Dram кэш в ssd что это
Он магнитный. Он электрический. Он фотонный. Нет, речь не о новом супергеройском трио из Вселенной Marvel. Это всё про наши с вами драгоценные цифровые данные. Нам нужно хранить их в надежном и постоянном месте, чтобы была возможность заполучить, либо изменить наши файлы в мгновение ока. Забудьте о Железном Человеке и Торе — сегодняшний рассказ о накопителях!
Это одна из частей цикла статьей по компьютерному железу (подраздел накопителей). Предыдущая статья.
В то время, как транзисторы произвели революцию в компьютерах, позволив увеличить скорость, с которой схемы могли переключаться и выполнять математические операции: использование полупроводников в накопителях было направлено на получение того же результата.
Первые шаги в данном направлении были сделаны компанией Toshiba, которая предложила концепцию флэш-памяти в 1980 году. Спустя 4 года появилась NOR-память, а затем NAND-память в 1987 году. Первый же коммерческий накопитель с флэш-памятью, твердотельный накопитель (SSD) был выпущен компанией SunDisk (позже названной SanDisk) в 1991 году.
Многие люди впервые познакомились с твердотельными накопителями в форме так называемых USB-флешек. И сегодня их базовая структура показывает то, как собирается большинство твердотельных накопителей.
Слева находится чип флэш-памяти SanDisk NAND. Точно так же, как и SRAM он используется в кэше ЦП и ГП. Он заполнен миллионами «ячеек» сделанных из модифицированных транзисторов с плавающим затвором. В них используется высокое напряжение для записи и стирания заряда в отдельных местах на транзисторе. Когда происходит считывание ячейки, в эту область подается пониженное напряжение.
Если ячейка не заряжена, то при подаче этого низкого напряжения протекает ток. Это сообщает системе, что ячейка имеет состояние 0, и наоборот для состояния 1 ( когда подается напряжение, ток не течет). Поэтому чтение из NAND flash происходит очень быстро, однако для записи и удаления скорости не так уж и высоки.
Лучшие ячейки флэш-памяти — одноуровневые ячейки (SLC) обладают лишь одним уровнем заряда, применяемого на участке транзистора. Но существуют ячейки памяти с несколькими уровнями заряда. Они известны как многоуровневые ячейки (MLC), но в индустрии флэш-памяти NAND MLC обозначаются 4 уровнями заряда. Другие типы названы аналогично: трехуровневый (TLC) и четырехуровневый (QLC) имеют 8 и 16 различных уровней заряда соответственно.
Это влияет на то, сколько данных может храниться в каждой ячейке:
- SLC-1 Уровень = 1 бит
- MLC-4 уровня = 2 бита
- TLC-8 уровней = 3 бита
- QLC-16 уровней = 4 бита
И так далее. Похоже, QLC — самое лучшее, да? К сожалению, нет. Поскольку потоки электрического тока очень малы и чувствительны к электрическому шуму, то для определения и подтверждения состояния заряда, его необходимо считывать несколько раз. Короче говоря, SLC — самый быстрый, но занимает наибольшее количество физического пространства; QLC — самый медленный, но вы получаете больше битов за деньги.
В отличие от SRAM и DRAM, при отключении заряд сохраняется и утечка происходит очень медленно. В случае системной памяти ячейки сливаются за наносекунды и из-за этого должны постоянно обновляться. К сожалению, использование напряжения и подачи заряда повреждает ячейки, поэтому твердотельные накопители со временем изнашиваются. Для борьбы с этим используются процедуры для минимизации скорости износа — равномерное использование всех ячеек.
Эта функция исполняется управляющим чипом (справа), который также выполняет те же задачи, что и чип LSI, который мы видели в жестком диске. Стоит отметить, что у приводов с вращающимся дисками есть отдельные чипы для кэша DRAM и ПО Serial Flash, а в USB флешке оба эти контроллеры встроены. И поскольку их цена и изготовление являются дешевыми, многого от них не ждите.
