SSD DRAM-less, особенности, доступ к хранилищу и будущее

Без DRAM SSD Модули представляют собой тип твердотельных накопителей, которые, как следует из названия, не имеют встроенной памяти DRAM и поэтому намного дешевле обычных твердотельных накопителей. Но как же отсутствие Оперативная память влияет на такой SSD и почему? В этой статье мы объясняем, как осуществляется доступ к данным на SSD, как отсутствие DRAM влияет на некоторые SSD и каково будущее этого типа периферийных устройств.

SSD-накопитель на данный момент намного дороже жесткого диска с точки зрения стоимости хранения, к этому мы должны добавить периоды, когда оперативная память дорожает или страдает от нехватки. В те времена SSD-диски без DRAM являются самыми дешевыми, если мы сравним их емкость хранения по цене с другими SSD. Но верны ли они с точки зрения производительности?

SSD без DRAM

Контроллер Flash на SSD дисках

Чтобы понять существование Flash Controller, мы должны понять, каким образом ЦП взаимодействует с периферийными устройствами на ПК, это то, что мы называем вводом-выводом с отображением памяти, который переводится в ввод-вывод посредством отображения памяти. Этот метод заключается в присвоении каждому периферийному устройству ряда адресов памяти. Таким образом, когда ЦП делает запрос к указанному адресу памяти, он взаимодействует с этим адресом памяти.

Преимущество, которое это имеет для связи с остальной системной памятью, состоит в том, что это позволяет им видеть остальную память как универсальный колодец ОЗУ. Это даже позволяет ЦП обмениваться данными с памятью различных периферийных устройств, как если бы она была частью его собственной памяти.

Контроладор Флэш

Это связано с тем, что ЦП использует виртуальную адресную систему, которая в процессе преобразуется в физические адреса. Мы не собираемся вдаваться в эту статью о доступе к ОЗУ, но мы должны принять во внимание, что каждая память в системе имеет собственную физическую адресацию, поэтому для доступа к указанной памяти необходим модуль, отвечающий за перевод. адреса, в случае RAM - это контроллер памяти, который в настоящее время интегрирован в CPU.

В случае SSD или твердотельных дисков есть флэш-контроллер, его задача такая же, как у контроллера памяти RAM, но вместо того, чтобы делать это с RAM, он делает это с флэш-памятью, найденной в SSD. . В отличие от контроллера памяти, сегодня он не интегрирован в ЦП.

Почему у большинства SSD есть память DRAM?

Таблица страниц

При доступе к любому типу памяти необходима карта памяти, которая представляет собой структуру данных, которая сообщает процессору, как организована память. В ЦП с поддержкой виртуальной памяти это относится к таблицам страниц, в которых хранится соответствие между виртуальной адресацией, которую ЦП использует для связи с памятью, и физической и реальной адресацией памяти.

Таблицы страниц обычно хранятся в ОЗУ и используются не самим ЦП, а одним из его модулей, MMU, который находится внутри контроллера памяти и является модулем, отвечающим за управление памятью ОЗУ. Ранее мы отмечали, что работа контроллера флэш-памяти такая же, как и у контроллера памяти RAM, но для флэш-памяти.

Проблема? Процесс перемещения адреса требует очень быстрой памяти, поэтому его невозможно выполнить в NAND Flash, поскольку задержка доступа будет достаточно высокой, чтобы полностью устранить все преимущества SSD. Вот почему у большинства твердотельных накопителей есть объем ОЗУ, который служит для сохранения таблицы передачи адресов и для максимально быстрого доступа к данным, необходимым ЦП.

Почему производительность SSD без DRAM ниже?

SSD DRAM (меньше) Доступ

Да и они называются DRAMLess, их особенности? Они намного дешевле обычных твердотельных накопителей из-за того, что в них нет встроенной памяти DRAM. Недостаток памяти DRAM вынуждает флэш-контроллер в SSD DRAMLess искать вторую самую быструю доступную память, что, хотя на расстоянии кажется контрпродуктивным, - это RAM системы вместо NAND Flash, которая находится в собственный SSD.

Это означает, что в SSD без DRAM для доступа к таблице адресов вам нужно будет сделать запрос в качестве периферийного устройства к IOMMU, и он попадет в системную RAM. Причина, по которой он не доходит до ближайшей флэш-памяти NAND, заключается в том, что такой уровень активности в конечном итоге приведет к более быстрому износу SSD, сокращая срок его службы.

Конечно, бывают случаи, когда флэш-контроллер использует для доступа не оперативную память системы, а саму флэш-память NAND. Какие последствия это имеет? Намного более быстрый износ циклов чтения и записи микросхем NVMe SSD, что приведет к сокращению срока службы SSD.

Будущее SSD без DRAM

SSD без DRAM Acceso Futuro

Одна из вещей, к которой стремятся в будущем благодаря внедрению таких технологий, как CXL, которая будет интегрирована с PCI Express 5.0, - это тот факт, что периферийные устройства могут напрямую обращаться к пространству оперативной памяти без прохождения через IOMMU. диска, это будет означать, что твердотельные накопители без DRAM будут работать быстрее.

Эта возможность означает, что контроллер памяти, интегрированный в процессоры, выполняет функции контроллера флэш-памяти, обеспечивая прямой доступ к микросхемам памяти NVMe. К этому следует добавить наличие модулей DIMM, которые не имеют микросхем памяти RAM, а имеют энергонезависимую память. Собираемся ли мы расширять хранилище наших компьютеров будущего с помощью модулей DIMM? Кто знает, технология есть.

3ДВИК

Другая возможность - это использование встроенной памяти, особенно с использованием конфигураций 3DIC для размещения DRAM, используемого в качестве кеша, поверх контроллера памяти. DRAM все равно будет, но не на отдельном чипе, а встроен в контроллер памяти через вертикальное соединение. Из-за близости этой памяти было бы быстрее

Мы увидим обе концепции в будущем, хотя во втором случае мы увидим их больше в процессорах без встроенного в них флэш-контроллера.