PCIe SSD, उपप्रकार और भविष्य

सामान्य SSD ड्राइव के उपप्रकार और संभावनाओं पर पिछले लेख में चर्चा की गई थी, और इससे पहले, हार्ड ड्राइव की जांच की गई थी।

पारंपरिक SAS / SATA इंटरफेस परिचित, अच्छी तरह से विकसित और रोजमर्रा की जिंदगी में सुविधाजनक हैं। एक बड़ा बुनियादी ढांचा है - डिस्क, नियंत्रक, विस्तारकों के साथ संगतता, खर्च किए गए केबल प्रबंधन। वे SCSI और SATA स्टैक के काम के साथ हैं, इंटरफ़ेस नियंत्रकों की देरी। IOPS को बढ़ाने और विलंबता को कम करने के लिए चल रहे संघर्ष को अनावश्यक लिंक से छुटकारा पाने और ड्राइव को संभव के रूप में प्रोसेसर के करीब रखने की आवश्यकता है। इसलिए, क्या होगा यदि एसएएस / एसएटीए एसएसडी का प्रदर्शन आपको शोभा नहीं देता और आप इसे और भी तेज चाहते हैं?

PCIe चुनें!

रुझान, हमेशा की तरह, विभाजित थे।



सबसे सरल कार्ड (जैसा कि ऊपर फोटो में है) एक PCIe नियंत्रक से जुड़े नियमित SATA ड्राइव का उपयोग करते हैं। वे सरल एसएटीए एसएसडी पर कोई लाभ नहीं देते हैं, सब कुछ उसी एएचसीआई स्टैक पर प्रसारित होता है। हम इस उप-प्रजाति पर विचार नहीं करेंगे; यह उपभोक्ता उपकरणों के लिए है।

अधिक जटिल विकल्प एक पुल कनेक्शन के साथ एसएएस पुल और फ्लैश मेमोरी कंट्रोलरों का उपयोग करते हैं।



वास्तव में, दूसरी उप-प्रजातियाँ एसएएस एसएसडी की एक सरणी है, जो ओएस का उपयोग करके एकल स्थान में संयुक्त होती हैं। इस दृष्टिकोण का एक स्पष्ट लाभ मानक SCSI स्टैक का उपयोग करने की क्षमता है। यह हर जगह काम करता है, कम से कम कोई शिकायत नहीं है, समाधान के लिए दशकों से काम किया गया है। घनत्व भी शीर्ष पर है, क्योंकि 2.5 "प्रारूप की कोई सीमा नहीं है और फ्लैश बहुत कुछ समायोजित कर सकता है, वॉल्यूम 3.2TB तक पहुंचता है। विशिष्ट प्रतिनिधि Intel 910, LSI Nytro WarpDrive और Nytro XP हैं, जो बहुत कम कार्ड लोड के साथ बहुत तेज़ कार्ड हैं। एक प्राकृतिक माइनस - पहले की तरह, यह ड्राइवरों के सभी स्तरों और एससीएसआई स्टैक का अनुवाद है, जो देरी को जोड़ता है और मैं इससे छुटकारा चाहता हूं।

अनावश्यक SCSI स्टैक से छुटकारा पाने के लिए, जिसे प्राचीन काल में विकसित किया गया था, जब बड़े पैमाने पर भंडारण उपकरणों में फ्लैश का अस्तित्व अभी भी सपना नहीं था, कुछ डेवलपर्स विशेष नियंत्रकों के साथ ड्राइव के साथ आए जो PCIe को सीधे NAND नियंत्रक से जोड़ते हैं। ऐसे कार्ड फ्यूजन-आईओ, विरिडेंट, हुआवेई, माइक्रोन द्वारा बनाए गए हैं।



पेशेवरों:

• कम विलंबता, तीन माइक्रोसेकंड के क्षेत्र में आज का सबसे अच्छा संकेतक।
• उच्च प्रदर्शन - बड़े ब्लॉकों में 3.2 / 2.8 जीबी / एस पढ़ने / लिखने के लिए और
  4K ब्लॉक में पढ़ने / लिखने के लिए 770K / 630K IOPS।
  
• SCSI स्टैक की कमी, NAND के साथ काम का अनुकूलन (उदाहरण के लिए, फ्यूजन-आईओ)।

विपक्ष:

• उच्च CPU उपयोग (16 कोर के साथ प्रोसेसर की उपलब्धता के साथ इतना प्रासंगिक नहीं)।
• गर्म स्वैप में असमर्थता: सामान्य तौर पर, PCIe कार्ड इसकी अनुमति नहीं देते हैं।
• ड्राइवर प्रत्येक नियंत्रक के लिए अद्वितीय हैं।