Благодаря отсутствию движущихся частей, можно ожидать производительность лучше чем у жестких дисков. Давайте взглянем на данные с CrystalDiskMark:
На первый взгляд результаты кажутся неутешительными. Скорость последовательного чтения/записи и случайной записи намного хуже, чем у протестированного жесткого диска; но произвольное чтение намного лучше, и это преимущество, которое предлагает флэш-память. Хоть запись и удаление данных производятся довольно медленно, но чтение обычно происходит почти моментально.
В этом тесте есть то, что не бросается сразу на первый взгляд. Тест USB памяти использует соединение по стандарту USB 2.0 с максимальной скоростью передачи данных всего 60 Мб/с, а жесткий диск с портом SATA 3.3 обладает пропускной способностью в 10 раз больше. Да и используемая технология флэш-памяти довольно проста: ячейки типа TLC, выстроенные длинными полосами параллельно, по другому говоря плоская или 2D компоновка.
Флэш-память, используемая в лучших SSD сегодня — SLC или MLC, они работают немного быстрее и изнашиваются медленнее, а полосы согнуты пополам и укладываются вертикально, образуя тем самым вертикальную или 3D структуру ячеек. Также в них применятся интерфейс SATA 3.0, хотя все чаще используют более быструю систему PCI Express через интерфейс NVMe.
Давайте рассмотрим один из таких примеров: Samsung 850 Pro с использованием «вертикального расположения».
В отличие от нашего тяжелого 3,5-дюймового накопителя Seagate, этот SSD имеет ширину всего 2,5 дюйма и он намного тоньше и легче.
Откроем его (Спасибо Samsung за использование таких дешевых винтов Torx, которые почти что развалились при их извлечении), и вы поймете, почему:
В нем почти ничего нет!
Ни дисков, ни рычагов привода, ни магнитов — только одна печатная плата с горсткой микросхем.
Так что же тут у нас? Крошечные черные чипы — регуляторы напряжения, но все остальное это:
- Samsung S4LN045X01-8030: 3-ядерный процессор на базе ARM Cortex R4, который обрабатывает инструкции, данные, исправление ошибок, шифрование и управление износом
- Samsung K4P4G324EQ-FGC 2: 512 Мб памяти DDR2 SDRAM, используемой для кэширования
- Samsung K9PRGY8S7M: каждый чип представляет собой 64 Гб 32-слойной вертикальной флэш-памяти NAND типа MLC (суммарно 4 чипа, два находятся на другой стороне платы)
В нашем распоряжении 2-битные ячейки флэш-памяти, несколько чипов памяти и много кэша, что должно привести к повышению производительности. Почему? Помните, что запись данных во флэш-память происходит довольно медленно, но наличие нескольких флэш-чипов позволяют выполнять запись параллельно. В USB-накопителе нету большого количества DRAM для хранения данных, готовых к записи, поэтому большой отдельный чип тоже должен был помочь. Вернемся же к CrystalDiskMark…
Поразительное улучшение. Пропускная способность как чтения, так и записи заметно выше, а задержки намного меньше. Что может не нравится? SSD — более мелкие по размеру, легкие по весу, без подвижных частей, потребляют меньше электроэнергии, чем дисковые накопители.
Конечно, за преимущества приходится платить определенную цену, в буквальном смысле: помните, что за 350 долларов вы бы могли купить жесткий диск на 14 Тб? В случае с SSD, за эту сумму вы получите только лишь 1 или 2 Тб. Если вам нужен такой же уровень хранения данных, лучшее, что можно получить на рынке, это потратить 4300 долларов за один твердотельный накопитель корпоративного уровня объемом в 15,36 Тб!
Некоторые производители выпускали гибридные жесткие диски — стандартный жесткий диск с небольшим количеством флэш-памяти на печатной плате, которая используется для хранения часто используемых данных на дисках. Ниже мы наблюдаем такую плату из гибрида Samsung на 1 Тб (так называемый SSHD).
В правом верхнем углу платы находится чип NAND и его контроллер. Все остальное в значительной степени совпадает с моделью Seagate, которую мы рассматривали ранее.
