ZNS SSD: характеристики и использование этого формата хранения

Твердотельные накопители ZNS станут реальностью в кратчайшие сроки. Это не другой тип оборудования, но они различаются способом доступа к данным на микросхемах флэш-памяти NAND и используют более оптимизированный метод использования флэш-памяти NAND. Таким образом, они включают изменения во Flash Controller, встроенном в каждый SSD.

Стандарт SSD ZNS был утвержден в качестве стандарта в NVMe и является частью его версии 2.0. Это включает в себя серьезные изменения в способах доступа и организации данных, хранящихся внутри. До сих пор к SSD обращались как к обычному жесткому диску, что не лучший способ для этого типа памяти.

ЗНС SSD

Что такое SSD?

Обычный SSD на аппаратном уровне представляет собой набор энергонезависимых Оперативная память памяти, в частности, флэш-память NAND, которая подключена к флэш-контроллеру, который работает так же, как обычный контроллер памяти, и отвечает за управление запросами доступа к памяти, которую вы подключили.

До сих пор твердотельные накопители использовали тот же способ управления своими данными, что и обычные жесткие диски, что не очень эффективно с точки зрения срока их службы и того, как использовать их возможности. Причина в том, что флэш-память NAND, несмотря на то, что она не является энергозависимой, как у жесткого диска, больше похожа на оперативную память с точки зрения доступа к данным. Почему лучше принять новый способ доступа к этому типу памяти, который является более продвинутым и, следовательно, соответствует его возможностям.

ZNS - это именно та форма, давайте теперь посмотрим на ее характеристики.

Что такое твердотельный накопитель ZNS?

Контроллер ZNS

Прежде всего, что означает ZNS? Ну, это аббревиатура от Zoned NameSpaces. Это способ организации хранения на диске, и поэтому мы говорим о том, как данные хранятся на SSD. На жестких дисках информация организована в виде страниц, которые хранятся в таблицах, а последние - в каталогах. Система подкачки используется для организации данных на обычном жестком диске, на котором каждая страница имеет фиксированное и определенное пространство.

С другой стороны, в ZNS SSD делается разделение пространства на зоны разного размера. Цель состоит в том, чтобы когда ЦП, GPU / ГРАФИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССОР или любой другой элемент должен записывать данные в память вместо того, чтобы указывать на адрес виртуальной памяти, он будет указывать на эту область. Что будет ранее определено с точки зрения размера. Что это за операция? Просто каждый раз, когда вы хотите выполнить запись во флэш-память, вызывается пространство имен, назначенное этой зоне. Затем флеш-контроллер запишет данные в эту зону, а не за ее пределы. Он также будет делать это последовательно, чтобы не оставлять мертвых мест на диске и оптимизировать его использование.

SSD ЗНС

С помощью этого метода достигается то, что контроллеру флэш-памяти не нужно обрабатывать записи по случайным адресам памяти, а использование пространства на твердотельном накопителе оптимизируется. ЦП просто резервирует ограниченную часть хранилища как область для хранения данных. Когда вам нужно получить доступ к этой зоне, ПК сообщит контроллеру флэш-памяти, что он хочет получить доступ к данным в этой конкретной зоне, вызывая это конкретное пространство имен.

Твердотельные накопители ZNS используют то, что мы называем адресацией логических блоков, каждая зона состоит из логических блоков или LBA. Каждая зона может иметь любое количество логических блоков для хранения данных, но она должна быть минимум 2 по размеру, и когда данные одного логического блока или LBA были записаны, информация следующего заполняется последовательно.

Основное преимущество заключается в том, что он не создает мертвых зон на твердотельном накопителе, поскольку постоянно не резервирует больше памяти, чем необходимо. Это делает циклы записи намного короче, а также позволяет нам более легко прогнозировать задержку доступа к данным, поскольку они организованы последовательно, а не распределяются устройством.

Конечный автомат на ZNS SSD и команды

Машина Estado ZNS

Для поддержки пространств имен зон контроллер флэш-памяти должен иметь возможность выполнять серию инструкций для правильной обработки информации и доступа к твердотельному накопителю. Вот почему для управления информацией на SSD используется серия конечных автоматов. Конечные автоматы представляют собой микропроводной код в оборудовании, в данном случае флэш-контроллер, который на основе входной информации указывает, как он должен работать с этой областью флэш-памяти.

  • Слейте: данные могут быть записаны, когда ничего нет, если чтение выполнено, оно вернет данные, которые предопределены производителем. В большинстве случаев мусор. Зону можно полностью стереть с помощью команды сброса, это разрушит организацию различных зон.
  • Полный: зона заполнена данными и не может хранить больше информации, но может использоваться только для чтения.
  • Открыто: позволяет читать и записывать данные в текущем активном LBA зоны. Каждая зона может быть открыта неявно или открыто. Первый относится к тому факту, что мы можем открыть его, вызвав команду Open контроллера флэш-памяти. Вместо этого явный режим выполняет ту же функцию, но из самого приложения.
  • Закрыто: когда зона закрыта, она принимает только команды чтения и не позволяет ввод новых данных.
  • Готово: не стирает данные, а отмечает зону как завершенную. Независимо от того, было ли изначально выделено больше памяти для хранения в виде нескольких LBA, в этой зоне больше нельзя хранить данные.

В начале каждой зоны флеш-контроллер помещает метку, которая будет напоминать вам о состоянии этой зоны в памяти.