ड्राइवरों की विशिष्टता होनहार प्रौद्योगिकी के प्रसार को जटिल बनाती है, इसलिए एकल समाधान की तलाश शुरू हो गई है।

एनवीएम एक्सप्रेस

नए NVM एक्सप्रेस प्रोटोकॉल को विकसित करने के लिए NVMHCI वर्क ग्रुप में 90 से अधिक कंपनियां एक साथ शामिल हुईं, जो एक मानक में SSD समाधान की क्षमता को उजागर करेगी। भविष्य के लिए जमीनी कार्य को भुलाया नहीं गया है - मल्टी-कोर के लिए अनुकूलन प्रत्येक थ्रेड के लिए आदेशों की बारी आवंटित करने और बाधित करने के लिए संभव बनाता है। औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए एक उन्नत त्रुटि का पता लगाने और नियंत्रण प्रणाली उत्कृष्ट है। डिस्क स्व-एन्क्रिप्शन प्रोटोकॉल समर्थित है।


इसलिए SCSI से छुटकारा पा लिया

होस्ट कंट्रोलर का स्केलेबल इंटरफ़ेस एक I / O कतार में 64K कमांड का समर्थन करता है, जो 64 हजार भी हो सकता है। NVM एक्सप्रेस का आधार संयुक्त सबमिशन और कम्पलीशन कतार तंत्र (निष्पादन कतार और पूर्ण कतार) है। प्रोग्राम्स के कमांड सबमिशन क्यू में रखे जाते हैं, एक्जीक्यूशन रिजल्ट को कंट्रोलर द्वारा कंप्लीशन क्यू में रखा जाता है। कई सबमिशन क्यू एक पूर्णता कतार का उपयोग कर सकते हैं और ये सभी मेजबान मेमोरी में स्थित हैं।


सुंदर योजना

डिवाइस प्रबंधन के लिए व्यवस्थापक सबमिशन और कम्प्लीशन कतार मौजूद हैं - कमांड कतार बनाना, हटाना और कमांड निष्पादन रद्द करना आदि। केवल व्यवस्थापक कमांड सेट से नियंत्रण आदेश इन कतारों में मिल सकते हैं।

उपयोगकर्ता सॉफ़्टवेयर नियंत्रक की सीमा तक कतार बना सकता है, लेकिन सर्वर क्षमताओं पर ध्यान केंद्रित करना सामान्य अभ्यास है। उदाहरण के लिए, एक प्रणाली में चार कोर के लिए, ताले से बचने और कोर को प्रक्रियाएं संलग्न करने के लिए चार जोड़े कतार बनाना बेहतर होता है। यह दृष्टिकोण कुशल प्रदर्शन स्केलिंग और कम विलंबता प्रदान करता है।

NVMe की मुख्य विशेषताएं:

1. प्रत्येक में 64K I / O कतार, 64K टीमों का समर्थन करता है।
2. विकसित मध्यस्थता तंत्र और I / O कतारों की प्राथमिकता प्रणाली।
3. प्रबंधन और अतिरेक आदेशों को छोड़कर, आदेशों का सेट घटाकर 13 कर दिया गया है।
4. MSI-X और इंटरप्ट एकत्रीकरण के लिए समर्थन।
5. 64 बाइट्स का पूर्ण अनुदेश आकार छोटे ब्लॉकों में यादृच्छिक संचालन पर उच्च प्रदर्शन की गारंटी देता है।
6. I / O वर्चुअलाइजेशन के लिए समर्थन, जैसे SR-IOV।
7. कमांड कतार में MMIO रजिस्टर में एक प्रविष्टि को बायपास करता है।
8. कई नामस्थानों का समर्थन करता है।
9. उन्नत त्रुटि का पता लगाने और प्रबंधन क्षमताओं।
10. MPIO (अतिरेक सहित), पूर्ण डेटा सुरक्षा (DIF / DIX) का समर्थन करें।

पारंपरिक एएचसीआई इंटरफेस (अनुवाद के बिना) पर फायदे की सारांश तालिका

	AHCI	NVMe
अधिकतम कतार गहराई	1 कमांड कतार; प्रति कतार 32 आदेश	65,536 कतारें; प्रति पंक्ति 65536 आदेश
अनुपलब्ध रजिस्टर एक्सेस (प्रत्येक 2000 चक्र)	गैर-कतारबद्ध आदेश प्रति 6; 9 प्रति पंक्तिबद्ध कमान	2 प्रति आदेश
एमएसआई-एक्स और इंटरप्ट स्टीयरिंग	एकल रुकावट; कोई स्टीयरिंग नहीं	2048 एमएसआई-एक्स बाधित
समानांतरवाद और कई सूत्र	आदेश जारी करने के लिए सिंक्रनाइज़ेशन लॉक की आवश्यकता होती है	कोई ताला नहीं
4 केबी कमांड के लिए दक्षता	कमांड पैरामीटर्स के लिए दो क्रमबद्ध होस्ट DRAM भ्रूण की आवश्यकता होती है	एक 64 बाइट्स लाने में कमांड पैरामीटर मिलता है