Используем же CrystalDiskMark в последний раз, дабы увидеть, есть ли польза от использования флэш-памяти в качестве кэша. Но сравнение будет несправедливым, поскольку скорость вращения дисков в этом приводе 7200 об / мин (в то время как у WD, который мы вскрывали — всего лишь 5400 об / мин):
Цифры немного выше, однако связано это с более высокой скоростью вращения — чем быстрее диск перемещается под головками чтения/записи, тем быстрее передаются данные. Стоит также отметить, что файлы, сгенерированные в тесте бенчмарка, не будут помечены алгоритмом как активно считываемые, поэтому сомнительно, что контроллер будет правильно использовать флэш-память.
Тем не менее, более скрупулёзное тестирование показало общее улучшение производительности HDD с использованием встроенного SSD. Однако дешевая флэш-память, скорее всего, выйдет из строя задолго до того, как это сделает качественный жесткий диск. В связи с этим, гибридные накопители не стоят внимания — в любом случае индустрия производства накопителей гораздо больше заинтересована в твердотельных накопителях.
Прежде чем мы продолжим, стоит отметить, что флэш-память — не единственная технология, используемая в твердотельных накопителях. Intel и Micron совместно изобрели систему под названием 3D XPoint. Вместо записи и стирания зарядов в ячейках для создания состояний 0 и 1, ячейки меняют свое электрическое сопротивление для генерации битов.
Intel оформила данную технологию под брендом Optane, и когда мы ее тестировали, производительность была выдающиеся. Как и цена, но в плохом смысле. Накопитель Optane объёмом в 1 Тб обойдется вам более чем в 1200 долларов, что в четыре раза дороже стоимости SSD аналогичного размера.
Твердотельные накопители (SSD) - отличный способ повысить производительность любого ПК, но, к сожалению, не все они одинаковы, даже если говорить о поколении или его интерфейсе. Одно из самых больших различий, которое мы можем найти между всеми разными SSD единиц на рынке, если у них есть встроенная DRAM , элемент, который может остаться незамеченным во время покупки, но существенно влияет на их производительность. В этой статье мы расскажем вам о различиях между SSD с DRAM или без DRAM , и, конечно, когда было бы целесообразно купить тот или иной.
Независимо от того, какой форм-фактор вы рассматриваете (2.5 дюйма или M.2) или какое поколение или тип интерфейса он имеет (SATA, PCIe), все твердотельные накопители могут иметь или не иметь DRAM. Сам факт наличия этого элемента может значительно увеличить цену устройства, поэтому стоит знать, собираетесь ли вы его использовать или это будет замечено с точки зрения производительности, о чем мы расскажем. вам все ниже. .
Преимущества и недостатки встроенной памяти DRAM
Твердотельные накопители с микросхемой DRAM обеспечивают лучшую производительность, чем твердотельные накопители без нее. Это связано с тем, что DRAM намного быстрее, чем флэш-память NAND, и вместо того, чтобы заставлять ПК искать соответствующие данные на SSD, ему просто нужно будет запросить DRAM, чтобы найти их. В результате ПК не придется долго ждать, пока SSD получит необходимые данные, что значительно ускорит взаимодействие с пользователем для конечного пользователя.
Твердотельные накопители без DRAM хранят карту данных непосредственно во флэш-памяти NAND устройства, и, как мы упоминали ранее, это намного медленнее, чем DRAM, что приводит к более низкой производительности или, точнее, большей задержке при доступе к данным. Кроме того, хранение данных карты непосредственно во флэш-памяти NAND приводит к повышенному износу ячеек памяти накопителя, что снижает их долговечность. Как правило, это причина того, что твердотельные устройства без DRAM имеют более короткий гарантийный срок.
Однако тот факт, что устройства без DRAM имеют некоторые недостатки по сравнению с теми, у которых есть эти микросхемы, не означает, что вы должны автоматически отказываться от них. Во-первых, твердотельные накопители без DRAM почти всегда дешевле, поскольку их стоимость производства значительно ниже, а во-вторых, в то время как твердотельные накопители без DRAM имеют более высокое время доступа, чем те, которые имеют (так что в целом их производительность ниже), эти устройства по-прежнему довольно быстрые, особенно по сравнению с традиционным механическим жестким диском.
