SSD

11 Мифов о NAND Flash-контроллерах

Контроллеры являются ключевыми компонентами в системах хранения данных на основе NAND Flash. В данной статье развенчиваются мифы об этой памяти
3080
В избранное

В статье мы в первую очередь будем говорить о твердотельных накопителях (SSD), однако те же мифы окружают и другие типы запоминающих устройств: USB Flash, модули eMMC, SD-карты и любые другие накопители, построенные на базе NAND Flash. Пришло время отделить факты от вымысла.

1. Последнее поколение флэш-памяти всегда лучшее

Появление новых поколений флэш-памяти имеет одну главную цель – уместить как можно больше гигабайт информации на дорогом кремниевом кристалле. В результате цена за гигабайт снижается с каждым новым поколением флэш-накопителей. С другой стороны, уменьшение физических размеров ячеек памяти приводит еще и к тому, что для хранения одного бита информации используется все меньше электронов. Следовательно, надежность такой системы не улучшается, а вот управлять ею становится все сложнее.

Такое положение дел не критично для потребительского рынка, где на первом месте стоит цена, а не качество и надежность. Однако возможность использования новейшей памяти NAND Flash в ответственных приложениях обусловлена тесным сотрудничеством производителей Flash-памяти и контроллеров.

2. Производительность не зависит от емкости

Время записи и чтения флэш-памяти ниже, чем производительность системы. Чтобы достичь необходимого быстродействия, контроллеры должны чередовать операции чтения и записи, что означает одновременный доступ к различным массивам флэш-памяти. Таким образом, чем больше массивов флэш-памяти, тем выше емкость и тем больше операций записи может быть осуществлено. С другой стороны, новая флэш-память имеет большую электрическую емкость, поэтому SSD на основе более новой технологии флэш-памяти может работать медленнее при той же общей емкости.

3. При сравнении производительности разных SSD чем больше, тем лучше

В документации обычно подчеркивают привлекательную производительность и часто ссылаются на скорость интерфейса. Однако, глядя на параметры системы в целом, часто оказывается, что узким местом с точки зрения производительности оказывается либо контроллер, либо ограничения технологии флэш-памяти. Особенно важным является тот факт, что, несмотря на отличную производительность накопителя «из коробки», производительность, особенно скорость произвольной записи, ухудшается, как только диск заполняется.

Многие системы оптимизированы таким образом, чтобы демонстрировать выдающиеся результаты с популярными программами тестирования. Однако показатели в реальных приложениях могут оказаться совсем другими. Использование дешевой флэш-памяти и дешевых контроллеров никогда не дает выигрыша в производительности в долгосрочной перспективе.

4. Производительность постоянна на протяжении всей жизни

Чем больше вы заполняете свой SSD, особенно случайными данными, тем больше фоновых операций по администрированию и управлению должен выполнять контроллер. Ограниченные возможности контроллера по чередованию фоновых задач управления с фактическим чтением или записью могут целиком изменить всю картину производительности. Недорогие контроллеры с небольшим объемом служебной памяти и ограниченным набором аппаратных ускорителей могут плохо справляться со своей работой. Это приводит либо к сокращению срока службы системы, либо к значительному снижению производительности.

5. Решения для хранения данных на основе NAND не зависят от варианта использования клиента

Особенности каждого конкретного приложения сильно влияют на производительность и срок службы устройства хранения данных (рис. 1). Поэтому важно знать как можно больше об этом приложении. Обладая этими знаниями вы можете сэкономить много денег и избежать жалоб клиентов.

Флэш-память SLC, MLC и TLC NAND

Рис. 1. Флэш-память SLC, MLC и TLC NAND

6. Коммерческие NAND-контроллеры всегда дешевле

Недорогие контроллеры обладают урезанным функционалом и ограниченным набором аппаратных блоков и поэтому не могут адекватно отражать цену производства. Однако если распределение выравнивания износа, обработка ошибок или управление памятью производится неоптимально, то это несомненно приведет к сокращению срока службы, и ваш SSD может выйти из строя. Следовательно, вы теряете все свои ценные данные, а ваша система перестает функционировать. Поскольку большая часть стоимости вашей системы определяется флэш-памятью, а не контроллером, то приобретение накопителя с качественным контроллером безусловно окупится и гарантирует более низкую совокупную стоимость владения (TCO).

7. Данные исчезают, когда вы стираете их

Из-за особенностей флэш-памяти NAND можно с уверенностью утверждать, что ваши данные даже после их удаления все еще находятся на флэш-накопителе. Фактически процесс удаления выполняется только во время определенных процедур, таких как сборка мусора. Некоторые контроллеры предлагают возможности безопасного стирания. Таким образом, пользователи должны правильно понимать особенности физической реализации стирания, если это важно для конечного приложения.

8. SATA-накопители исчезнут с ростом продаж PCIe

Накопители PCI Express (PCIe) лидируют на многих потребительских рынках, таких как игры и ноутбуки. В то же время растущие требования промышленных систем хранения данных по-прежнему делают интерфейс SATA основным вариантом для промышленных рынков. С ростом спроса на SSD-накопители интерфейс SATA будет востребован на рынках, где производительность PCIe не требуется или ограничен бюджет энергопотребления. Новые SATA-контроллеры флэш-памяти могут использоваться с новейшей памятью 3D Flash, тем самым предлагая решение с привлекательной стоимостью для приложений, которые ориентированы не только на высокую производительность.

9. Чем больше статичных данных, тем дольше срок службы

Поскольку флэш-память NAND характеризуется ограниченным числом циклов записи/ стирания, можно предположить, что если на накопителе хранится много статичных данных, то его срок службы будет значительно длиннее. Это не так. На самом деле статичные данные создают две проблемы. Во-первых, хранение может стать проблемой, если данные никогда не перезаписываются. Во-вторых, выравнивание износа часто невозможно выполнить на статичных данных. Высококачественные NAND-контроллеры могут реализовывать сложные алгоритмы упаковки статических данных в блоки для их более частого использования, тем самым продлевая срок службы накопителя.

10. Функция выравнивания износа выполняется одинаково

Выравнивание износа является обширной и сложной темой. В потребительских приложениях функции выравнивания износа могут быть реализованы только на базовом уровне. В то же время, если конечное приложение требует долговечности и надежности, алгоритмы выравнивания износа бывают очень сложными. Важно тщательно изучить функции выравнивания износа у производителей контроллеров флэш-памяти, чтобы понять истинную надежность системы. Если целостность ваших данных имеет высокое значение, то следует выбирать контроллеры, разработанные с учетом соответствующих жестких требований.

11. Использование высокоскоростных интерфейсов имеет только плюсы

Производительность ограничивается не только объемом памяти. Для взаимодействия с устройством, работающим на скорости 1 ГБ/ с или даже выше, необходимо также решить задачу с отводом тепла. В настоящий момент для высокопроизводительных NVMe-решений обсуждается даже возможность использования активного водяного охлаждения, что, разумеется, отражается на стоимости. Таким образом, не следует думать, что высокоскоростные интерфейсы имеют только плюсы – они также увеличивают затраты на эксплуатацию.

Сравнение позиций

  • ()