Sản phẩm NVMe 1.2 đặc điểm kỹ thuật giới thiệu một tính năng mới gọi là Bộ nhớ máy chủ hoặc HMB (không bị nhầm lẫn với bộ nhớ đồ họa HBM), với lời hứa sẽ cải thiện đáng kể hiệu năng của SSD PCIe NVMe. Trong bài viết này, chúng tôi giải thích nó là gì, cách thức hoạt động và cách quản lý để cải thiện hiệu suất của SSD có khả năng này.
Hầu hết các SSD hiện đại bao gồm một bộ nhớ DRAM tích hợp chip, nói chung với một 1 GB DRAM tỉ lệ cho mỗi 1TB dung lượng lưu trữ . Điều này RAM thường được dành riêng để theo dõi vị trí của từng khối thông tin logic được lưu trữ trong bộ nhớ NAND - thông tin thay đổi trong mỗi chu kỳ ghi - được định vị vật lý và được tham khảo mỗi khi thực hiện thao tác đọc.
Tỷ lệ DRAM trên NAND tiêu chuẩn mà chúng ta đã thảo luận cung cấp đủ RAM cho SSD để sử dụng một bảng tra cứu nhanh rất linh hoạt, thay vì sử dụng các cấu trúc dữ liệu phức tạp hơn sẽ chậm hơn đáng kể. Điều này làm giảm đáng kể công việc bộ điều khiển SSD phải làm để thực hiện các hoạt động đầu vào và đầu ra, và là chìa khóa để thực hiện nhất quán.
SSD không DRAM có thể khá rẻ hơn và thậm chí còn nhỏ hơn, nhưng vì chúng chỉ có thể lưu trữ các bảng chỉ mục dữ liệu trong bộ nhớ flash bên trong nên hiệu suất của chúng bị phạt khá cao. Trong trường hợp xấu nhất, độ trễ đọc có thể tăng gấp đôi vì mỗi thao tác đọc sẽ yêu cầu một thao tác để biết dữ liệu vật lý ở đâu và một thao tác khác để tự đọc dữ liệu.
Bộ nhớ máy chủ là gì?
Như chúng ta đã nói ở phần đầu, đặc tả NVMe 1.2 đã giới thiệu khả năng mới này được gọi là Bộ đệm bộ nhớ máy chủ hoặc HMB. Tính năng này tận dụng khả năng DMA của giao diện PCI-Express để cho phép SSD sử dụng một phần bộ nhớ DRAM từ hệ thống CPU thay vì yêu cầu SSD đi kèm với DRAM của riêng nó.
Nói cách khác, SSD sử dụng một phần nhỏ RAM của hệ thống để thực hiện các hoạt động này và vì nó không được thiết kế để Thay thế DRAM nội bộ của SSD nhưng để bổ sung cho nó, nó sẽ không thực sự loại bỏ nhiều RAM khỏi hệ thống , chỉ cần cường độ của hàng chục (dưới 100 MB), quá đủ cho những gì bạn cần.
Đúng là truy cập DRAM thông qua PCIe chậm hơn nhiều so với việc truy cập chip DRAM trong chính thiết bị, nhưng ngay cả như vậy, hiệu suất vẫn được cải thiện đáng kể đối với việc đọc thông tin từ bộ nhớ flash SSD.
HMB ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào?
Như chúng tôi đã giải thích trước đây, tùy chọn tốt nhất để có hiệu suất tốt hơn là SSD có DRAM riêng, vì việc truy cập sẽ nhanh hơn nhiều. Tùy chọn thứ hai là thông qua Bộ nhớ đệm máy chủ, hoạt động thông qua PCIe đến RAM hệ thống, và tùy chọn tồi tệ nhất là không có cái này và phải sử dụng bộ nhớ flash của bộ nhớ cache của bộ nhớ cache.
Có thể thấy rõ các hiệu ứng của bộ đệm HMB bằng cách đo hiệu suất đọc ngẫu nhiên của SSD trong khi tăng khối lượng công việc (lượng dữ liệu được truy cập tích cực đồng thời).
Có thể thấy rõ rằng cho đến khi khối lượng công việc đạt 24 GB, hiệu suất của SSD vẫn rất, rất ổn định và chỉ bắt đầu giảm từ con số đó. Tuy nhiên, với HMB bị vô hiệu hóa, hiệu suất đang giảm dần và ngày càng nhiều hơn.