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SSD的2项前瞻性技术:Open-Channel 和IO Determinism

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haierccc 发表于 2018-3-31 12:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
点击数:909|回复数:10
本帖最后由 haierccc 于 2018-4-1 14:05 编辑

一、Open-Channel
妾身千万难,FTL将栖身何处?
我们知道SSD控制器内部算法核心是FTL(Flash Translation Layer),把用户的地址LBA转换为SSD内部Flash芯片的物理地址。一般的消费级SSD控制器内置FTL,因为功能比较简单和统一,消费级市场 经过WinTel联盟多年的锤炼,各种接口非常统一,大家的需求也很单一,只要支持Intel主板、Windows操作系统就可以了,大大简化了各种外设 的硬件设计。 但是进入了企业级市场,真是群雄并立,有各种各样的客户和存储厂家,大家使用多种多样的操作系统和主板架构,甚至Google、Facebook、BAT 都可以自己定义硬件、Linux底层。在这种情况下,FTL放在SSD控制器里面已经难以满足需求了,用户希望能够自定义FTL,根据自己的数据特点设计 高效的FTL,比如: 搜索引擎可以把索引表和SSD物理地址对应起来; 日志数据可以直接流式写入SSD内部Flash通道; 数据库希望key-value能对应到SSD物理地址。 这种自定义后面如果有FTL,导致几大缺点: latency变长; 达不到最优的性能; 垃圾回收、磨损平衡等浪费了SSD的存储空间和寿命。


CNEXlabs的SSD控制器把SSD内部的通道开放给用户使用,这样控制器只负责Flash数据传输、ECC、RAID、垃圾回收引擎、错误处理、坏块管理等工作,而FTL层的设计由Host自己根据需求实现。这样也方便用几个控制器组成一个大的SSD,甚至阵列。

在软件定义存储中的优势 可以集中管理多个SSD; 软件可定制; 根据需求定义FTL; FTL可以不断修改; 针对不同应用开发不同软件。 如下RocksDB例子,数据以日志形式直接写入Flash的块,有点像百度自己做的SSD。CNEXlabs还提供了Linux驱动,支持NVMe以及NULL Driver做FTL性能测试和Debug。


二、IO Determinism
固态硬盘卡顿是很多人都遇到过的问题,除了节能兼容性原因导致的卡顿之外,大多数重度使用时出现的卡顿都与垃圾回收或读写干扰有关:闪存的读取速度比写入快很多,写入速度又比擦除速度快出更多。在重度使用时,擦除和写入会拖慢同时进行的读取操作,影响固态硬盘性能发挥。东芝在企业级NVMe固态硬盘当中引入了IO Determinism特性来解决这个问题。
IO Determinism是计划中NVMe 1.4标准的特性,目标是使用新架构新算法降低固态硬盘的读取延迟,将具有变革性的提速效果。


通过将固态硬盘中的闪存分组使用,将写入与读取操作分离,避免了读取命令排队等待的情况;



经过优化以后,东芝将混合读写状态下的企业级固态硬盘读取延迟降低了100倍。


在IO Determinism出现之前,要降低混合读写的读取延迟主要是通过增大OP预留空间来实现,增大OP会提高固态硬盘单位可用容量成本,同时效果也不如IO Determinism那样立竿见影。



企业级和消费级固态硬盘之间原本没有绝对的鸿沟,技术上的共通性让企业级技术下放成为可能,我们未来就可以用更低的价格买到更好用的消费级固态硬盘。

以上2篇文字是转帖过来的,看来SSD仍然有很大的优化空间,今后的速度和延迟能比肩RAM。
IO Determinism是经过优化的NVME协议,而Open-channel则是彻底革命:主控不再运行FTL(改由主机CPU完成),直写物理闪存。这与directX直写显卡有异曲同工之妙。

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909648183 发表于 2018-3-31 13:45 | 显示全部楼层
本帖最后由 909648183 于 2018-3-31 13:50 编辑

NAND不可能比肩RAM的,这些优化只是更进一步的释放了NAND的性能,但NAND性能本身就有瓶颈

NAND延时几十μs,RAM延时ns级别,这是硬件决定的,这些优化最多只能尽可能达到硬件性能的极限


haierccc  楼主| 发表于 2018-3-31 14:59 | 显示全部楼层
本帖最后由 haierccc 于 2018-3-31 15:19 编辑
909648183 发表于 2018-3-31 13:45
NAND不可能比肩RAM的,这些优化只是更进一步的释放了NAND的性能,但NAND性能本身就有瓶颈

NAND延时 ...

INTEL的3D XPoint的读取延迟是10ns(不知道是芯片级读取速度,还是经过了FTL的读取速度),再加上Open-Channel,我认为延迟相比于DRAM,差距不会像现在这么大了。

Mufasa 发表于 2018-3-31 19:58 | 显示全部楼层
haierccc 发表于 2018-3-31 14:59
INTEL的3D XPoint的读取延迟是10ns(不知道是芯片级读取速度,还是经过了FTL的读取速度),再加上Open-Cha ...

傲腾可以直接做内存,不需要这么复杂的技术。。。。

现在用傲腾做SSD实际上只是试试效果,并不是最终的应用形态。
jerrytsao 发表于 2018-3-31 21:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 jerrytsao 于 2018-3-31 21:10 编辑

CNEX Labs协助的巨硬Project Denali前段时间在OCP Summit正式亮相了, 反正我是没看出Open Channel和那些老的Host-Based SSD(Fusion-io)有什么特别大的区别
https://www.servethehome.com/microsoft-project-denali-game-changer-flash-storage-at-scale/

DGX 发表于 2018-3-31 21:46 | 显示全部楼层
haierccc 发表于 2018-3-31 14:59
INTEL的3D XPoint的读取延迟是10ns(不知道是芯片级读取速度,还是经过了FTL的读取速度),再加上Open-Cha ...

3DXpoint颗粒不同于NAND

haierccc  楼主| 发表于 2018-4-1 07:40 | 显示全部楼层
jerrytsao 发表于 2018-3-31 21:06
CNEX Labs协助的巨硬Project Denali前段时间在OCP Summit正式亮相了, 反正我是没看出Open Channel和那些老 ...

看来大企业投资了这家公司
伊缠 发表于 2018-4-1 09:54 | 显示全部楼层
SSD迫切需要解决的问题应该是温度、成本和寿命
zsbstephen 发表于 2018-4-1 13:28 | 显示全部楼层
我说这标题怎么看着不对劲,一看清楚果真是“错别字”~

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haierccc  楼主| 发表于 2018-4-1 14:04 | 显示全部楼层
zsbstephen 发表于 2018-4-1 13:28
我说这标题怎么看着不对劲,一看清楚果真是“错别字”~

已改            
哆啦A梦 发表于 2018-4-1 22:42 | 显示全部楼层
不是有那种ftl在内存的SSD吗?只是不能安装系统
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