haierccc 发表于 2018-4-2 08:58

固态硬盘主控将消亡？未来高性能固态硬盘长这样

本帖最后由 haierccc 于 2018-4-2 09:47 编辑

主控在固态硬盘当中有着举足轻重的地位，而微软发起的一项名为Project Denail的项目有可能大幅改变未来固态硬盘格局。Project Denail旨在为超大规模数据中心提供更高效率的闪存存储技术，东芝及其他主要闪存供应商当前都加入了Project Denail计划。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180402/fb9bc0320fb64124a23777dbf2a13abb.pngSAS接口、AHCI协议都是机械硬盘时代的产物，而基于PCIe接口的NVMe协议从一开始就是为闪存存储而生，Project Denail是基于NVMe协议的参考体系结构，通过将部分固态硬盘主控完成的工作转交给主机或独立加速芯片完成，提升固态硬盘工作效率，并降低企业级固态硬盘研发成本，快速适配最新的NAND闪存技术。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180402/4e02bbb126044b44879773e88dd0a4e8.png当代固态硬盘为了满足为机械硬盘设计的传统体系与闪存自身特性需求，设计有名为FTL的闪存转换层，该逻辑层负责沟通逻辑地址LBA与闪存物理地址PBA，并在此基础上实现垃圾回收、坏块管理、磨损均衡等特性，是当前固态硬盘主控的核心功能之一。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180402/b1ef7b32ee834bc78fd7960130d23c22.jpeg随着闪存技术的发展，尤其是3D闪存与QLC闪存的问世，闪存存储密度增长的同时，最小擦除单位Block体积也不断增长，导致数据写入与垃圾回收之间的矛盾日益凸显。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180402/4e12c0e70c0049aea877dd9cbb998597.png尤其是在数据中心应用当中，固态硬盘需同时为多个虚拟机提供数据服务，为充分利用固态硬盘的并行性，主控会尽可能收集足够多的写入来一次性一个Block中的每一个Page：大约为4MB左右。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180402/8e3379193c4d4738b1517e6f2ea0f6f4.png这样做可以尽可能将随机写入转换为对闪存的顺序写入，以提升固态硬盘性能（在拥有7% OP预留空间的固态硬盘上，顺序写入速度通常比随机写入负载快4-5倍）。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180402/6d58fce8e3ed4a7b9efdb16eb13beeff.png不过数据中心应用中，很少有单个租户能够在下一租户发出请求前一次性写入4MB以上的数据，所以固态硬盘凑足的一次性写入数据集合中会包含多个虚拟机发出的写入请求。这些混杂了多个来源的数据流在删除频率上也会表现出较大的差异性，从而给后续固态硬盘主控进行垃圾回收作业带来困难。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180402/e873b50fdb964e1693cfa78ff31336e0.png微软提出的Project Denail将完整的FTL闪存转换层分解为两部分，负责合并写入流的日志管理单元转交给电脑主机端，负责存储媒介管理（坏块管理、数据纠错、数据刷新等）的单元继续留给固态硬盘主控执行。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180402/ab7a3086787b4a07bf6485c34e162dd9.png这样分解之后，固态硬盘主控的负担将大幅降低，主机端也将获得数据组织的更大自由度，实现高效的管理，这部分功能对于不同固态硬盘制造商而言是具有共通性的，可以交给统一的软件来完成。而闪存管理的部分继续交由固态硬盘主控完成，这部分功能与底层存储媒介密切相关，针对不同闪存制造商会有不同的ECC纠错技术，属于需要个性化定制的范畴。微软的Project Denail计划类似于当年的DriectX对于3D API接口的统一，不同设备都遵循共同的功能接口，具体实现则由设备固件完成。以上转帖自：http://www.sohu.com/a/226985370_615464

Essence 发表于 2018-4-2 11:57

这个方向是对的，不过短期内可能只限于数据中心级产品上发展。
Denail和NVMe的多流写入一样，是想通过软件层面管理不同应用的写入流，由于不同应用写入的数据存续时间上可能有较大差别（存档的写入后很长世间安不会删除，而缓存类的数据有可能很快就会删掉），写入分离之后固态硬盘的垃圾回收效率可以得到提升，相应的对延迟以及读取性能都是有好处的。只不过“软件”很关键，需要系统生态的完善才能达到预定的效果。

Copyright 发表于 2018-4-2 12:34

主控不会消失的。。只是功能简化吧，把一部分工作交给运算能力更强的主机CPU去做。NVMe的HMB主机内存缓冲也挺有意思，让固态硬盘借主机DRAM内存放FTL映射表。固态硬盘的结构越简化成本就越低

909648183 发表于 2018-4-2 12:56

本帖最后由 909648183 于 2018-4-2 12:58 编辑

ECC这些东西还是要主控做吧，CPU做这些效率太低了，而且CPU工作太多了，还时不时的撞上功耗墙、温度墙，除非类似QSV这样专用集成电路的设计才比较靠谱

Apache 发表于 2018-4-2 19:36

啥时候家用也能用上啊

红色狂想 发表于 2018-4-4 15:14

第一张图中的盘工业美，只是Project Denail虽具革命性，但实际运行期间如果主机CPU资源爆满，或突遇停电DRAM中的FTL信息怎么保证绝对的安全？

haierccc 发表于 2018-4-4 23:14

红色狂想 发表于 2018-4-4 15:14
第一张图中的盘工业美，只是Project Denail虽具革命性，但实际运行期间如果主机CPU资源爆满，或突遇停电DRA ...

我也这样想过，CPU要干的活太多了

红色国度 发表于 2018-4-5 23:08

红色狂想 发表于 2018-4-4 15:14 static/image/common/back.gif
第一张图中的盘工业美，只是Project Denail虽具革命性，但实际运行期间如果主机CPU资源爆满，或突遇停电DRA ...

肯定会有掉电保护的

312616588 发表于 2018-4-6 09:48

拭目以待吧！！
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