反思ssd数据中心

半导体控制数据得到了固态硬盘(ssd)的内部数据中心在阳光下那一刻。

这个兴趣激增包括不仅仅是固态硬盘设备。它利用一个完整的生态系统,从系统架构师和设计工程师,他们必须找出最好的路径数据流和片外,通过一个系统。它还包括I / O IP、存储设备的物理距离从服务器机架。它包括互连结构,在云计算和大型企业越来越依赖硅光子学。

有四个主要问题,围绕SSDs-latency发挥作用,权力,成本,和带宽,ssd和之间的不同。这些不同的元素之间有一些重叠,因为电力和性能可能被交易,这取决于应用程序,或者只是接受一些工作的经营成本。在任何情况下,这是一个平衡任何重要的用户数据。所以云通信安全性至关重要的信息将有更高的性能要求比静态记录搜索或一个在线购物的事务。

SSD本身是一个组件的决定。虽然已经有一系列活动提高ssd的性能,包括有多少层与非可以互相堆积在增加密度和如何检索和数据存储在不同的层上,只是一个拼图的性能。

例如,其中的一个讨论要点在下周的闪存峰会在圣克拉拉,加州将围绕NVMe带给表在老一代的存储接口SATA(串行先进技术附件)和SAS(串行连接小型计算机系统接口),以及未来NVMe /面料能做什么。

萨塔是主要接口今天在台数据中心和企业SSD,卡梅伦Crandall称,高级技术经理在内存中巨大的金斯敦技术的固态硬盘产品工程部门。但这种情况正在改变。

图1:NVMe增长引擎。来源:eInfochips

“SATA和SAS一直是限制因素(SSD)性能和该行业10年已经认识到了这一点,”克兰德尔说,并将其与金斯顿20年来一直从多年专业工程SCSI和光纤通道存储阵列。“一开始,ssd硬盘基本上模仿。标准组织一直试图找出如何摆脱SATA和SAS至今。”

然后,SandForce(大规模集成电路逻辑买了在2012年和2014年卖给希捷)开发并带到市场NVMe司机这样NAND闪存ssd可以附加通过无处不在的串行总线接口。

“PCI Express NVMe司机占了上风,”克兰德尔说。“这给了我们正确的系统板上的物理连接。这给了一个大性能跳过串行ATA和SAS。PCI Express为ssd是正确的界面性能得到下一个大跳。”

希捷今天内部标准的PCI Express NVMe控制器和定制ASIC控制器团队,以及一个专门的销售团队和大型公共云公司的工程资源团队。云计算公司通常指定硬件包括存储和整合他们自己的数据中心。

说:“我们是大NVMe托尼•Afshary产品营销总监和生态系统解决方案为flash在希捷产品。“我们在第五代作为PCIe SSD存储设备。存储在作为PCIe接口对我们是非常重要的。对于任何超大型或云雾状,网络式的基础设施建设,这些都是NVMe。它已经完全接管SATA接口在这个市场。有创新的方法,您可以创建存储在数据中心,NVMe真的打开了。”

这里的新更可预测的性能,能够创建织物和池NVMe驱动器共享跨服务器组。

NVMe世界”,是很令人兴奋的,在超大型企业市场和传统的数组,“Afshary说。希捷将显示新的创新在较小的口香糖粘M.2形式因素在8月闪存峰会上。这可能是重要的,因为迄今为止U.2困因为形成因素是容易的服务。

金斯顿的一个核心合作伙伴迈半导体,商人市场领导者在ssd存储控制器和hdd。尼克Ilyadis,马维尔的副总裁组合和技术策略,把它在最近的GSA硅峰会”的时代ssd数据中心是现在。”

Marvell支持EMC的XtremeIO数据中心SSD数组,和Facebook的“闪电”自定义存储阵列,在这个春天开放的计算项目会议。马维尔已经多年的战略投资于新的芯片组架构添加ssd的RAID和虚拟化数据中心,这将补充其核心工程100 gbps并行转换器的努力。

“我们在那个地区有多个发展。这对我们来说是一个真正的重点领域,营销副总裁奈杰尔•阿尔瓦雷斯说“SSD和企业存储。

现在,一个数据中心行业集成商和工程师的营地是兴奋的前景带来关键的闪存转换层(FTL)的半导体控制器和数据中心的服务器端存储阵列。这种变化在控制器/ SSD技术方法被称为“光NVM”或“浅水SSD。”

图2:EMC的X-Brick XtremeIO阵列的构建块。来源:EMC

性能的限制
但其他人认为这只带来优势与已知的工作负载和控制整个软件栈。相关的结果,这只是一个特定的SSD数据中心的市场份额。

SSD营销主管珀斯Dorgelo马维尔的荷兰工程中心,这背后的工程思维解释道。“企业ssd,因为闪存,你写你的数据在多个设备在同一时间。这是关于冗余。但是一些业内人士说,‘嘿,这是一个很多重复。如果l开销在SSD, FTL做什么,并将在服务器端?“这是因为ssd和hdd的基本区别。在hdd,你覆盖数据。在ssd,这是不可能的。你写完整的新文件。这意味着你必须把你的逻辑地址到物理地址。”

