SSD-накопитель PM1733 с обработкой аппаратных сбоев по типу RAID-5/6
SSD-накопители работают на порядок быстрее HDD, но страдают из-за ненадёжных контроллеров. Samsung пытается это исправить. Компания запустила в массовое производство две первые модели SSD с рядом новых технологий: 96-слойная 3D флеш-память с четырьмя битами на ячейку QLC V-NAND, поддержка PCIe 4.0 (скорость чтения 8 ГБ/с) и самое главное — более надёжные контроллеры, которые продолжают работу после многих сбоев, раньше считавшихся фатальными.
«Гарантированная работа даже при возникновении ошибок на уровне микросхемы означает внедрение первых в отрасли "неубиваемых" (never-dying) SSD-накопителей», — заявляется в пресс-релизе Samsung.
Инновационный технологический стек реализован в SSD-накопителях PM1733 и PM1735 для дата-центров. Возможно, в будущем более надёжные контроллеры внедрят и в недорогие SSD-накопители для масс-маркета. Всего на основе PM1733 и PM1735 компания Samsung планирует выпустить 19 моделей SSD.
Известно, что максимальная ёмкость SSD будет 32 (30,72) терабайта, а в модель PM1733 для упрощения миграции поставят два порта PCIe, как указано ниже на фотографии с конференции Samsung Tech Day в Сан-Хосе (см. надпись на стенде).
Полные технические характеристики PM1733 и PM1735 пока не объявлены, но компания рассказала о трёх ключевых инновациях в этих SSD, кроме перехода на PCIe 4.0 с соответствующим ростом производительности.
Fail-In-Place
Технология Samsung Fail-In-Place (FIP) позволяет SSD надёжно обрабатывать аппаратные сбои, которые в противном случае стали бы фатальными для SSD, вплоть до полного отказа NAND.
Накопитель самой большой ёмкости PM1733 на 30,72 ТБ может более или менее нормально продолжать работать даже после потери любого из 512-ти NAND блоков ячеек флеш-памяти.
Для справки, в 96-слойной вертикальной флеш-памяти QLC V-NAND на кристалл послойно напыляют проводящие и изолирующие слои, которые образуют проводники затворов и сами затворы. Затем в этих слоях формируют множество отверстий на всю глубину слоёв. На стенки отверстий наносят структуру полевых транзисторов — изоляторы и плавающие затворы. Таким образом формируют столбец кольцеобразных полевых транзисторов с плавающими затворами.
Ранее Samsung позиционировала их как 90+ слоёв, а не 96, потому что каждый такой чип состоит из двух установленных друг на друга 48-слойных кристаллов 3D NAND. Специалисты предполагали, что в месте стыка двух кристаллов происходит разрушение слоёв или компания отключает эти слои в связи с высоким уровнем отказа ячеек в них.
96-слойная 3D NAND из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND (International Memory Workshop 2018)
За прошедший год технологический процесс наверняка усовершенствовался. Кроме того, Samsung начала массовое производство памяти с ячейкой QLC, которая будет хранить четыре бита данных.
И поверх всего этого установлен контроллер, который выдерживает выход из строя целых блоков ячеек памяти. Накопитель будет сканировать повреждённые или потерянные данные, восстанавливать их и перемещать на всё ещё работающие флеш-чипы, а также продолжать работать с высокой пропускной способностью и QoS. По сути, это похоже на массив RAID-5/6, который переходит в деградированный режим вместо отключения всего массива (при выходе из строя одного диска RAID 5 надёжность тома сразу снижается до уровня RAID 0).
Конечно, если с накопителем случилась такая неприятность, разумно будет его заменить, но благодаря технологии FIP замену можно выполнить в удобное для оператора время, не сталкиваясь с простоем из-за немедленного отказа.
Впрочем, внедрение Fail-In-Place не меняет того факта, что у PM1733 и PM1735 сохраняется прежний рейтинг выносливости на количество перезаписей в день Drive Writes Per Day (DWPD). Он равен 1 и 3, соответственно. То есть весь объём накопителя предполагается перезаписывать 1 или 3 раза в день. В этом случае соблюдается гарантированный срок службы SSD в пять лет.
Общая продолжительность жизни всё ещё сопоставима с предыдущим поколением накопителей, но риск преждевременной смерти за исключением нормального износа NAND значительно уменьшен.
Виртуализация
Кроме того, в накопителях PM1733 и PM1735 реализована технология виртуализации. Samsung внедрила дополнительные функции виртуализации NVMe на основе Single-Root I/O Virtualization (SR-IOV), что позволяет одному контроллеру SSD NVMe предоставлять множество виртуальных контроллеров (до 64 в случае дисков Samsung). Каждый виртуальный контроллер может быть назначен на другую виртуальную машину, работающую на хост-системе, и обеспечить дисковое пространство для этой виртуальной машины без нагрузки на процессор — так же, как если бы весь диск был назначен на одну виртуальную машину через PCIe. Ёмкость каждого SSD-накопителя можно гибко распределить между различными пространствами имён, которые, в свою очередь, могут быть подключены к соответствующему виртуальному контроллеру.
Машинное обучение
Третья технология Samsung — это машинное обучение V-NAND. Компания не раскрывает точных подробностей о том, как они используют машинное обучение, но говорит, что оно используется для прогнозирования и анализа характеристик флеш-ячеек, в том числе путём обнаружения изменений в характеристиках электрических схем.
В 3D NAND всё труднее становится применять стандартные стратегии программирования ячеек, чтения и исправления ошибок. Недостаточно одного только отслеживания циклов P/E для каждого блока, ведь между слоями в верхней и нижней части 3D-стека могут быть значительные различия, также как между разными микросхемами. Samsung наверняка не единственная, кто пытается применить машинное обучение для решения этих проблем. Новая функция обеспечит стабильную производительность и повышенную надёжность современных накопителей на TLC V-NAND, но её важность резко возрастет в случае с накопителями QLC V-NAND.
Поставки первых дисков PM1733 и PM1735 уже начались. Обе модели сделаны на одной технологической платформе. PM1733 расклассифицирован как DWPD 1 и предлагает объём до 30,72 ТБ, а у PM1735 специально уменьшенная ёмкость, чтобы гарантировать DWPD 3 с резервированием отдельных блоков ячеек по типу RAID 5/6, как было описано выше. Обе модели доступны в форм-факторах U.2 или подключаемых модулей PCIe. Форм-фактор U.2 предоставляет несколько дополнительных вариантов ёмкости, в то время как у подключаемых модулей интерфейс PCIe 4.0 x8, который обеспечивает на 25% более высокую скорость последовательного чтения (в других рабочих нагрузках PCIe 4.0 x4 достаточно быстр, чтобы не быть узким местом).
Автор: alizar
