company_banner

SSD + PCIe = ???


    Компания Intel известна своей последовательной и активной поддержкой технологии Solid State Drive, как с точки зрения создания самих устройств SSD, так и в плане разработки экосистемы для их использования. Так получилось, что в этой самой экосистеме именно сейчас наметились принципиальные подвижки, связанные в первую очередь с привлечением возможностей шины PCIe для нужд хранения. Насколько будет существенен их результат, как обычно, покажет время, однако масштаб нововведений не позволяет нам просто мимо них пройти. Итак, в нескольких словах о том, что ждет SSD в ближайшем будущем.


    Прогнозы темпов роста рынка SSD в зависимости от объема. Источник: Gartner

    SSD + PCIe = NGFF
    По мере развития твердотельных накопителей они все чаще упираются в ограничения, связанные с их функциональными прародителями – винчестерами. Это касается и физических размеров (реально SSD уже «выпадают» из корпусов даже самых маленьких HDD), и интерфейсов передачи данных. Видимо, настал момент разрубить удерживающие дальнейший прогресс цепи совместимости, по крайней мере, в тех областях цифровой техники, где старое ложе стало уж слишком прокрустовым.


    Карта NGFF размера 22х110 мм

    Принципиально новый форм фактор накопителей, разработанный Intel и без затей названный NGFF (Next Generation Form Factor) предлагает категорически иной подход по всем вышеприведенным позициям. С точки зрения физического обустройства стандартизируется 5 типо-размеров, длиной от 30 до 110 мм, шириной 22 мм и толщиной 2-4 мм. Что касается интерфейса подключения, то тут предлагается два варианта: SATA/2 линии PCIe (это называется Socket 2) или же 4 линии PCIe (Socket 3). Для различения первых от вторых гребенка разъема сделана ассиметричной с двумя выемками.
    Как видно, накопитель в результате получился маленьким (на заглавной картинке он на ладони справа, а слева – mSATA) и быстрым (до 4 Гбит/с в случае с Socket 3), что определяет главную область его применения – ультрабуки и планшеты. Впрочем, использоваться он может в серверных решениях, например, в виде устройств кеширования, а то и вовсе как шина для периферии. Как следует из той же фотографии, накопители NGFF существуют в виде реальных прототипов, ну а их массовое производство начнется после появления соответствующих интерфейсов на материнской плате – дополнительную логику для них внедрять не требуется.

    SSD + PCIe = SATA Express || SFF-8639
    Естественно, от малой скорости шины SATA страдают не только ультрабуки, но и более производительные компьютеры – десктопы и сервера. Видимо, и для них PCIe SSD в настоящее время являются единственной реальной альтернативой используемым ныне хранилищам. Каким образом внедрить новое поколение систем хранения, соблюдая максимально возможную совместимость со старым? Ведь, очевидно, замена не произойдет в одночасье, хотя бы из-за стоимости PCIe SSD. Один из вариантов решения – разъемы SATA Express и SFF-8639.


    Сверху на рисунке SATA Express, внизу — SFF-8639

    Оба они, как видно из рисунка, представляют из себя комбинированные решения SATA + PCIe. Совместимость с SAS/SATA полная – старые винчестеры будут работать без проблем. Для новых предлагается PCIe 2x в варианте SATA Express и PCIe 4x в случае SFF-8639. В целом сегментация такова: SATA Express – переходное решение, тяготеющее к бюджетности, SFF-8639 – серьезный серверный вариант. В первом случае мы имеем дополнительно всего лишь 2 линии PCIe – это не даст нам сногсшибательного прироста скоростей, однако всё равно позволит «взбодрить» хранилище. А вот 4х в SFF-8639 – это уже серьезно, хотя и чревато усложнением схемы подключения, а значит и увеличением стоимости всей системы. Таким образом, картина вырисовывается примерно следующая: в условиях, когда принципиальные препоны для разгона хранилища практически сняты, выбор его типа будет диктоваться исключительно исходя из желаемого качества сервиса и имеющегося количества средств.

    SSD + PCIe = NVM Express
    Если присмотреться повнимательней, между SSD и HDD больше различий, чем сходства. Точнее, сходство вообще получается только одно – выполняемая функция, а всё остальное – различия: технологические, идеологические и т.д. Исходя из этого можно предположить, что и хост-контроллеры, разработанные в свое время для жестких дисков, также нуждаются в замене. Именно так сейчас и происходит: на смену «теплым ламповым» контроллерам приходит новое решение для PCIe SSD, названное сообществом разработчиков, включающим почти сотню крупнейших игроков в цифровой отрасли, NVM (Non-volatile memory) Express.


