는 스토리지 시스템의 PCIe 연결을 통해 최대 4레인의 병렬 I/O를 지원해야 하며 듀얼 컨트롤러 스토리지 어레이를 사용하면 한 쌍의 2레인 PCIe 링크가 서로 독립적으로 작동하여 하나의 컨트롤러에 장애가 발생할 수 있다.

SFF-8639 커넥터의 정의된 신호는 드라이브에 단일 포트 또는 이중 포트 모드로 작동할지 여부를 나타낸다.

U.2 SSD 사양은 선택적으로 SMBus (System Management Bus) 프로토콜 지원을 제공하여 마더보드 제어 또는 시스템 관리 컨트롤러의 전압 및 온도를 모니터링한다. 그러나 U.2의 잠재적 단점 중 하나는 SFF-8639 커넥터를 포함하여 드라이브 기술 비용이 높다는 것이다.

또한, 레거시 인프라에는 SFF-8639 커넥터 기술이 장착되어 있지 않을 수 있어, 기업 사용자는 U.2 SSD를 지원하도록 설계된 새 서버를 구입해야 할 수도 있다.

U.2와 M.2의 비교

항목	U.2	U.3	SATA 3	NVMe	SAS	M.2	SATA Express	PCI Express
인터페이스	PCIe, SAS, SATA	PCIe, SAS, SATA	SATA III	PCIe	SAS	SATA, PCIe	SATA, PCIe	PCIe
핫 스왑 가능	가능	가능	가능	모델에 따라 다름	가능	불가능	가능	불가능
전원 옵션	3.3V, 12V	3.3V, 12V	3.3V, 5V, 12V	3.3V	3.3V, 12V	3.3V	3.3V, 5V, 12V	3.3V, 12V
폼 팩터	2.5인치, 3.5인치	2.5인치, 3.5인치	2.5인치, 3.5인치, M.2, mSATA	M.2, U.2, AIC	2.5인치, 3.5인치	M.2	2.5인치, 3.5인치, M.2	AIC, 슬롯 카드
전송 속도	최대 32 GT/s (PCIe 4.0 x4 기준)	최대 32 GT/s (PCIe 4.0 x4 기준)	최대 6 Gb/s	최대 64 GT/s (PCIe 4.0 x4 기준)	최대 12 Gb/s	최대 64 GT/s (PCIe 4.0 x4 기준)	최대 16 Gb/s	최대 64 GT/s (PCIe 4.0 x4 기준)
프로토콜	NVMe, SAS, SATA	NVMe, SAS, SATA	AHCI	NVMe	SCSI	NVMe, AHCI	AHCI, NVMe	NVMe
호환성	NVMe, SAS, SATA와 호환	NVMe, SAS, SATA와 호환	SATA 포트와 호환	NVMe 전용	SAS 장비와 호환	NVMe, SATA	SATA 포트와 호환	PCIe 슬롯과 호환
사용 예	엔터프라이즈 서버, 스토리지	엔터프라이즈 서버, 스토리지	일반 소비자 및 기업용 컴퓨터	고성능 PC, 데이터 센터, 서버	엔터프라이즈 서버, 스토리지	노트북, 고성능 PC	일반 소비자 및 기업용 컴퓨터	고성능 PC, 데이터 센터, 서버
성능	중간	중간	낮음	높음	중간	높음	중간	높음
레이턴시	중간	중간	높음	낮음	중간	낮음	중간	낮음
커넥터 형태	SFF-8639	SFF-8639	SATA 커넥터	M.2, U.2, PCIe 슬롯	SFF-8482, SFF-8630	M.2	SATA Express 커넥터	PCIe 슬롯
발열 관리	중간	중간	낮음	높음	중간	높음	중간	높음

지연 시간이 짧은 고성능 NVMe 기술에 대한 관심이 높아지면서 인기를 얻은 두 가지 유형의 SSD는 M.2와 U.2이다.