Поэтому, если вы собираетесь перейти с механического жесткого диска на твердотельный и у вас небольшой бюджет, вы все равно можете выбрать SSD без DRAM, потому что у вас будет хороший прирост производительности и вы сэкономите много денег на покупка. , поскольку, как мы объяснили, они намного дешевле в производстве и, следовательно, их продажная цена также ниже.
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.
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.
Как HMB влияет на производительность?
Как мы объясняли ранее, лучшим вариантом для повышения производительности является то, что SSD имеет собственную DRAM, так как доступ будет намного быстрее. Второй вариант - через Буфер Памяти Хоста, который работает через PCIe к системному ОЗУ, и худшим вариантом будет отсутствие всего этого и использование собственной флэш-памяти SSD кэш-памяти.
Эффекты кэша HMB можно ясно увидеть, измерив производительность произвольного чтения SSD при одновременном увеличении рабочей нагрузки (объем данных, к которым активно обращаются одновременно).
Хорошо видно, что до тех пор, пока рабочая нагрузка не достигнет 24 ГБ, производительность SSD остается очень, очень стабильной и только начинает падать с этой цифры. Однако при отключенном HMB производительность постепенно снижается и растет.
SSD очень быстрое запоминающее устройство и если разобрать его, то можно увидеть что он представляет собой печатную плату, с множеством чипов Flash памяти, типа NAND, именно они хранят информацию, а рядом с ними распаиваются контроллер и dram память. Контроллер отвечает за связь накопителя с компьютером и осуществляет операции чтения/записи, а DRAM служит как небольшой кэш и ускоряет доступ к данным.
В некоторых SSD на обратной стороне или на отдельной плате размещаются дополнительные чипы памяти и ряд ёмких конденсаторов, они позволяют безопасно выключить устройство при резком отключении питания. (Аппаратный PLP)
Другие твердотельные накопители, такие как usb-накопители и карты памяти имеют похожее строение, только в них нет dram, меньше чипов памяти и устанавливается менее производительный контроллер.
Чтобы более детальней понять их работу, нужно рассмотреть как работает чип Flash памяти. Разобрав его, видно что состоит он из множества кристаллов,
если подробней рассмотреть один из них, то видно что большую часть кристалла занимает массив ячеек и лишь небольшая область отводится под буфер и логику.
Если проникнуть внутрь кристалла, то видно что он имеет трёхмерную структуру, состоящую из рядов вертикально уложенных ячеек Флеш памяти,
если разобрать одну отдельную ячейку, то её строение покажется запутанным, к тому же у разных производителей, принцип работы может отличаться по способу подачи тока и чтения данных из ячейки.
Так что лучше представить её в виде схемы, так легче понять что ячейка представляет собой транзистор с двумя изолированными затворами: управляющим и "плавающим". Плавающий затвор способен удерживать внутри себя электроны, тем самым делая из транзистора ячейку памяти.
Чтобы записать информацию, на сток и управляющий затвор подается высокое напряжение, это позволяет электронам пройти сквозь диэлектрик и остаться на плавающем затворе.
Для удаления заряда, на управляющий затвор подается высокое отрицательное напряжение, а на исток — положительное.
Каждый такой цикл записи и стирания разрушает слой диэлектрика, так что число перезаписи на ячейку ограничено.
Считывание не приводит к этому эффекту и проверять что записано в ячейке, ноль или единица, можно сколько угодно раз для этого, на управляющий затвор подаётся напряжение и проверяется, может ли идти ток по транзистору:
Если на плавающем затворе много электронов, то ток идти не будет, значит это единица. Если их немного, то ток пойдет, значит это ноль.
(у некоторых производителей, ячейка может считываться наоборот)
Так считываются одноуровневые ячейки SLC, если же материал плавающего затвора способен захватить много электронов, а электроника способна размещать на плавающем затворе разные уровни зарядов и распознать несколько пороговых напряжений, то такая ячейка может хранить несколько бит информации. Например QLC ячейки могут хранить 4 бита информации, но для этого нужно различать 16 пороговых напряжений.
