Mindent bemutatott a Samsung

Legújabb fejlesztéseit taglalta a kaliforniai San Joséban zajló Flash Memory Summit 2017 rendezvényen a Samsung. A dél-koreai vállalat számos megoldást leplezett le, a QLC NAND mellett a már tavaly megismert Z-NAND, a Z-SSD, illetve a kiszolgálókba tervezett NGSFF méretszabvány is újra terítéken volt, amelyek mellett egy ugyancsak vállalati környezetbe szánt 128 terabájtos SAS SSD-t is meglebegtetett a cég.

A cég talán legfontosabb bejelentése volt, hogy a Toshiba-WDC pároshoz hasonlóan már a Samsung is lázasan dolgozik QLC NAND bevezetésén, így tehát már biztossá vált, hogy nem csak a japán-amerikai kettős rukkol elő a cellánkénti négy bit tárolására alkalmas termékekkel. Ahogy korábban megírtuk, a fejlesztés egységnyi lapkaterületet alapul véve a TLC-hez képest harmadával növelheti a bitsűrűséget, hisz egyetlen cellában három helyett már négy bitet képes tárolni a rendszer. Mindez első hallásra egyszerűnek hangozhat, ugyanakkor a gyakorlati megvalósítás komoly kihívás elé állítja a mérnököket, a megbízható működés ugyanis még pontosabb feszültségértékeket kíván.

A NAND flash cellák ugyanis töltésszint (pontosabban elektronok) formájában tárolják az adatokat, konfigurációtól függően egy cella egy (SLC), kettő (MLC), vagy három (TLC) bit információt hordozhat. Minden egyes újabb bittel duplázódik a tároláshoz szükséges töltésszintek száma, például a szóban forgó QLC esetében már 16 különféle értéket kell üzembiztosan megkülönböztetni.

Ennek velejárója, hogy az egyes műveletek elvégzéséhez hosszabb időre van szükség, miközben a cellák hamarabb elhasználódhatnak, ugyanis kisebb a feszültségtartományok közötti terület, ahova a cella szilíciumdioxid rétegének fáradása miatt még hiba nélkül ki tud futni a vezérlés. Ezen kívül, ha egy cella 4 bit adatot tárol, akkor a programozási műveletek is gyakoribbak lehetnek, hisz egy bit módosítása (pl.: 0000->0001) is épp ugyanazt a műveletet igényli, mintha mind a négyet átírná a vezérlés (pl.: 0101->1010).

Nyerd meg az 5 darab, 1000 eurós Craft konferenciajegy egyikét! A kétnapos, nemzetközi fejlesztői konferencia apropójából a HWSW kraftie nyereményjátékot indít.

A Samsung ugyanakkor magabiztosan állítja, hogy már a célegyenesben van a QLC-s NAND, amit az ugyancsak új fejlesztésnek számító 96 rétegű 3D NAND struktúrával kombinál. A gyártó magabiztossága nem alaptalan, ugyanis a cég mind a TLC-s lapkák, mind pedig a 3D NAND fejlesztésében élen jár, mindkét technológiát elsőként hozta el a piacra a Samsung, amit a konkurensek csak 2-3 év késéssel tudtak lekövetni. Ez alapján valószínűleg már évek óta készül a QLC-s verzió, amely a jelenlegi tervek szerint már jövőre piacra kerül, jelen állás szerint a Toshiba-WDC fejlesztésével hasonló időben.

Ugyanakkor míg az utóbbi páros BiCS3 X4 megoldásának lapkánkénti kapacitása 768 gigabitben (96 gigabyte) tetőzik majd, addig a Samsung ennél harmadával nagyobb értékben, kereken 1 terabitben (128 gigabyte) gondolkozik. Ebből 16 darabot tud egybetokozni a gyártó, amivel egyetlen chip kapacitása elérheti a 2 terabájtot. A vállalat ugyanakkor ebben is igyekszik fejlődni, a következő lépcsőben már ennek dupláját, azaz 32 darabot sűrítene a tokozásban, amivel már 4 terabájtos lehetne egy QLC NAND lapkákra épülő chip. Arról a gyártó egyelőre nem beszél, hogy milyen átviteli sebesség, késleltetés, illetve élettartam várható a QLC-s fejlesztésétől. A konkurens BiCS3 X4 fejlesztésével kapcsolatban az AnandTech kiderítette, hogy fejlesztésével 1000 P/E, azaz programozási/törlési ciklust céloz a Toshiba(-WDC), amely nagyjából egyezne az első TLC-s megoldások értékével, ugyanakkor jelentősen elmaradna a jelenlegi megoldásokétól. A Samsung szerint ugyanis a legújabb, 64 rétegű TLC-s 3D NAND-jai a lapka minőségétől függően 7000-20 000 P/E ciklust viselnek el.