SFF M.2 SSD는 원래 태블릿 컴퓨터 및 노트북과 같이 얇고 전력이 제한된 장치를 위해 설계되었다. 또한 단일 포트 M.2 SSD는 기업용 듀얼 포트 드라이브가 필요하지 않은 웹 및 기타 서버에서 부트 장치 및 스토리지 드라이브로 사용된다.

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U.2는 핫 스왑이 가능하나 M.2는 그렇지 않다. 또한, U.2는 전원으로 3.3V 또는 12V를 사용할 수 있으나 M.2는 3.3V만 사용할 수 있다.

인터페이스는 각 SSD가 사용하는 연결 방식을 나타낸다. U.2와 U.3는 PCIe, SAS, SATA 인터페이스를 지원하고, SATA 3는 SATA III 인터페이스를 사용한다. NVMe는 PCIe 인터페이스를 사용하고, SAS는 SAS 인터페이스를 사용한다. M.2는 SATA와 PCIe를 모두 지원하고, SATA Express도 SATA와 PCIe를 모두 지원한다. PCI Express는 PCIe 인터페이스를 사용한다.

핫 스왑 가능성 측면에서 U.2와 U.3, SAS, SATA Express는 핫 스왑이 가능하다. NVMe SSD는 모델에 따라 다르고, M.2와 PCI Express는 핫 스왑이 불가능하다. SATA 3는 핫 스왑이 가능하다.

전원 옵션에서는 U.2와 U.3는 3.3V와 12V를 사용할 수 있고, SATA 3는 3.3V, 5V, 12V를 사용할 수 있다.

NVMe SSD는 3.3V 전원을 사용하고, SAS는 3.3V와 12V를 사용한다. M.2는 3.3V를 사용하고, SATA Express는 3.3V, 5V, 12V를 사용한다. PCI Express는 3.3V와 12V를 사용한다.

폼 팩터에서는 U.2와 U.3, SAS는 2.5인치와 3.5인치를 지원한다. SATA 3는 2.5인치, 3.5인치, M.2, mSATA 등 다양한 폼 팩터를 가지고 있다.

NVMe SSD는 M.2, U.2, AIC 폼 팩터를 지원하고, M.2는 자체 폼 팩터를 가진다. SATA Express는 2.5인치, 3.5인치, M.2 폼 팩터를 가지고, PCI Express는 AIC와 슬롯 카드 형태를 가진다.

전송 속도 측면에서 U.2와 U.3는 최대 32 GT/s (PCIe 4.0 x4 기준)의 속도를 지원한다.

SATA 3는 최대 6 Gb/s의 속도를 지원하고, NVMe SSD는 최대 64 GT/s (PCIe 4.0 x4 기준)의 속도를 지원한다.
SAS는 최대 12 Gb/s의 속도를 지원하고, M.2는 최대 64 GT/s (PCIe 4.0 x4 기준)의 속도를 지원한다.
SATA Express는 최대 16 Gb/s의 속도를 지원하고, PCI Express는 최대 64 GT/s (PCIe 4.0 x4 기준)의 속도를 지원한다.

프로토콜 측면에서 U.2와 U.3는 NVMe, SAS, SATA 프로토콜을 지원한다. SATA 3는 AHCI 프로토콜을 사용하고, NVMe SSD는 NVMe 프로토콜을 사용한다. SAS는 SCSI 프로토콜을 사용하고, M.2는 NVMe와 AHCI 프로토콜을 사용한다.

SATA Express는 AHCI와 NVMe 프로토콜을 사용하고, PCI Express는 NVMe 프로토콜을 사용한다.

호환성에서는 U.2와 U.3는 NVMe, SAS, SATA와 호환된다. SATA 3는 SATA 포트와 호환되고, NVMe SSD는 NVMe 전용이다. SAS는 SAS 장비와 호환되고, M.2는 NVMe와 SATA를 모두 지원한다. SATA Express는 SATA 포트와 호환되고, PCI Express는 PCIe 슬롯과 호환된다.

사용 예를 보면 U.2와 U.3는 주로 엔터프라이즈 서버와 스토리지 시스템에 사용된다.