(Информация с SLC ячеек считывается и отправляется на контроллер почти без задержек. Чипы с QLC ячейками имеют внутреннею задержку в связи с необходимостью формирования специального сигнала для каждой ячейки и распознавания его)
Ко всему этому, чтобы уместить на кристалл как можно больше ячеек, их группируют соединяя последовательно и с обоих сторон подключают обычные транзисторы, принципиальная схема массива выглядит примерно так,
но в самом кристалле, массив имеет трёхмерную структуру. Ячейки, находящиеся на одной разрядной линии, образуют страницу размером в 4 килобайта, это минимальная область с которой можно считать или записать данные
Множество страниц формируют блок, размером 512 килобайт, это минимальная область которая может быть стёрта. То есть, если нужно переписать информацию всего лишь одной страницы, придётся стирать данные аж с целого блока и потом снова записывать.
Такие ограничения существует из-за архитектуры nand памяти, а так как таких блоков очень много, всеми операциями чтения записи руководит контроллер, он управляет структурой размещения данных и контролирует состояние ячеек, распределяя данные так чтобы одни ячейки не использовались чаще других, тем самым увеличивая срок службы накопителя.
Если посмотреть на блок схему типичного контроллера, то видно что он состоит из 32 битного RISC процессора который выполняет инструкции микропрограммы и может иметь до 4 ядер. Так же есть ddr контроллер отвечающий за работу с внешним DRAM-буфером, есть блок ecc, отвечающий за обнаружение и коррекцию ошибок, есть блоки интерфейсов отвечающие за обмен данными с чипами памяти и внешними интерфейсами и есть блоки отвечающие за шифрование и другие функции, которые могут меняться в зависимости от необходимого функционала.
Помимо контроллера, на скорость накопителя влияет интерфейс подключения. Существует множество форм-факторов SSD с разными интефейсами подключения и разной скоростью, но чаще всего в обычных компьютерах используются 2,5-дюймовые SSD или формата m2.
2,5-дюймовые SSD имеют интерфейс SATA, третьего поколения, такой интерфейс обеспечивает пропускную способность до 600 Мбайт/с. Накопители mSATA (mini-SATA) имеют такой же интерфейс.
В SSD M.2 используется один из двух интерфейсов: SATA3 или PCIe. В зависимости от количества выделенных линий и версии PCIe скорость может отличаться. Например PCI-E третей версии и с четырьмя выделенными линиями имеет пропускную способность до 4ГБ/с.
Так же такие накопители имеют несколько вариантов ключей. Есть накопители с B, M и B+M коннекторами.
В SSD M.2 используется один из двух интерфейсов: SATA3 или PCIe. В зависимости от количества выделенных линий и версии PCIe скорость может отличаться. Например PCI-E третей версии и с четырьмя выделенными линиями имеет пропускную способность до 4ГБ/с.
Так же есть SSD в виде платы расширения которые подключаются напрямую в PCI-Express слот материнской платы. Некоторые модели таких накопителей могут использовать 8 и даже 16 линий слота PCIe, что даёт пропускную способность выше 6ГБ/с.
Кроме этого есть ещё много разных форм факторов, например U2, U3, NF1, и другие (EDSFF, 1.8 дюймовые), но ничем серьёзным, кроме размеров и коннекторов они не отличаются, да и используются они в основном в серверах и рабочих станциях.
Крутой материал. Кратко, по делу, с красивыми картинками.
Алексей, мы умница! Побольше таких новостей, сам недавно изучал как раз принцип работы SSD и из чего состоит
Когда это читаешь, чувствуешь себя, по уровню развития, майским жуком. Бля, как это всё придумали, как додумались. Компы считают хулиарды инфы за доли секунды блять. А тут сидишь как манда и пытаешься въехать в джаву, хотя это уже высокоуровневая вещь, а чтобы она работала, вырабатывается ток электростанциями, идёт в хату, тут комп в котором используется технологии и материалы, которые без микроскопа и не увидишь, и всё работает. Это просто пиздец. Жалко, что человек такое существо, что привыкает и перестаёт ценить и восхищаться пройденным путём.
