Prakticky po celou dobu, co tu s námi jsou disky SSD (a potažmo i další produkty na bázi pamětí NAND Flash), vyhlížíme nějakou jejich náhradu. NAND totiž není nejrychlejší, hlavně je ale choulostivá svou omezenou životností. Naděje momentálně vkládáme hlavně do pamětí 3D XPoint, které vyvinul Micron s Intelem, které ale zdá se zatím přinášejí spíše evoluční zlepšení. Ovšem nyní přichází na trh první alternativa, s kterou už se skoro přestalo počítat – SSD na bázi magnetorezistivní paměti MRAM.
Tuto paměť dostala do výroby menší firma Everspin, která ji dosud vyráběla jen pro okrajové trhy, zejména embedded. MRAM (v tomto případě by přesněji mělo jít o ST-MRAM, Spin Torque MRAM) je stejně jako NAND nevolatilní paměť, držící na rozdíl od DRAM svůj obsah i po vypnutí napájení. Čipy na bázi MRAM by měly být jedny z výkonnějších nevolatilních pamětí dneška a zajímavé na nich je, že by měly mít onu ostře sledovanou přepisovací životnost výrazně delší. Everspin ji ale zatím vyrábí jen v kapacitách, které zdaleka nedosahují velikosti čipů NAND. Přesto se ale nyní na trh chystá první SSD založené na této technologii, které by mohlo sloužit jako demonstrátor pro další již vážnější produkty. A dokonce je to SSD dosti výkonné.
Everspin na bázi aktuální generace svých čipů založí kartu nvNitro pro rozhraní PCI Express 3.0 ×8, která bude postavena nad standardním rozhraním NVMe a tedy z pohledu systému půjde o zcela běžné SSD, byť založené na exotických čipech. Momentálně mají kapacitu jen 256 Mb (32 MB) na jeden, takže celé SSD bude mít malou – až skoro mikroskopickou – kapacitu. S 32 použitými čipy bude nabízet 1 GB (nvNitro ES1GB), s 64 pak 2 GB (nvNitro ES2GB), což bude zatím maximum. SSD nvNitro tak zatím může sloužit jen jako NVMe akcelerátor nebo cache pro velmi specifická nasazení či pro testování možností technologie, nikoliv jako standardní úložiště.
Životnost MRAM je prý skoro neomezená
Paměti ST-MRAM mají údajně tak velkou životnost, že nvNitro nepotřebuje techniky pro rozkládání zátěže a migraci dat z opotřebovaných buněk (tzv. Wear Leveling), ani rezervní kapacitu pro náhradu vyčerpaných sektorů. Ve specifikacích je v kolonce garantovaná výdrž dokonce napsáno, že disk umožňuje „uniformní neomezený zápis“ (nebo aspoň po dobu pětileté záruky). Jaký to rozdíl proti dnešním SSD... Řadič a firmware by díky tomu měly být značně jednodušší a také nedochází k degradaci výkonu při zaplnění prostoru. SSD nvNitro by se také díky výdrži mělo dát nakonfigurovat tak, aby kapacita byla přímo namapovaná do adresního prostoru počítače, bez zapojení protokolu NVMe. Zdá se ale, že je o kratší doba, po kterou zápis vydrží bez napájení. Při padesáti stupních Celsia jsou ve specifikacích garantovány tři měsíce.
SSD nvNitro má prý mít typickou latenci pro přenosy 4KB bloků 6 µs, což je podstatně méně než u úložišť na bázi NAND (tam se u výkonných SSD obvykle objevují čísla nad 50 μs, výjimečně nižší, Intel SSD DC P3608 například uváděl 20 μs). Zajímavé je, že zápis by měl mít výkon prakticky stejný jako čtení. Skevenční rychlosti jsou až 6000 MB/s, výkon v náhodném přístupu pak má při hloubce fronty 32 dosahovat až 1 500 000 IOPS. Při hloubce 16 je to stále 1 000 000 IOPS, při hloubce osm položek pak 800 000 IOPS. Při omezení fronty na hloubku jedna je výkon stále ještě 175 000 IOPS při čtení a 150 000 IOPS v zápisu. Výkon MRAM by také neměl trpět při práci s menšími bloky, jelikož umožňuje přístup s vysokou granularitou. S 512B bloky se údajně podařilo dostat na výkon až 2 200 000 IOPS.
Čipy ST-MRAM kompatibilní se standardem DDR3Čipy ST-MRAM mají nativně rozhraní založené na standardu DDR3 (byť detailní časování je samozřejmě jiné, než u DRAM), pro potřeby tohoto SSD ale budou zapojené za řadič na bázi čipu FPGA. Ten by asi v budoucnu mohl být nahrazen klasickým ASICem, pokud by se objem výroby a prodeje dostatečně rozrostl. Schopnost připojení paměti MRAM v modulech SO-DIMM, které Everspin vyrábí, k FPGA Xilinx UltraScale bude otevřena i dalším zájemcům a Everspin jim k tomu dodá potřebnou technologii. Takže SSD nvNitro je zároveň demonstrátorem pro další aplikace MRAM, kde by paměť mohla sloužit jako náhrada SRAM a DRAM.
Momentálně má Everspin prototypy a vzorky, které jsou založené na standardní vývojové desce pro dané FPGA, paměti MRAM jsou ve slotech SO-DIMM. Během roku by se ale měly objevit učesanější sériové karty do slotu PCI Express a disky s rozhraním U.2 (s výškou 15 mm, uvnitř mají být dvě vrstvy PCB). V přípravě je také uvedení disku, který by měl provedení modulu M.2, tam ale bude kapacita ještě více omezená. Tato speciální úložiště jsou už údajně v rukou prvních zákazníků, kteří testují vzorky. Do standardního prodeje by se pak měly dostat v druhém kvartále, tedy během pár měsíců.
Kapacity letos stoupnou na 8 GB
Tato technologie vypadá po stránce výkonu a vlastností poměrně slibně, pokud by nebyla omezena malou velikostí čipů. Současná kapacita 32 MB je odsuzuje na vyloženě okrajové aplikace. Do konce letoška by měl Everspin přinést větší čipy s kapacitou 128 MB (1 Gb) a rozhraním DDR4, což by velikosti odvozených úložišť dostalo až na 8 GB při použití 64 čipů (konfigurace současného 2GB nvNitro). Na zajímavější nasazení to bude stále málo, ale pokud se Everspinu podaří škálovat dál, snad se do mainstreamových kapacit eventuálně dostane. Nicméně pro rozšíření této technologie bude samozřejmě stěžejní i cena. Tu Everspin pro současná SSD nvNitro neuvádí, vzhledem k speciálnímu ražení technologie, nízkým objemům výroby a poměrně nákladné konstrukci karty s čipem FPGA bude hodně vysoká.