A lapka alapvető tulajdonságai helyett inkább az arra épülő egyik első termékről beszélt a Samsung. Ez jelen állás szerint egy 128 terabájtos SSD lesz, amely négyszer nagyobb lenne az épp egy éve bejelentett rekorder 32 terabájtos PM1643-nél. A meghajtót utóbbihoz hasonlóan kiszolgálókba, tárolókba szánja a Samsung, aminek megfelelően SAS csatolóval érkezik majd a termék. A QLC NAND alapján arra számítunk, hogy ezt a modellt inkább a WORM-szerű (Write Once Read Many) környezetbe szánja a Samsung, tehát oda, ahol csak nagyon ritkán frissül a meghajtó tartalma, viszont ezzel egy időben fontos a gyors elérés.

Z-NAND, Z-SSD, és M.3

A Samsung először egy éve beszélt Z-NAND-ról, illetve az arra épülő Z-SSD-ről. Ezt kimondva kimondva-kimondatlanul az Intel-Micron duó 3D XPointja ellen készítette a Samsung, ugyanakkor ebben az esetben PRAM-szerű, innovatív megoldásnak nyoma sincs, a dél-koreai vállalat csúcskategóriás NAND-okkal igyekszik kiszolgálni a legalacsonyabb késleltetésre vágyó vásárlókat. Mostanra kiderült, hogy SLC cellás megoldásokról van szó, amelyeket hamarosan nagyobb kapacitású, MLC Z-NAND követ. Az előbbire épülő 800 gigabájtos SZ985 SSD a Samsung mérései szerint a TLC NAND-os PM1725a késleltetésének negyedét-ötödét hozza véletlenszerű olvasás mellett, számszerűen 20 mikroszekundum körüli értéket jelent. Ezzel párhuzamosan a Samsung PRAM-on és ST-MRAM (Spin-Torque Magnetoresistive RAM) fejlesztéseken is dolgozik.

Ugyancsak egy tavaly már látott fejlesztés az immár nevet is kapott NGSFF (Next-Generation Small Form Factor), amely egy új méretszabvány. Az M.2 kibővítésének tekinthető (egyes helyeken M.3-nak is nevezett), azonos csatlakozókiosztással rendelkező, 114 milliméter hosszú és 32 milliméter széles áramkörre már akár 16 terabájtos meghajtókat is lehet tervezni, miközben ezekből akár 32 darab is beférhet egy 1U magasságú szerverbe, ami 512 terabájt kapacitást jelentene. A nagyobb kapacitás mellett fontos újítás, hogy a Samsung szabványa támogatja a hot swappingot, azaz a meghajtókat menet közben is lehet cserélni, ami vállalati környezetben kritikus fontosságú lehet.

Végül, de nem utolsó sorban egy új SSD technológiát is bemutatott a Samsung. A Key Value elnevezésű, saját API-ra épülő megoldás az NAND-alapú meghajtók egyik problémáját próbálja áthidalni. A mechanikus és a memória-alapú tárolók között ugyanis egy alapvető különbség, hogy míg a merevlemezek szektoronként végeznek írási vagy olvasási műveleteket, addig az SSD-k ezeket laponként (pages) hajtják végre, törölni pedig csak ennél is nagyobb egységekben, blokkonként képesek. Ahhoz, hogy ez az operációs rendszer, illetve a fájlrendszer számára ez láthatatlan (vagyis kompatibilis) legyen, az SSD egy extra réteget, az FTL-t (Flash Translation Layer) alkalmazza, ami gyakorlatilag szimulálja a merevlemezek logikai felületét, ezzel biztosítva a kompatibilitást.

A Key Value ezen változtat, a Samsung szerint alkalmazásával már nem blokkokban kerül be az adat a NAND chipekbe, hanem minden egyes értékhez (value) vagy objektumhoz (object data) egy kulcsot (key) rendel a vezérlés, legyen szó akár egy 4 kilobájt, akár egy 5 megabájt méretű adatról. A Samsung szerint ezzel amellett, hogy jobban skálázható a meghajtó, a különféle műveletek sebessége is gyorsul, miközben az élettartam is nő, hisz így nem blokkonként kell írni vagy törölni az adatokat. A dél-koreai cég ennél részletesebben egyelőre nem taglalta elsőre érdekesen hangzó fejlesztését, ám az már kiderült, hogy a Key Value a PM983K SSD-vel debütál majd.