А ведь это столько поколений людей, которые двигали науку, чтобы мы в настоящем, могли всем этим пользоваться и опираться на труды коллег.
Как вообще смогли такое придумать и сделать? Интересно было бы прочитать материал про изобретение микросхем и плат. По незнанки это кажется чем-то за гранью. Типа сидел кто-то однажды, и такой "А не придумать ли мне микросхемки и сделать их".
У меня такой же вопрос был когда читал про внутреннее устройство CPU и GPU)
Ну с CPU на самом деле логично. Сложно, но логично.
Да там в целом все устройство обоих типов процессоров логичное и хорошо продуманное. Но все равно удивляет что такое смогли придумать и пеализовать.
Я правда не вдавался глубоко в различия видеокарт от AMD и Nvidia, так как изучал в основном только архитектуру графических процессоров Nvidia. По Nvidia информации как-то побольше. Особенно хорошо у них написана документация к CUDA. Для AMD я ничего подобного не нашёл.
но самое любопытное здесь - это "бренды"
порекомендуйте SSD какой нибудь надежный пожалуйста, может у кого то есть проверенный временем
Samsung, одни их лучших производителей SSD
всегда брал Kingstone
вся память только от них (ОЗУ, флешки, ССД)
Если главным критерием является именно надежность, то рекомендую подумать о Intel D3. Это корп. сегмент, используются в высоконагруженных серверах, раньше цена не сильно кусалась, на 480 можно было взять в районе 15к. Эти ССД ни разу не подводили, в отличии от Kingston, ADATA и SNR
могу дать рекомендацию,в моем случае она сработала:на ссд нвме м2 должен быть радиатор толстый,медный,красивый,на сата ссд должен быть алюминиевый корпус,для неподготовленного человека и которому лень разбираться в этих технологиях это будет простой и грубый показатель надежности,потому что если производитель изначально позаботился об охлаждении своего продукта,то и качество начинки там будет соответствующее,но и ценник тоже будет не ниже 5к руб,от этой суммы начинается качество по моим наблюдениЯм,ну и уважающие себя производители всегда дают гарантию от 2 до 5 лет на свои продукты,а кто то даже и пожизненную,что меня удивляет,конечно это не нонейм фирмы,а именитые со стажем типа самсунг,трансценд,сан диск,тошиба-она же kioxia ,кингстон и прочие,лично мне понравился гигабайт со скоростью 5000 мб\сек красивый слиток золота!
на самсунгах нету радиаторов. Потому что они и не нужны, только цену увеличивают.
Спасибо за новый пост, круто, что есть текстовая часть, кроме видео.
Интересный пост, как и прошлые два. Про ещё планируете писать, если не секрет?
Что такое буфер памяти хоста?
Как мы уже говорили в начале, спецификация NVMe 1.2 представила эту новую возможность, называемую буфером памяти хоста или HMB. Эта функция использует возможности DMA интерфейса PCI-Express, чтобы позволить SSD использовать часть памяти DRAM из системы. ЦП вместо того, чтобы требовать, чтобы SSD поставлялся с собственной DRAM.
Другими словами, твердотельный накопитель использует небольшую часть оперативной памяти системы для выполнения этих операций, и поскольку он не предназначен для «замены» внутренней DRAM твердотельных накопителей, а для ее дополнения, он фактически не удалит много оперативной памяти из системы. , просто величины порядка десятков (менее 100 МБ), более чем достаточно для того, что вам нужно.
Правда, что доступ к DRAM через PCIe намного медленнее, чем доступ к микросхеме DRAM, которая находится в самом устройстве, но даже в этом случае производительность значительно улучшается при чтении информации из флэш-памяти SSD.
Будущее SSD без DRAM
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.
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.