SATA 3는 일반 소비자와 기업용 컴퓨터에서 사용되고, NVMe SSD는 고성능 PC, 데이터 센터, 서버에서 사용된다.
SAS는 엔터프라이즈 서버와 스토리지 시스템에서 사용되고, M.2는 노트북과 고성능 PC에서 사용된다.
SATA Express는 일반 소비자와 기업용 컴퓨터에서 사용되고, PCI Express는 고성능 PC, 데이터 센터, 서버에서 사용된다.

성능 측면에서 U.2와 U.3, SAS는 중간 수준의 성능을 제공하고, SATA 3는 상대적으로 낮은 성능을 제공한다.

NVMe SSD, M.2, SATA Express, PCI Express는 높은 성능을 자랑GKAU 레이턴시는 U.2와 U.3, SAS, SATA Express가 중간 수준이고, SATA 3는 높은 레이턴시를 보이고, NVMe SSD, M.2, PCI Express는 낮은 레이턴시를 보인다.

커넥터 형태에서 U.2와 U.3는 SFF-8639 커넥터를 사용한다. SATA 3는 SATA 커넥터를 사용하고, NVMe SSD는 M.2, U.2, PCIe 슬롯을 사용한다

메인보드 상 커넥터 형태 비교

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메인보드에 장착된 U.2 커넥터는 실제로 SFF-8643 (mini SAS HD) 커넥터이다. U.2 (SFF-8639)와 M.2 SSD 커넥터 형태 및 U.2 (SFF-8639) / SATA / SAS 핀 배열 비교를 통해 각 커넥터의 특징을 이해할 수 있다.

커넥터	형태 및 설명	주요 사용 사례
U.2 (SFF-8643)	Mini SAS HD 커넥터로, 36핀 구성. 전력 및 데이터 전송 지원.	엔터프라이즈 서버 및 스토리지 시스템에서 사용됨.
SATA	7핀 데이터 및 전원 커넥터. 표준 SATA 디스크와 호환.	개인용 컴퓨터 및 일반 스토리지 시스템에서 널리 사용.
SATA Express	18핀 더블 라인 커넥터. SATA와 PCIe 호환 가능.	SATA Express SSD 및 호환 장치에서 사용.
M.2	작고 고밀도의 카드 형태. PCIe 또는 SATA 인터페이스 지원.	노트북, 태블릿 및 초소형 컴퓨터 시스템에서 사용.
PCI Express	다양한 크기의 슬롯 형태. 다양한 PCIe 기반 디바이스 지원.	고성능 PC, 서버, 그래픽 카드 등에서 널리 사용.

최근 NVMe 기술의 발전으로 U.2 SSD의 성능은 더욱 향상되었으며, 새로운 서버 및 스토리지 솔루션은 U.2 SSD와의 호환성을 강화하고 있다. 또한, PCIe 4.0과 같은 최신 인터페이스의 도입으로 데이터 전송 속도와 효율성이 더욱 개선되었다.

최신의 U.2 SSD는 데이터 센터와 클라우드 인프라에서 중요한 역할을 하며, 대용량 데이터 처리와 빠른 응답 시간을 요구하는 애플리케이션에 적합하다. 엔터프라이즈 환경에서의 U.2 SSD 도입은 전체 시스템의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

U.2 커넥터는 엔터프라이즈 시장에서 중요한 역할을 하는 고성능 데이터 저장 장치로, PCIe, SAS 및 SATA와의 높은 호환성을 제공한다.

NVMe 기술의 발전과 함께 U.2 SSD는 데이터 전송 속도와 효율성을 크게 향상시키며, 핫 스왑 기능과 다양한 전원 옵션으로 사용 편의성을 제공한다.

그러나 비용과 호환성 문제는 고려해야 할 요소이다. 최신 정보와 함께 U.2 SSD의 장점과 단점을 잘 이해하고, 필요에 따라 적절히 선택하여 시스템 성능을 최적화할 수 있다.