विंडोज के लिए ड्राइवरों को ओपनफाइंग एलायंस द्वारा समर्थित किया गया था , विंडोज सर्वर 2012 R2 एनवीएमई समर्थन के साथ शुरू होता है जो कि माइक्रोसॉफ्ट द्वारा ही एकीकृत है।

लिनक्स के लिए इंटेल ड्राइवर 3.3 कर्नेल में शामिल थे, और एसएसडी के साथ काम करने के लिए एक नया ब्लॉक स्तर 3.13 कर्नेल में शामिल था, जिसमें फ्यूजन-आईओ कर्मचारियों का हाथ था। नई कर्नेल डिज़ाइन आंतरिक स्तरों को दो स्तरों (प्रोसेसर और हार्डवेयर सबमिशन क्यू के लिए) में विभाजित करती है, अड़चन को दूर करती है और I / O को समानांतर करती है। 3.13 में रिलीज़ में, केवल virtioblk ड्राइवर को संशोधित किया गया था, अन्य ड्राइवरों को बाद में संशोधित किया जाएगा।

सब कुछ ठीक लगता है, एक्सेलरेटर के लिए शानदार प्रदर्शन और कम देरी ने बाजार में अपना स्थान पाया है, लेकिन कुछ गायब है। खैर, निश्चित रूप से, गर्म स्वैप के बिना एक वास्तविक कॉर्पोरेट ड्राइव क्या है? गड़बड़ तय होनी चाहिए।

आम जनता को वितरण के लिए, मौजूदा फॉर्म फैक्टर का उपयोग करना भी वांछनीय है, विकल्प एसएएस कनेक्टर को बनाए रखते हुए 2.5 "प्रारूप (तार्किक) पर गिर गया।


अतिरिक्त पिन के साथ एसएएस कनेक्टर

फ्लैश के साथ एक पारंपरिक PCIe कार्ड को सावधानीपूर्वक हैंडलिंग की आवश्यकता होती है ताकि स्टेटिक के साथ संवेदनशील माइक्रोक्रिस्केट को नुकसान न पहुंचे। गर्म स्वैपिंग की संभावना के अलावा, 2.5 "प्रारूप में फ्लैश को अतिरिक्त से बचने के लिए एक आवरण द्वारा संरक्षित किया जाता है।


एनवीएमई एसएसडी

स्वाभाविक रूप से, एक मामूली खामी के बिना नहीं। जैसा कि हमने पहले ही लिखा है, फ्लैश अपने आप में बहुत धीमा उत्पाद है और नियंत्रकों के पास काम को समानांतर करने के लिए बड़ी संख्या में चैनल हैं। 2.5 "प्रारूप में, स्थान सीमित है और पूर्ण आकार के पीसीआई बोर्ड के प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए यह अत्यंत समस्याग्रस्त है - फिट होने के लिए बहुत अधिक फ्लैश नहीं है।

सैमसंग XS1715 पढ़ने के लिए 740K IOPS का वादा करता है, माइक्रोन P420m और इंटेल P3700 क्रमशः अधिक मामूली - 430K और 450K हैं।

अब हमारे और एनवीएमई के बारे में

वर्तमान उत्पादों के बीच, 4 एक्सएमएमई एसएसडी को इंटेल ज़ीओ ई 7-4800 वी 2 पर आधारित ईटीग्रो हाइपरेशन आरएस 530 जी 4 चार-प्रोसेसर सर्वर में स्थापित किया जा सकता है।



बाईं ओर चार ड्राइव कनेक्टेड केबलों के आधार पर या तो एसएएस या एनवीएमई हो सकते हैं। तीन मिलियन IOPS के तहत, 12GB / s के तहत, पढ़ने की गति 60 कोर और रैम के छह टेराबाइट्स के लिए एक बढ़िया अतिरिक्त है :)

वैसे, सर्वर में चार हॉट-स्वैप पीसीआईघड़ी स्लॉट हैं, इसलिए वर्तमान पीसीआई बोर्ड को कुछ असुविधा के साथ, मक्खी पर भी बदला जा सकता है।

इंटेल पर आधारित दोहरे प्रोसेसर सिस्टम की अगली पीढ़ी (जो कि गिरावट में लॉन्च की जाएगी) के पास NVMe ड्राइव के लिए नियमित पैरों के निशान भी हैं।