Olcsó vállalati SSD érkezik a Samsungtól

A világ legnagyobb memóriagyártója bejelentette az MLC, vagyis a cellánként két bitet tároló chipekkel szerelt vállalati meghajtóinak próbagyártását. A 3 Gbps sebességű SATA felülettel rendelkező, 2,5 hüvelykes formátumú SSD a nagyvállalati felhasználásnál sztenderdnek elfogadott, 100, 200 és 400 GB kapacitásokban érhető el. Az új meghajtók csúcssebessége 43 ezer olvasási és 11 ezer írási művelet másodpercenként, ami alatt vélhetően véletlenszerű, 4 kilobájtos transzfereket ért a Samsung. A Samsung új SSD-i a cég 30 nanométeres osztályú, 32 gigabites DDR NAND flash chipjeire épülnek.

A koreai vállalat a tervek szerint januárban kezdi meg a vállalati MLC SSD-k tömegtermelését, kiegészítve SLC (egybites cellákból felépülő) chipekkel szerelt meghajtóinak portfólióját, amelyekből 2,5 hüvelykes formátumban eddig 120 gigabájt volt a legnagyobb kapacitás. A Samsung célja a magasabb kapacitássűrűségű chipekkel egyértelműen az, hogy javítsa a vállalati SSD-k árazásának versenyképességét. Egységnyi kapacitás előállítása MLC chipekkel lényegében fele annyiba kerül, mint az SLC variánssal.

MLC vagy SLC?

Az MLC chipeket az IT-szakmából sokan hagyományosan alkalmatlannak minősítették vállalati szintű felhasználásra az elmúlt évek folyamán, tekintve, hogy azok az SLC-nél kevesebb törlési-írási ciklust képesek elviselni. Az MLC-nek négy töltési szintet kell tudnia megkülönböztetnie a két bit kiolvasásához, míg az SLC-nek kettőt, így a használat során a csapda elektronokkal történő elszennyeződése sokkal hamarabb lehetetlenné teszi a középső szintek megkülönböztetését. A szórakoztatóelektronikai eszközökben és otthoni PC-kben ez nem jelent problémát, ugyanis viszonylag kevés az adatmozgás, egy memóriakártyánál vagy USB kulcsnál elfogadható, ha csak néhány százszor vagy ezerszer tudjuk teljesen teleírni, vagy ha egy PC-meghajtó naponta átlagosan csak néhány gigabájt írás tud huzamosabb ideig elviselni.

A folyamatosan üzemben lévő szervereknél és tárolóknál azonban egészen más terhelés és követelmények lépnek fel, ami különösen igaz az elmúlt években eluralkodó konszolidációval, és a hardverek átlagos kihasználtságának fokozódásával. Az SSD nem veszít adatot a fáradás miatt, mindössze az írható kapacitás kezd el csökkenni, ez a tulajdonsága akár szoftveres üzemzavarokat is előidézhet, a leállás és szervizelés költsége pedig valószínűleg az SSD árának sokszorosára rúgna.

Az MLC chipek alkalmazása a legtöbb estben úgy sem bizonyult ésszerűnek, hogy a jelentős költségelőnyt kihasználva azokba rejtett tartalékkapacitást mellékeltek volna a gyártók a fáradás elosztása érdekében, ugyanis az SLC chipek tipikusan egy nagyságrenddel több törlési-írási ciklust képesek elviselni, vagyis a költség-tartósság mutatójuk jóval kedvezőbb. A gyártók a vállalati SSD-k esetében csak SLC chipekkel tudják garantálni azokat a teljesítménybeli és garanciális jellemzőket, amelyek ezeket a meghajtókat áruk ellenére is eladhatóvá teszi. A cellánként néhány százezer írási ciklus több petabájt adatmennyiség kiírását teszi lehetővé a fáradás minden jele nélkül.

A Samsung nem az első cég, amely MLC vállalati SSD-vel lép piacra, az erre a területre specializálódott STEC, amely sok nagy IT-vállalatnak is elsődleges SSD-beszállítója, szintén rendelkezik ilyen meghajtókkal. A fentebb részletezett okok miatt a vezető gyártók azonban a mai napig tartózkodtak az MLC chipek felhasználásától, a Seagate, Hitachi, Toshiba, Intel és Micron szerverekbe és tárolókba szánt SSD termékei mind SLC chipeket használnak. A megkérdőjelezhetetlen minőség egyúttal ahhoz is elengedhetetlen, hogy az új technológiát el tudják fogadtatni a hagyományosan konzervatív nagyvállalatokkal, ami magyarázhatja, hogy miért nem kínálnak olcsóbb, alacsonyabb terhelésre szánt MLC szerver SSD-ket.

Három érv az MLC mellett

Az MLC chipeknek azonban a jövőben reális esélyük lehet a vállalati térnyerésre, sőt, mivel az SSD-k előnyei sokkal inkább számszerűsíthetőek a vállalatok számára, mint otthoni felhasználásban, ezért penetrációban akár nagyobb népszerűségre is számíthatnak a szerverek és tárolók terén. Ezt leginkább az magyarázza, hogy a félvezetőtechnológiai fejlődés eredményeként egyre olcsóbb az egységnyi flash kapacitás, mára a több száz gigabájtos SSD-k is gazdaságossá váltak. Ezzel az SSD-k már nemcsak az extrém terhelésű területekre, kvázi gyorstárként történő alkalmazásra megfelelőek, a tárolóhierarchiában a merevlemezek előtt helyezkedve el, hanem akár elsődleges tárolóként is.