控制器与一个摆脱FTL几乎一样复杂。这是关于软件简化,他说。关键是数据中心集成器打算做什么,compute-wise。

“在一个大,大数据中心,某些应用程序被执行,需要优化,你可以做(翻译)在主机层面,“Dorgelo说。”,但如果你不知道如何将工作,最好做这个控制器。有很多动力学与这“光NVM”数据中心,知道他们的工作负载。他们真的可以优化总体拥有成本。但在大主流数据中心,你会看到他们做这项工作接近NAND闪存。对于某些工作负载和大型数据中心的人知道他们的工作量是什么,他们会做这个比例的ssd,但并不是所有的ssd。”

还有其他正在努力改善ssd的性能,。“从某种层面上说,这是一个操作系统的问题,”说,公司的首席执行官Kilopass。“有工作在进行中,但迄今为止还没有固定的。问题是文件系统访问文件,而不是内存地址空间”。

实际上,这意味着额外的层来检索数据。所以ssd低于DRAM在实验室中并排比较,但他们在现实世界中更慢更多层。

“作为PCIe有自己的封装,所以你不能直接访问数据,”Cheng说。“这是有很多的原因之一的DRAM ssd的兴趣。DRAM缓冲区可以学习应用程序和预取一些数据,也可以存储在缓存中。”

一种不同的光
甚至与现有的ssd,找出最好的架构和方法为一个特定的使用是一个复杂的运动。它包括一个详细的成本分析以及了解瓶颈可以出现在一个数据中心。在一个基于云计算的数据中心,这些瓶颈可以转变。

在许多情况下,只是之间来回移动数据服务器和存储可以太久,这就是为什么光子学已经变得如此受欢迎。作为一个参考点,光端机市场预计将在2022年达到69亿美元,以13.5%的复合年增长率从2016年开始,根据MarketsandMarkets。

光子学都有自己的挑战,这就是为什么大多数的光子芯片迄今为止multi-chip解决方案,而不是在一个芯片上的一切。通常情况下,芯片与硅插入器,或者他们可以使用package-on-package配置组装。

“有一些独特的挑战,”迈克尔说白色,产品营销主管Calibre物理验证产品导师,西门子业务。“模拟是很困难的。也有寄生与直线边缘粗糙度波导。保持一致性和呆在一定温度是一个挑战。光子集成电路也使用non-Manhattan(不规则)的形状。”

而这仅仅是一个开始。“一切都必须精确调谐波长的信号,”胡安·雷伊说,高级工程主任Calibre的导师。“如果你转变温度,影响波长。有一个明确的决定如何回应。几度产生很大的差别。最重要的是,每个人都使用III-V材料。”

III-V化合物如砷化镓、砷化铟和铟砷化镓作为光子的光源,但他们很难使用传统硅过程。因此,经济学,半导体器件比例可能还不存在在光子学方面。这使得他们禁止使用对于许多应用程序,但数据中心是一个更加宽容的环境时定价。

雷伊指出,战争进行了通信在数据中心从3厘米到1米,在一架,400 meters-plus。光子学是有效的设置由于低功率和高速度。

图3:硅光子芯片。来源:IBM

新选项
超出了数据传输媒介,一些公司正在寻求重新架构整个数据中心。

“人们创造如此多的数据在这样一个沉重的剪辑,在短期内,这意味着SSD市场增长,”迈的。阿尔瓦雷斯说。“硬盘市场增长显著。数据存储一般是急速发展。”

问题是,有这么多的数据产生,特别是从图像,移动数据到一个或多个处理器不一定是最好的选择。这很好理解,DRAM,利用新的内存架构HBM2等2.5 d和扇出wafer-level包装大大加速处理器元素和片外存储器之间的数据吞吐量。移动处理接近存储,它实际上创造了另一层次的记忆仍然在PowerPoint阶段,但它已开始得到一些通知。

边缘服务器架构尤其关键,仍然被定义,以及云计算业务,不断完善和重新定义。来自ConnectX的一个更加雄心勃勃的计划,提出了把整个数据中心的外太空。同时公司谈论成本和安全优势,还有其他的优势,也可以复制。

“有两种方法可以提高性能,克雷格Hampel说,首席科学家Rambus。“一个是实力扩展摩尔定律。清楚,什么是,我们需要一个替代传统的扩展。第二个是量子机器,这些需要在极低的温度下操作限制热噪声。但是如果你足够降低温度,得到多个订单的效率改善电子的运动。你烧的差不多77开尔文。你也获得第二个效果,这是热密度。你可以打包东西靠近,这意味着可以更短的电线。如果量子计算机可以构建商业上可接受的,这将是9个数量级效率更高,和记忆会更高效的10倍。”

这适用于所有类型的数据存储,但不太可能使用外部冷却设备的企业,因为经济学的零度以下不工作除了大量规模或在外层空间。

结论
数据中心历来是最保守的市场技术之一。他们采用技术和缓慢变化缓慢,因为这些决策失败的影响可能是巨大的。但随着冷却高密度机架式服务器的成本增加,以及存储在数据中心的数据量持续飙升,他们更加开放看着比过去的新方法。

这预示着固态存储、光子学和任何架构更改,可以节省大量的钱。它表明企业投资在这方面至少在正确的轨道上,即使所有的碎片并不完全清楚。

编者斯珀林对此报道亦有贡献。

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