IBM在FMS 2020上展示QLC MRAM计算存储以击败TLC

2020年11月12日 23:09 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

IBM之前曾经推出了FlashCore模组和他们定制的U.2 NVMe SSD,用于旗下FlashSystem企业存储设备。今年初,IBM发布了FlashCore2代模组(FCM 2),本周IBM在闪存峰会主题演讲中详细介绍了这款产品。与前代产品一样,FCM 2也是一款非常高端的企业级固态硬盘,有着独特的设计特点。

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之前IBM在FlashCore模组当中,没有使用任何超级电容来进行断电保护,主机系统也不包括电池备份。相反,IBM在其中使用Everspin的磁阻RAM(MRAM),以提供固有的非易失性写缓存。FCM 2继续使用MRAM,从之前的Everspin 256Mbit ST-DDR3升级到1Gbit ST-DDR4内存。

更高密度的MRAM使得在硬盘上包含有用数据量变得更加容易,但是完全取代SSD上的DRAM仍然太昂贵,管理FCM2的多TB容量需要几GB的RAM。IBM使用MRAM作为写缓冲器而不是具有断电保护功能的DRAM的主要动机是超级电容器或电池的使用寿命往往只有几年,而当系统发生故障时,情况会变得无法挽回。IBM认为MRAM长期可靠性更强,值得用三种存储器来构建一个驱动器的成本和复杂性。

FCM 1使用了美光64层3D TLC NAND,这在当时是高端企业固态硬盘相当标准的选择。而FCM 2则大胆地改用了美光的96L 3D QLC NAND。更高的密度和更低的每比特成本,让IBM有可能将硬盘最大容量翻倍,达到38.4TB,但使用固有的慢速闪存,同时保持性能是一个很高的要求。从根本上说,新NAND的程序(写)延迟约为3倍,读延迟为2-3倍。写入耐久性和数据保留率也较低。但FCM 2的额定功率仍为2 DWPD,IBM宣称,由于结合了几种技巧,FCM 2性能有所提高。

FCM 1使用了一个在大规模FPGA上实现的定制SSD控制器架构。20通道的NAND接口解释了为什么与采用8或16通道控制器的普通SSD相比,硬盘容量略显奇特,同时在典型数据集上提供了2.3倍左右的压缩比,这对缓解QLC的耐久性问题有很大帮助。

FCM 2还可以将部分QLC NAND用作SLC。这并不像几乎所有消费类SSD上的SLC写缓存那样简单。相反,FCM 2会跟踪IO模式,以预测哪些数据块会被频繁访问(即所谓的热数据),并尝试将这些数据存储在SLC上,而不是QLC上,同时将 "冷 "数据直接发送到QLC。

企业级SSD通常会避免使用SLC缓存,因为它很难在持续工作负载期间确保良好的QoSIBM似乎有信心,他们的智能数据放置启发式方法可以避免任何严重的QoS问题,FCM 2驱动器还可以利用主机软件提供的数据寿命提示。使用FCM 2驱动器,IBB的FlashSystem存储设备可以让2U/24驱动器系统的速度达到40GB/s,并且因为内建压缩功能,可用容量高达757TB或有效容量约为1.73PB。

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