存储系统中的Mezzanine卡、Daughter卡与PCIe卡：功能与差异

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写在前面

为什么要写这个文章，NetApp的存储控制器上，除了板载的卡以外，为了增加扩展性，还会有各种mezzanine卡和PCIE卡。这里来梳理下中文和这些卡之间的对应关系。

客户或者工程师们经常会说“子卡”或者“扩展卡”，那么什么是子卡，什么又是扩展卡呢？在一些英文文档中，经常会有 mezzanine卡，daugher卡或者PCIE卡的说法。

写这篇文章的目的就是从基本概念上做个普及。这些概念适用于所有的企业级存储系统或者服务器。

在企业级存储系统中，Mezzanine卡、Daughter卡和PCIe卡是三种常见的扩展卡类型。这些组件通过不同的设计和连接方式，为存储系统提供模块化、高密度和可扩展的解决方案。本文将详细介绍这三种卡在存储系统中的功能与应用，并对比它们的差异。有了这些基本概念，可以帮助我们更好的理解文档。

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什么是Mezzanine卡？

Mezzanine卡（夹层卡）得名于意大利语“mezzanino”，意为建筑物中的夹层或中间楼层。在计算机硬件中，Mezzanine卡是一种紧凑的扩展卡，通过专用连接器直接堆叠在主板或载体卡（carrier board）上，形似系统中的“夹层”。这种设计使其无需占用主板的传统扩展插槽（如PCIe插槽），非常适合空间受限的嵌入式系统或模块化服务器。

Mezzanine卡最早由IEEE P1386.1标准（PCI Mezzanine Card，PMC）定义，结合了PCI总线的电气特性和标准化的机械尺寸（Common Mezzanine Card，CMC）。现代Mezzanine卡，如VITA 42.3标准的XMC（Switched Mezzanine Card），支持更高速的接口，如PCIe和Serial RapidIO（SRIO）。

下面是NetApp FAS2700的mezzanine卡，简单理解就是很紧凑的集成在主板上的一个卡。一般用在高密度的存储系统中，比较常见的是入门级的存储，没有专门的PCIE卡插槽，就是在主板上集成了一个这种mezzanine卡。这个卡的尺寸是标准的，标准尺寸如74mm x 149mm。

什么是Daughter卡？

Daughter卡（子卡）是一个更广义的术语，指任何直接附着在主板或其他电路板上的小型扩展卡，通常通过排针、连接器或堆叠方式连接。Daughter卡得名于其与主板（Motherboard，母板）的“母女”关系，形象地描述了其作为主板子模块的角色。

与Mezzanine卡不同，Daughter卡不一定遵循统一标准，可能采用专有设计或自定义接口。因此，Mezzanine卡是Daughter卡的一种，但并非所有Daughter卡都是Mezzanine卡。

对于我们常见的存储系统，可以把这两个卡理解成一样的，但实际上不同。所以如果有人说子卡，就是daugher卡，就可以理解为 mezzanine卡。上图的FAS2750的mezzanine卡，你也可以称之为子卡。

什么是PCIe卡？

PCIe卡（Peripheral Component Interconnect Express卡）是基于PCIe标准的扩展卡，直接插入主板的PCIe插槽（x1、x4、x8、x16）。PCIe标准由PCI-SIG组织定义，广泛应用于桌面PC、服务器和工作站，具有高带宽、通用性和向后兼容性。

PCIe卡的物理尺寸较大（如全高或半高），支持多种功能，包括存储、网络、GPU和加速器等。在存储系统中，PCIe卡是高性能存储解决方案的主流选择。

PCIe卡在存储系统中应用广泛，尤其在企业级环境中：

NVMe SSD：如Samsung PM1733 PCIe Gen4 SSD，提供高达31.5GB/s的带宽，适合数据库和虚拟化。
RAID控制器：如Broadcom MegaRAID卡，支持大规模存储阵列（如SAN/NAS），提供数据冗余和高性能。
存储加速器：某些PCIe卡集成FPGA或ASIC，用于加速存储压缩、加密或数据分析。
IO卡，某些FC，iSCSI卡等。在存储系统中用的最多的就是扩容FC的接口，NAS的接口等。当然还有其他的用途，如做压缩的压缩卡，做vault的vault卡，还有做metrocluster的卡等等。

PCIe卡的优点是通用性强、带宽高且易于安装，但其占用PCIe插槽，在高密度环境中可能受限于插槽数量。

下面的图片是NetApp FAS8300控制器的后视图，可以看到标记为 1-5的都是PCIe扩展卡插槽，可以通过这些槽位扩展存储系统的前端后端等。

Mezzanine卡、Daughter卡与PCIe卡的对比

以下从多个维度对比这三种卡在存储系统中的差异：

Mezzanine卡：
- 紧凑设计，堆叠在载体卡上，通过专用连接器（如64针或高速连接器）连接。
- 不占用PCIe插槽，适合高密度嵌入式系统。
- 固定方式坚固（如螺栓固定），适合恶劣环境。
Daughter卡：
- 连接方式多样（排针、插槽、焊接），可能是堆叠或并排安装。
- 尺寸和接口不固定，可能为专有设计。
- 占用空间较小，但兼容性依赖于主板设计。
PCIe卡：
- 插入主板PCIe插槽，尺寸较大（全高或半高）。
- 安装简单，通用性强，但占用插槽空间。