Přichází první SSD s pamětí MRAM místo NAND. Skvělý výkon i výdrž, nebýt kapacity

16
NVMe SSD Everspin nvNitro ES1GB na bázi magnetorezistivní paměti ST-MRAM

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 DDR3
Čipy ST-MRAM kompatibilní se standardem DDR3

Čipy 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.

16 KOMENTÁŘE

  1. Vždyť je to tak jednoduché, proč s tím ještě nikdo nepřišel? Stačí vzít normální SSD disk a HDD disk a spojit je dohromady přes raid tak aby všechna data na SSD byly zkopírovaná na disku. (jen jako mirror aby HDD nezpomaloval SSD). Jakmile by se SSD rozbilo, vysunul bys SSD část a zasunul bys novou, z HDD by se přetáhli data a frčel bys dál. Já vím teď mi řeknete zže existuje miliarda zálohovacích programů a budete vymýšlet jakési hovadiny proč by to nešlo místo toho jak by to šlo, ale víte jaká by to byla krása kdyby to byla záležitost hardware?

    • a ako by to malo realne fungovat? Predstavme si, ze na ssd cast zapisem 500GB dat rychlostou 500MB/s za cca 16 minut. HDD cast bude mat ale rychlost iba 100MB/s a teda „synchronizacia“ bude trvat hodinu a pol. Teraz hodinu a pol nesmiem vypnut pocitac?

    • Ne, teď ti v první řadě řeknu, že SSD jsou spolehlivější než HDD (průměrně ročně selže pod 1% vs cca 2-3% u disků). Takže zálohovat na HDD je hovadina. Navíc tím buď při zápisech degraduješ výkon SSD na úroveň HDD, nebo nemáš real-time zálohu a jen statisticky máš šanci, že tam ta data budou. Dále zvyšuješ spotřebu (důležitá na jedne straně v notebooku a na druhé paradoxně v serverech).
      A potom je tu ta základní otázka – pro koho by takový produkt byl? Uživatelé se ti (oprávněně) vysmějí, že platit cenu SSD+HDD za kapacitu SSD nedává smysl a do serverů nedává smysl kvůli omezení zápisu na rychlost HDD.
      A potom je tu i to co jsi sám nakousl – tohle jde realizovat třeba pomocí RAIDu (klidně hardwarový, pokud nemáš rád softwarová udělátka), ale neznám nikoho, kdo by takovou hovadinu dělal.

    • Odpověď je jednoduchá – tohle všechno umí online zálohovací řešení, kdo je potřebuje, ten je má. U RAID 1 (neboli zrcadlení) je jeden problém – řadič nedovolí přečíst data, dokud nejsou konzistentní na obou discích, takže se tím opravdu degraduje při zápisu SSD na rychlost HDD a proto se to nepoužívá. A vymýšlet speciální hardware na tento případ se nevyplatí, cílová skupina je velice malá a v pohodě to pokryjí softwarová řešení která už existují.

      • tow: Jasně, vymýšlet něco co už funguje je zbytečné a drahé, ale vývoj pamětí které by měli neomezenou životnost a nikdy se z nich data neztratila tak aby jsi nemusel zálohovat je vlastně levnější. Vývoj 7nm stál 7 miliard, vývoj 5nm 5miliard…. vývoj 0nm… prakticky tady několik let máme SSD o kterých víme že se pokazí, a sypou se prachy do výzkumu SSD které se nepokazí… fakt úžasné myšlení. Jak říkal jeden můj dobrý učitel ekonomie: „rozdíl mezi úspěšným američanem a neúspěšným čechem je v tom, že čech hledá jak by to nešlo a američan hledá jak by to šlo“. Howg!

  2. Jsem rád že jste zapli mozek a začli konstruktivní debatu kromě nějakého trapného dvojtého h.

    Pety: Mě nejde o zálohu dat, ale o systém, vem si že máš windowsi a programy a všechno nastavený. Klekne ti disk a teď musíš koupit novej disk, naformátovat, nainstalovat windows, aktivovat licenci a nainstalovat další programy a nastavit win k obrazu svému. Pro mě docela opruz a ztratíte minimáně půl dne. Emailovej klient, hesla… uff…

    ch3vr0n: přesně tak.

    ptipi: nevím teda o té spolehlivosti, jsou disky které nehavarovali ani jednou – ty speciální hitachi a pak tu máme nějké nejnižší řady seagate u kterých umřela většina. Jako když mrknu do krabičky pod stolem a tam seagate baracuda 320GB, kterou klidně teď strčím do počítače a pojede bez jediného vadného sektoru a to je na světě snad už takových 15let. Takže si nemyslím že by všechny HDD byli špatné.
    Na noteboky ti kašlu, to patří do popelnice a servery jsem neměl na mysli. myslel jsem domácí použití. Právě aby sis nemusel kupovat zvlášť plotnový disky.

    DougQuaid, ptipi: Proč bych degradoval rychlost, normálně by jsi pracoval se SSD a data která se nemění se v pohodě zrcadlí, přemazávané data by bohužel nebyly hotline realtime. Stejně SSD dost lidí používá pro schopnost číst a k tomu by byl využíván úplně stejně jak ho využíváš dnes. Akorát by pro tebe neznatelně zadní bránou data přetíkala na HDD. Domnívám se že cena xxxGB HDD k xxxGB SSD není nijak závratná, přece jen to nejsou terabajty. Když vezmu 240GB, tak pochybuji že využíváš k práci celej disk. Přetok celýho disku při rychlosti zápaisu HDD 70Mb/s by trval 58minut. Kdybys přepsal třeba jen 8Gb tak to má za dvě minuty zazálohovaný,takže než ukončíš všechny programy, mrkneš na internet co novýho na cnews a vypneš počítač tak je to dávno zazálohovaný na hdd.

    • „Pety: Mě nejde o zálohu dat, ale o systém, vem si že máš windowsi a programy a všechno nastavený. Klekne ti disk a teď musíš koupit novej disk, naformátovat, nainstalovat windows, aktivovat licenci a nainstalovat další programy a nastavit win k obrazu svému. Pro mě docela opruz a ztratíte minimáně půl dne. Emailovej klient, hesla… uff…“

      Tohle jsem nějak nepobral. Na něco takového existuje už nejmín dekádu miliarda řešení, nehledě na to, že to zvládnout i samotné Windows. Já to třeba nepoužívám, protože obnovit počítat od nuly do puvodního stavu mi zabere kolik? Hodinu? Hodinu a půl? Instalace Windows je na 10 minut. Pak drivery. Pak programy. Email klienta neřeším, protože je na webu. Hesla má v sobě správce hesel, takže si pamatuju jen jedno heslo.

  3. Optane bude mít konečně smysl. Až budou kapacity do 32GB za rozumnou cenu tak se konečně dočkáme plné redundantního běhu PC. Realtime debuging… apod. Pro virtualizaci to bude mít téže obrovský přínos.