NVMe 1.2 Спецификация представила новую функцию под названием Буфер памяти хоста или HMB (не путать с графической памятью HBM) с обещанием значительно повысить производительность твердотельных накопителей PCIe NVMe. В этой статье мы объясним, что это такое, как оно работает и как ему удается улучшить производительность твердотельных накопителей, обладающих такой способностью.
Большинство современных твердотельных накопителей включают встроенная память DRAM чип, как правило, с 1 ГБ DRAM соотношение за каждый 1 ТБ хранилища . Это Оперативная память обычно предназначен для отслеживания того, где физически расположен каждый логический блок информации, хранящейся в памяти NAND - информации, которая изменяется в каждом цикле записи, и к нему обращаются каждый раз, когда выполняется операция чтения.
Стандартное соотношение DRAM к NAND, которое мы обсуждали, обеспечивает достаточно RAM для SSD контроллер, чтобы использовать очень гибкую таблицу быстрого поиска, а не использовать более сложные структуры данных, которые были бы значительно медленнее. Это резко сокращает объем работы, контроллер SSD должен делать, чтобы выполнять операции ввода и вывода, и является ключом к последовательной производительности.
Твердотельные накопители без DRAM могут быть довольно дешевыми и даже меньшими по размеру, но, поскольку они могут хранить только таблицы индексов данных во внутренней флэш-памяти, их производительность сильно снижается. В худшем случае задержка чтения может быть удвоена, поскольку для каждой операции чтения потребуется одна операция, чтобы узнать, где находятся физические данные, а другая - для чтения самих данных.
Что такое DRAM в SSD и для чего он используется?
Как мы уже говорили ранее, независимо от типа SSD, который вы планируете купить, он может иметь или не иметь встроенную память DRAM (в последнем случае они по праву считаются без DRAM (что просто означает «без DRAM»)). Важно, чтобы при выборе следующего твердотельного накопителя вы сказали себе в этом разделе, поскольку на самом деле не все производители явно указывают его и предполагают, что, если они не укажут, что у них есть DRAM или кеш, пользователь поймет, что они без DRAM .
SSD хранят данные в ячейках памяти, известных как NAND Flash; В течение срока службы SSD данные проходят через эти ячейки автоматически, чтобы гарантировать, что ни одна ячейка памяти не будет потрачена впустую из-за повторяющихся операций чтения / записи, и в результате SSD должен хранить своего рода карту того, где данные находятся внутри диска.
Это необходимо для того, чтобы при запуске программы, игры или когда вы хотите открыть файл, контроллер SSD точно знал, где его найти, чтобы его можно было быстро открыть. И, как вы уже могли предположить, эта «карта» находится в памяти DRAM накопителя. Очевидно, что этот тип памяти имеет динамический произвольный доступ и ведет себя такой же, как у ПК Оперативная память Память но для специального и исключительного использования для контроллера, поэтому его использование увеличивает стоимость производства устройства.
Почему производительность SSD без DRAM ниже?
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.
Какой тип SSD купить в зависимости от использования
Учитывая тот факт, что твердотельные накопители с DRAM имеют лучшую производительность и более длительный срок службы, определенно стоит обратить внимание при покупке следующего твердотельного накопителя и убедиться, что у него есть кеш DRAM. Тем не менее, вы не должны исключать и твердотельные устройства без DRAM, если вы знаете об ограничениях, присущих им, которые мы обсуждали ранее.
Твердотельные накопители без DRAM менее дороги, а это означает, что они могут быть очень недорогим способом вдохнуть новую жизнь в старую машину или иметь большую емкость для компьютеров, для использования которых требуется не высокая производительность, а большая емкость.
Другими словами, если вам нужен максимально быстрый и долговечный SSD, то нет сомнений в том, что вам следует искать тот, который имеет интегрированную DRAM, но если использование, которое вы собираетесь использовать дайте устройству Он легкий, больше для массового хранения, чем для запуска игр или приложений, поэтому вы можете сэкономить много денег, купив твердотельный накопитель без DRAM, поскольку вы можете найти диски большей емкости по более низкой цене, и они все равно будут иметь довольно приличная производительность даже в этом случае.
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?
Почему у большинства SSD есть память DRAM?
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.
Читайте также: