Гибридный флэш-диск с резистивным кэшем работает в семь раз дольше обычных SSD

Японская исследовательская группа под руководством профессора Кена Такеучи (Ken Takeuchi) из университета Чуо, разработала гибридный SSD, использующий резистивную память ReRAM (resistive random-access memory) и высокоемкую NAND флэш.

В сравнении с существующими SSD на базе только NAND флэш, новая архитектура, анонсированная на гавайском симпозиуме 2012 Symposium on VLSI Circuits, позволяет записывать данные в 11 раз быстрее, снижает расход энергии на 93% и удлиняет в 6,9 раз срок эксплуатации.

NAND неоптимальна для произвольного доступа, поскольку может записывать информацию только достаточно большими страницами (не менее 19 кБ). Например, чтобы изменить один сектор (512 Б) нужно перенести все 16 кБ в другое место и стереть оригинальную страницу. Такое множество операций ведет к снижению производительности и перерасходу энергии, особенно в приложениях, преимущественно использующих произвольный доступ.

В предложенном гибридном накопителе 256 Гб NAND скомбинированы с 8 Гб ReRAM, применяемой как для хранения, так и в качестве оперативного кэша.

В процессе записи данных используются три алгоритма. Один из них, AF (anti-fragment), препятствует фрагментации, накапливая в секторах ReRAM данные до заполнения страницы, которую затем перемещает в NAND. В результате, частота обращений к более медленной флэш-памяти снижается. Другой алгоритм, RAAF (reconsider as a fragmentation), управляет перезаписью, перемещая нужные страницы обратно в ReRAM, предотвращая фрагментацию данных в NAND. Третий – MRU (most recently used table), сохраняет в ReRAM наиболее часто требуемую компьютером информацию.

В результате такого подхода, запись в ReRAM происходит примерно в 30 раз чаще, чем в NAND флэш.

В испытаниях использовался прототип контроллера, в котором управляющие схемы, ReRAM и NAND были объединены в трехмерную структуру посредством TSV (through silicon via). Анонсированные эксплуатационные характеристики получены на эмуляторе сервера финансовой организации, интенсивно использующего произвольный доступ. При подобном сценарии обычные SSD довольно быстро изнашиваются, поэтому почти семикратное увеличение срока службы является наиболее важным качеством гибридного диска. Оно позволяет добиться существенной экономии даже несмотря на применение более дорогостоящей памяти ReRAM.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365