Márpedig az eltárolt adatmennyiség nagy része ritkán változik vagy teljesen statikus, és a hozzáférés olvasásorientált, ahol az MLC SSD-k is hatalmas gyorsulást hoznak a merevlemezekhez képest. Az MLC SSD-k kiolvasási sebessége megközelíti az SLC változatokét, különösen ha azt az alkalmazás szintjén mérjük, ugyanis a SATA, SAS és más interfészek már szűk keresztmetszetként lépnek fel, ahogyan a processzormagok száma és sebessége is kevés lehet ahhoz, hogy lépést tartson az I/O műveletek kezelésében. Leginkább azonban a szoftveres logika nehézkessége emészti fel a gépidőt, miközben idejük nagy részében az SSD-k csak malmoznak - vagyis az SLC magasabb ára nem indokolt.

A technológia működéséből fakad az is, hogy a magasabb kapacitás ellenállóbbá teszi az SSD-t az  írásokkal szemben, ugyanis több mozgástere adódik a vezérlőnek a fáradás elosztására, egy-egy cella lassabban használódik el. A mechanizmus hatásosságát úgy fokozzák a gyártók még tovább, hogy jelentős mennyiségű, a szoftverek számára nem látható tartalékkapacitásokkal rendelkeznek az SSD-k. Tekintve, hogy a tárolóiparban az eladott kapacitást decimálisan határozzák meg, a flash chipek viszont binárisak, a kettő közti különbség gigabájtonként 7,4 százaléknyi tartalékot képez az ügyfél által megvásárolt névleges mérethez képest. A kapcsolat nem lineáris, ezért a jövőben, a terabájtokra történő áttéréskor 10 százalékra növekedhet, ha a gyártók tovább folytatják ezt a gyakorlatot. Amennyiben ezt nem találnák elégségesnek, úgy tartalék NAND chipekkel tovább fokozhatják az SSD tartósságát, ahogyan teszik is ezt az extrém terhelésre szánt SLC-modellek esetében már most is.

A második magyarázó tényező, hogy az elmúlt évek során a gyártók alapos ismeretekre tettek szert a NAND flash fáradásának természetével kapcsolatban szerverkörnyezetben is, aminek birtokában egyre hatékonyabb hibajavító és fáradáskiegyenlítő algoritmusokat implementálnak az SSD-k vezérlőibe. A kontroller feladata ugyanis, hogy kövesse az egyes cellák ciklusszámát, és ennek függvényében mozgassa át az újabb írási műveleteket kevésbé fáradt cellákra, valamint hogy értelmezze a visszaolvasott adatokat, és ellenőrizze azok helyességét.

Egyes induló vállalatok, mint például az izraeli Anobit olyan hibajavító technológiát ígérnek, amellyel drasztikusan megnövekszik az MLC-k által tárolt adatok kiolvasásának pontossága, kitolva ezzel az effektív ciklusszámot, akár egy nagyságrenddel is. A holisztikus megközelítés koncepciója az, hogy nem kell egy vagy néhány, a specifikáció szerint már elfáradt cella miatt kivonni egy teljes memórialapot a használatból, fejlett hibajavító algoritmussal továbbra is ki lehet nyerni az adatokat. A Micron szerint a jövőben ezt alacsony szinten, a NAND flash chipekhez közel, azok ismeretében kell elvégezni, tokon belül, ezzel mentesítve az SSD vezérlőjét ennek komplexitása alól.

Égbe révedő informatikusok: az Időkép-sztori Mi fán terem az előrejelzés, hogy milyen infrastruktúra dolgozik az Időkép alatt, mi várható a deep learning modellek térnyerésével?

A harmadik tényező, hogy a chipgyártók erőfeszítéseket tesznek, hogy kifejezetten vállalati felhasználásra alkalmassá tegyék MLC NAND chipjeiket, amit részben a gyártástechnológia iteratív finomhangolásával, és a chipek felépítésének optimalizációjával érnek el, felhasználva a halmozódó tapasztalatokat. A Micron 34 nanométeres csíkszélességű NAND flash chipek első generációja, azok 2008 végi termelésének megindulásakor mindössze 1500 ciklusra kaptak minősítést. Nagyjából 2009 közepére a Micron elérte az 5 ezer ciklust, ami lehetővé tette, hogy azokat PC SSD-kbe építsék, majd 2009 végére a vállalat már 30 ezer ciklusnál járt, ami hússzoros strapabíróságot jelez.

Ha az 5 ezer ciklusos chipekkel megjelent Intel X25-M SSD-k specifikációt vesszük alapul, akkor a ciklusszám megnövekedésével 5 éven keresztül napi 120 gigabájt adatot írhatnánk ki a fáradás következménye nélkül, de 400 gigabájtos kapacitás mellett ez az érték 600 gigabájt volna, ami a szerverfeladatok túlnyomó része számára bőségesen elegendőnek ígérkezik. Az SSD-ket a gyártók eddig elsősorban a merevlemezekkel vetették össze, igazolva magas árukat, de egyre elkerülhetetlenebbnek látszik, hogy előbb-utóbb egymással is versenyezzenek, ami fokozza majd az árazási nyomást is, ezzel pedig a vállalati MLC SSD-k elterjedése elkerülhetetlennek látszik.