Co oferują producenci pamięci masowych

Pierwszymi producentami, którzy postawili na rozwój technologii i zastosowań układów flash w pamięciach masowych były nowe względnie małe firmy, na przykład Skyera, Violin Memory, Nimbus Data Systems lub ExtremeIO (przejęta przez EMC). Ale obecnie również wszyscy najwięksi znani producenci zainteresowali się tym segmentem rynku i wprowadzają do oferty rozwiązania wykorzystujące flash.

Ostatnio Skyera, Violin Memory i Nimbus Data Systems zaprezentowały macierze wykorzystujące układy eMLC, które mają ceny podobne do wysokiej klasy pamięci dyskowych.

Zobacz również:

• Brak miejsca na dysku? Najlepsze metody na zwiększenie pamięci
• AI ma duży apetyt na prąd. Google znalazł na to sposób

Są to m.in. macierze Skyera skyEagle, które mają być dostępne w pierwszej połowie 2014 roku. Według zapowiedzi producenta będą miały 10-krotnie większą pojemność (500 TB w module o wysokości 1U) i 3-krotnie niższą cenę za GB (ok. 2 USD/GB) niż urządzenia poprzedniej generacji skyHawk. W skyEagle będą stosowane układy flash wytwarzane w technologii 16-nanometrowej.

Violin Memory już wprowadziła do sprzedaży Violin 6264 Flash Memory Array. Według producenta urządzenia oferują koszt za GB porównywalny do wydajnych macierzy dyskowych. Ceny Violin 6264 zaczynaja się od około 750 tys. USD.

Nimbus Data Systems zaprezentował macierze flash o wysokości 2U i pojemności do 48 TB - Gemini F400 i F600 przeznaczone dla średnich i dużych firm. F400 to macierz wyposażona w interfejsy 16 Gb/s FC i 10Gigabit Ethernet, której ceny zaczynają się od 60 tys. USD za moduł wyposażony w 3 TB pamięci. F600 ma interfejsy InfiniBand i 40Gigabit Ethernet i kosztuje od 80 tys. USD (3 TB).

Pod koniec lutego 2013 roku NetApp zaprezentował macierz EF540 wyposażoną w 2,5 calowe dyski SSD/SAS o pojemności 800 GB. Urządzenie ma wysokość 2U i może zawierać 12 takich dysków (o ogólnej pojemności 9,6 TB) albo 24 dyski (o ogólnej pojemności - 19,2 TB). Pamięci EF540 mają przepustowość 300 tys. IOPS, są wyposażone w 8 portów FC 8 Gb/s i mogą obsługiwać połączenia iSCSI (10 Gb/s) oraz InfiniBand (40 Gb/s).

Z kolei IBM wprowadził na rynek w kwietniu 2013 macierze FlashSystem 720 i 820. Urządzenia te wykorzystują technologię, którą IBM przejął rok wcześniej razem z firmą Texas Memory System.

EMC ma już od jakiegoś czasu w ofercie macierze linii VNX, w których można instalować dyski SDD. Są to rozwiązania hybrydowe, mniej wydajne niż zaprojektowane od podstaw macierze X-Brick, wprowadzone na jesieni 2013 roku, których architektura została zoptymalizowana pod kątem obsługi układów NAND/flash. X-Brick wykorzystują technologię, którą opracowała firma XtremIO przejęta przez EMC.

Pamięć składa się z modułów o wysokości 6U o fizycznej pojemności 7,5 TB zawierających dwa kontrolery i wydajność 250 tys. IOPS. Z modułów takich można zbudować skalowalny klaster XtremIO zawierający do 4 modułów X-Brick. Na początku 2014 roku mają się pojawić modele tej pamięci o dwukrotnie większej pojemności. EMC XtremIO są przeznaczone dla dużych firm i obsługi aplikacji wymagających najwyższej wydajności, jak bazy OLTP lub systemy wirtualnych desktopów VDI.

X-Brick wykorzystują pamięci flash eMLC i komunikuje się z innymi modułami w klastrze przy wykorzystaniu dwóch złączy InfiniBand. System jest wyposażony w zintegrowany mechanizm deduplikacji danych w trybie in-line z pełną wydajnością łączy.

Kierunki rozwoju technologii

Zdaniem niektórych ekspertów, 10-nanometrowy proces produkcyjny układów NAND flash będzie granicą, której przekroczenie będzie bardzo trudne lub nawet niemożliwe. W praktyce oznaczać to będzie koniec dalszego rozwoju tej technologii. „Przekraczając 10 nanometrów trafimy na fizyczną barierę uniemożliwiającą efektywny zapis i przechowywanie danych w układach produkowanych w oparciu o obecnie istniejące technologie” uważa Jim Bagley, analityk z firmy Storage Strategies Now.

Producenci wiedzą o tym i dlatego inwestują w rozwój innych technologii lub też starają się przynajmniej o kilka kolejnych lat wydłużyć czas życia układów flash opracowując ich modyfikacje, czego najlepszym przykładem jest technologia V-NAND (Vertical NAND).

Pamięci flash NAND są obecnie wytwarzane w 14-30-nanometrowych procesach produkcyjnych. Zwiększanie gęstości upakowania komórek pamięci pozwala na wzrost pojemności układów scalonych, ale jednocześnie zwiększa liczbę wadliwych elementów oraz poziom błędów zapisu. Jest to korygowane przez oprogramowanie sterujące pamięcią. Wadliwe lub powodujące błędy elementy są eliminowane i zastępowane przez zapasowe komórki układu. W pamięciach wykorzystujących układy flash NAND nawet do 7% ich fizycznej pojemności jest obecnie wykorzystywane jako zapas.

Ale w sierpniu 2013 roku Samsung ogłosił rozpoczęcie masowej produkcji nowej generacji układów flash V-NAND określanych też jako 3D NAND.

Według producenta technologia tworzenia 3-wymiarowej, pionowej struktury komórek pamięci umożliwia 20% zwiększenie szybkości zapisu danych przy o 40% mniejszym poborze mocy w porównaniu do klasycznej, płaskiej architektury NAND. Co ważne struktura w której komórki pamięci są bezpośrednio umieszczane jedna na drugiej umożliwia istotne zwiększenie gęstości ich upakowania bez zmniejszania wymiarów fizycznych pojedynczych komórek. Cena za bit pamięci w wypadku 3D NAND jest o 30% niższa niż NAND.

Obecnie Samsung zaczął produkcję układów zawierających w kierunku pionowym 24 warstwy komórek. Na razie specjaliści są podzieleni w opiniach ile takich warstw można będzie uzyskać w kolejnych generacjach tej technologii. Jedni sądzą, że ponad 100, a inni skłaniają się ku opinii, że 64 warstwy będą barierą, której nie uda się przekroczyć.

Natomiast firma Crossbar zaprezentowała w sierpniu 2013 prototypowe układy nieulotnej pamięci RRAM (Resistive Random Access Memory), które mogą być wytwarzane przy zastosowaniu istniejących linii produkcyjnych dla układów flash.

Według Crossbar, RRAM mogą mieć opóźnienia zapisu/odczytu blisko 1000-razy niższe niż układy flash (odpowiednio 30 nanosekund i ok. 50 mikrosekund), a ich natywna trwałość to 10 tys. operacji zapisu/kasowania danych (bez mechanizmów kontroli i korekcji zapisu), czyli podobna do zapewnianej przez układy MLC. Oprócz tego gęstość upakowania komórek RRAM jest blisko 2-krotnie większa niż w przypadku flash. Crossbar RRAM umożliwia zapis z wydajnością 140 MB/s w jednym układzie (w przypadku NAND to ok. 7 MB/s). Na razie nie wiadomo jeszcze kiedy zostanie uruchomiona ich masowa produkcja.

Jest jeszcze kilka innych technologii, które w nieco dalszej perspektywie mogą się stać realną alternatywą dla flash NAND. Można tu wymienić m.in. takie jak HP Memristor, Everspin MRAM (Magnetoresistive RAM), PCM (Phase-Change Memory) opracowywane przez Samsung i Micron, a także Racetrack Memory lub Graphene Memory.

Ogólne porównanie zastosowań pamięci dyskowych i flash
	Dyski magnetyczne	Pamięci flash
Dopuszczalne opóźnienia	10 ms i więcej	1–3 ms
Wymagania na wydajność operacji IO	1–10 iops	10–100 i więcej iops
Liczba operacji zapisu w porównaniu do liczby odczytów	Przewaga operacji zapisu	Przewaga operacji odczytu
Rozmiar bloków danych wykorzystywany przez aplikacje	4–8 kb	Bloki o różnych rozmiarach
Rodzaj zapisu/odczytu	Sekwencyjny, przewidywalny (możliwość skorzystania z pamięci cache)	Nieprzewidywalny, przypadkowy