SSD con memoria ReRAM, una nuova architettura ibrida

SSD con memoria ReRAM, una nuova architettura ibrida

L'impiego di un piccolo quantitativo di memoria ReRAM può consentire di realizzare SSD dalle maggiori prestazioni e con un ciclo di vita più esteso

di Andrea Bai pubblicata il , alle 09:11 nel canale Scienza e tecnologia
 

Un gruppo di ricercatori giapponesi ha sviluppato un'architettura ibrida di SSD impiegando accanto a tradizionali chip di memoria NAND flash, la nuova memoria ReRAM, realizzata grazie alle recenti scoperte scientifiche legate al memristore.

La nuova architettura, presentata in occasione del 2012 Symposium on VLSI Circuits, consente di migliorare le prestazioni, estendere il ciclo di vita e ridurre il consumo energetico rispetto alle soluzioni SSD realizzati in maniera convenzionale.

Nel caso della memoria NAND flash, l'unità minima utilizzabile per scrivere dati, altresì chiamata "pagina" ha dimensioni di 16 kilobyte e non è possibile sovrascrivere dati sulla stess apagina. Per questo motivo un accesso casuale che sovrascrive 512byte di dati dovrà scrivere 16KB in un'area differente e canellare il dato originale. Questo particolare sistema di funzionamento mostra il fianco nel momento in cui gli SSD vengono utilizzati in applicazioni che richiedono un elevato numero di accessi casuali, come ad esempio nei server di istituzioni finanziarie, con la conseguenza di avere un abbassamento delle prestazioni di scrittura ed un incremento del consumo energetico.

Il gruppo di ricercatori, coordinato dal professor Ken Takeuchi, ha invece progettato un SSD ibrido che combina 256GB di memoria NAND flash assieme a 8 gigabit di memoria ReRAM che viene utilizzata sia come cache, sia come storage. La memoria ReRAM è in grado di supportare accessi casuali ad elevata velocità, caratteristica che permette non solo di migliorare le prestazioni dell'SSD e di ridurre il consumo energetico, ma anche di incrementare la vita del prodotto utilizzando la ReRAM per la scrittura di piccoli dati.

Nello specifico la scrittura dei dati viene controllata utilizzando tre algoritmi. Dapprima l'algoritmo Anti-Fragment scrive piccoli dati in unità di settori della ReRAM. Quando una pagina di dati è stata stoccata nella ReRAM, viene scritta nella memoria NAND Flash. Ciò comporta una riduzione nella frequenza di accesso casuale alla memoria NAND flash. Tuttavia, dal momento che la capacità della memoria ReRAM è limitatia, è possibile che dati che occupano il 60% delle dimensioni di una pagina vengano scritti direttamente sulla memoria NAND flash, in relazione allo spazio libero presente sulla ReRAM.

In secondo luogo, per sovrascrivere una piccola quantità di dati nella memoria NAND flash dopo aver scritto una pagina di dati in essa, entra in gioco l'algoritmo Reconsider as a Fragmentation che trasferisce la pagina di dati sulla ReRAM in maniera tale che i dati non siano frammentati nella memoria NAND Flash.

Infine l'algoritmo Most Recently Used Table va a conservare nella ReRAM i dati di frequente accesso. Questo algoritmo registra un certo numero degli ultimi indirizzi che sono stati usati per scrivere dati e mandati all'host, in maniera tale che i dati corrispondenti a quegli indirizzi vengano scritti nella ReRAM. Questo algoritmo si basa sull'assunto che gli indirizzi dei dati di frequente accesso sono conservati negli ultimi record.

Il gruppo di ricerca ha realizzato un prototipo di controller per queste funzioni e ha testato il tutto mediante un emulatore che ha confermato la possibilità di incrementare di 11 volte le prestazioni di scrittura, ridurre del 93% il consumo energetico ed incrementare di 6,9 volte la vita del prodotto.

E' proprio quest'ultimo aspetto che ha il maggiore impatto sul mondo degli SSD. Quando questi vengono utilizzati nei datacenter, infatti, devono essere sostituiti con una certa periodicità per via del degrado, nel corso del tempo, delle prestazioni delle celle di memoria flash. Per questo motivo la possibilità di disporre di soluzioni SSD con un ciclo di vita più ampio consente di ridurre notevolmente i costi di allestimento.

19 Commenti
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calabar18 Giugno 2012, 09:41 #1
Bene, ora non resta che aumentare man mano la dimensione del bocco ReRAM e ridurre quello NAND Flash, fino al passaggio completo. Spero non occorra troppo tempo per il passaggio, anche perchè le ReRAM non dovrebbero essere poi tanto costose da produrre, una volta a regime.

Immagino che questi dispositivi, almeno inizialmente, siano indirizzati al mercato enterprise e quindi non accessibili all'utenza consumer. Del resto per l'utente comune il normale SSD al momento basta e avanza.
jgvnn18 Giugno 2012, 10:09 #2
Un po' come la logica dello ZIL + L2ARC di ZFS ma applicato agli SSD... quindi ci si potrà aspettare un grande incremento degli IOPS casuali 4K e soprattutto 512B casuali.
Chissà il prezzo!
shodan18 Giugno 2012, 11:15 #3
Notizia interessante, però generalmente nei server che richiedono elevatissimi valori di IOPS i dischi (anche SSD) sono dietro un controller con cache DRAM e batteria di backup, e vengono applicate le stesse politiche di riduzione delle scritture sullo storage permanente: in altre parole, la suddetta ricerca mi sembra utile più per un discorso di contenimento costi che di aumento prestazioni/longevità.

Concordo invece che sarebbe molto interessante vedere dischi completamente composti da ReRAM

Ciao.
jgvnn18 Giugno 2012, 11:38 #4
Originariamente inviato da: shodan
Notizia interessante, però generalmente nei server che richiedono elevatissimi valori di IOPS i dischi (anche SSD) sono dietro un controller con cache DRAM e batteria di backup, e vengono applicate le stesse politiche di riduzione delle scritture sullo storage permanente: in altre parole, la suddetta ricerca mi sembra utile più per un discorso di contenimento costi che di aumento prestazioni/longevità.

Concordo invece che sarebbe molto interessante vedere dischi completamente composti da ReRAM

Ciao.


si ma con questi non avresti bisogno di batterie di backup, in quanto la cache è persistente, una volta consolidato il dato sulla cache, lo si può considerare scritto.
Giusto?
pabloski18 Giugno 2012, 12:58 #5
Originariamente inviato da: shodan
Notizia interessante, però generalmente nei server che richiedono elevatissimi valori di IOPS i dischi (anche SSD) sono dietro un controller con cache DRAM e batteria di backup


Visti gli attuali stravolgimenti di prezzi, direi che ormai conviene più un ssd ram
shodan18 Giugno 2012, 13:03 #6
Originariamente inviato da: jgvnn
si ma con questi non avresti bisogno di batterie di backup, in quanto la cache è persistente, una volta consolidato il dato sulla cache, lo si può considerare scritto.
Giusto?


Si, in teoria il vantaggio della ReRAM rispetto alla normale DRAM dovrebbe proprio essere questo, anche se non so a quanto ammonti la persistenza.

E' per questo che ne facevo un discorso di costi: si andrebbe a semplificare qualcosa che è già implementato negli attuali controller.

Ciao.
shodan18 Giugno 2012, 13:09 #7
Originariamente inviato da: pabloski
Visti gli attuali stravolgimenti di prezzi, direi che ormai conviene più un ssd ram


Eh ma poi ti servirebbe una batteria per non perdere i dati in caso di blackout. Tra l'altro, soluzioni del genere (dischi RAM) sono già disponibili in ambito enterprise. Anzi anni fa Gigabyte produceva qualcosa del genere anche in ambito desktop...

Ciao
pabloski18 Giugno 2012, 13:11 #8
Originariamente inviato da: shodan
Eh ma poi ti servirebbe una batteria per non perdere i dati in caso di blackout. Tra l'altro, soluzioni del genere (dischi RAM) sono già disponibili in ambito enterprise. Anzi anni fa Gigabyte produceva qualcosa del genere anche in ambito desktop...

Ciao


Logisticamente sarebbe problematico. Però mi è venuto un colpo quando ho comprato un nuovo hard disk il mese scorso e, comparando i prezzi con quelli delle dram, quasi quasi ero tentato di comprare 32-64 gb di ram e farne un disco

Ok che l'hard disk è 750 gb, però i prezzi sono schizzati alle stelle.
marchigiano18 Giugno 2012, 14:51 #9
vediamo se riuscirò a resistere a non comprare un ssd nand e puntare diretto ai reram
shodan18 Giugno 2012, 18:31 #10
Originariamente inviato da: pabloski
Logisticamente sarebbe problematico. Però mi è venuto un colpo quando ho comprato un nuovo hard disk il mese scorso e, comparando i prezzi con quelli delle dram, quasi quasi ero tentato di comprare 32-64 gb di ram e farne un disco

Ok che l'hard disk è 750 gb, però i prezzi sono schizzati alle stelle.


Si però sono cose troppo differenti per essere paragonate

Poi che i prezzi degli HD tradizionali sia ancora molto alto è vero...

Comunque per salvare capre e cavoli (costo e prestazioni), direi che si può puntare a un Crucial M4 da 128 GB: ne ho visti poco sopra i 100-110 euro, e sono gran bei dischi...

Originariamente inviato da: marchigiano
vediamo se riuscirò a resistere a non comprare un ssd nand e puntare diretto ai reram


Come sopra: se hai bisogno di velocità a prezzo abbordabile, i Crucial M4 sono un'ottima scelta

Ciao.

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