    Прототип NVMe контроллера

    NVMe позволяет SSD раскрыть все свои положительные качества. Перечислим ее основные преимущества:
    • Существенно увеличена «очередность»: поддерживается до 64000 очередей, в каждой – по 64000 команд;
    • Кардинально улучшен параллелизм и многопоточность, для распараллеливания не требуются блокировки и синхронизация;
    • Организовано управления прерываниями, в том числе и MSI в целях профилактики появления «узких мест» на пути потоков данных;
    • И, главное – коренным образом уменьшена вносимая контроллером задержка. Если для SAS/SATA она составляла не менее 6 мс, то уже тестовый образец NVMe показал результат 2,8 мс, что более чем в два раза меньше!

    В дальнейшем скоростные показатели NVMe будут существенно улучшены: уже сейчас технологически реальна задержка не более 1 мс, а разработчики стандарта говорят о будущих 10 мкс. Сравнение эффективности PCIe SSD и NVMe SSD показаны на графике ниже.



    В настоящее время опубликован стандарт NVMe версии 1.1; драйвера NVMe доступны для Linux, Windows, Solaris и VMWare, на подходе поддержка со стороны UEFI.

    Итак, как мы видим, процесс внедрения технологии PCI Express в жизнь устройств хранения зашел достаточно далеко – с технологической точки зрения. Теперь дело за коммерческой составляющей – насколько успешным будет вывод на рынок новых стандартов. В любом случае, назад дороги уже нет, выбирать что-либо придется непременно.
    Intel
    Компания

    Комментарии 13

      +2
      Интересно, ноутбуки\ультрабуки на Haswell уже будут иметь на борту этот интерфейс или же придется ждать Broadwell?
        0
        ответ на этот вопрос появится как максимум в феврале
        +8
        Как SAS/SATA контроллер может давать 6мс задержку, если avg. latency при работе с ssd меньше 1ms? В чём профит делать глубину очереди в 64 тысячи? Если забить эту очередь, то при io time в 1мкс, мы получим latency > 30 мс.

          0
          это ограничение большинства контроллеров.
          P.S. хотя Я лично такой проблемы не замечал при использование on-board RAM cache
            0
            Ограничение на что? На latency в 6 ms? Не порите чушь, ей больно.

            Не говорим даже про быстрые сервера, вот данные с моего ноутбука (iodepth=16):

            slat (usec): min=2, max=1844, avg=10.77, stdev= 8.00
            clat (usec): min=91, max=4134, avg=504.90, stdev=143.99
            lat (usec): min=102, max=4138, avg=516.34, stdev=143.06

            Где вы тут 6 мс видите? Я вот вижу 516 мкс.

            А если глубину очереди прижать, то будет ещё лучше:

            slat (usec): min=4, max=115, avg=16.21, stdev= 5.23
            clat (usec): min=29, max=2171, avg=194.34, stdev=32.51
            lat (usec): min=65, max=2185, avg=211.37, stdev=34.02

            clat — 194мкс, и сколько из них сама ssd, а сколько контроллер — это ещё померять надо.
              0
              при большой очереди Я имел ввиду и прокомментировал слова ТС.
              Я таких проблем с 6ms лично не наблюдал, часто использую SAS 15k rpm — все отлично.
              www.fusionio.com/products/iodrive-octal/ 30µs
              www.fusionio.com/products/iocache/

              Также согласен с BarsMonster — действительно очень мало — сейчас даже 6Gbps, а тут 4Gbps представляют как будущее.
          0
          до 4 Гбит/с в случае с Socket 3

          4 Гбит/с — это меньше сегодняшних топовых SATA SSD.
          Если это будет стандартом будущего — то это печально.
            –4
            Клёва: ) Наконец-то Intel нашла источник бесперебойного финансирования. SSD имеют ограниченный срок жизни (вроде же до сих пор не решена проблема?). У юзеров будут планочки изнашиваться, они будут покупать новые. Вечное счастье: )
              +3
              Я буду очень негодовать, если моя планочка с ОС и кучей важных данных неожиданно «износится»!
              P.S. Давно на SSD, никаких проблем с износом ни у меня, ни у моих знакомых, имхо.
                0
                Так SSD же очень «правильно» изнашиваются. Они говорят: всё, я не могу уже больше записывать, перехожу в режим readonly. Недавно у меня такое с флэшкой случилось, которой активно пользовался. Не знаю, насколько технологии продвинулись, сейчас. Но, если SSD будет выполнен именно в формате такой вот платы, которая сама сможет с «износившихся» планочек перекачивать данные на свежие, то проблема износа (мифическая или реальная) лично меня будет волновать очень слабо. А сейчас я использую всякое хитрозадое кэширование, чтобы на SSD писалось пореже, чтобы проблемы с заменой диска и ручным переносом данных отложить на более далёкую перспективу.
              0
              Интересно как будет выглядеть hot-swap такой планки…
                0
                PCI-E поддерживает hot-swap by design. Да и не слишком сложная это задача технологически. Гораздо больше других проблем связанных с более еффективной работой с устройством.
                  0
                  Берёте одной рукой плоскогубцы, второй рукой придерживаете слот…

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                Самое читаемое