Еще совсем недавно многие покупатели SSD опасались ставить накопители с TLC памятью, предпочитая переплатить за более выносливую и надежную MLC. Но все течет, все меняется, и кто бы мог предположить, что IBM будет использовать в своих передовых СХД FlashSystem 9200 исключительно QLC-память, доведя ее долговечность и производительность до уровня TLC. Но обо всем по порядку.
Флеш-память с четырьмя уровнями ячеек (QLC) дешевле в производстве, чем флеш-память с тремя уровнями, имеет более высокую плотность хранения, однако это сказывается на ресурсе и надежности. QLC хранит 4 бита в одной ячейке, что увеличивает продолжительность операций ввода-вывода, а это негативно сказывается на скорости чтения и записи.
Кроме того, QLC имеет меньший срок службы, выражаемый в циклах стирания-записи. Чтобы преодолеть эти ограничения, IBM разработала контроллер на базе FPGA Xilinx для своих запатентованных накопителей Flash Core Module (FCM), который отслеживает и классифицирует блоки флеш-памяти на предмет работоспособности и долговечности. Блоки данных, которые записываются наиболее часто, перемещаются на ячейки флеш-памяти с самым большим остаточным ресурсом.
Все вместе это позволило получить 16 000 циклов перезаписи на накопителе с QLC-памятью (накопитель с TLC показал 18 000 циклов перезаписи по аналогичной методике измерений). Для сравнения: обычный QLC-накопитель имеет около 1000 циклов перезаписи. Кроме того, IBM решила отказаться от использования суперконденсаторов для защиты информации и стала использовать магниторезистивную память (MRAM) Everspin. Если учесть, что срок службы суперконденсатора не превышает 5-7 лет, последствия эксплуатации их в составе модулей в долгосрочной перспективе не внушала оптимизма. По сути, MRAM выступает в роли энергонезависимого кеша записи.
В FCM второго поколения IBM заменила 256-Мбит ST-DDR3 на 1-Гбит ST-DDR4. Изменилась основная память для хранения данных: с 64-слойной TLC NAND перешли на 96-слойную QLC NAND (оба типа памяти для IBM поставляет Micron). Это позволило увеличить максимальную емкость накопителя до 38,4 Тбайт, сохранить высокую производительность и обеспечить приемлемый ресурс (2 DWPD, как и в случае FCM первого поколения). Контроллер FCM-2 использует 20-канальный интерфейс NAND, сжатие данных выполняется «на лету» (с коэффициентом примерно 2.3).
Еще одной особенностью FCM второго поколения является возможность использования части ячеек в качестве SLC-кеша. Контроллер отслеживает шаблоны операций ввода-вывода и сохраняет наиболее часто используемые данные на SLC, вместо QLC, что положительно сказывается на скорости работы. Для снижения износа ячеек используется специальный алгоритм для выравнивания нагрузки на ячейки и сборки мусора, что позволяет повысить их живучесть.
Теперь пришло время посмотреть какие же преимущества дают новые FCM для СХД IBM FlashSystem 9200: в 2U с 24 накопителями полезная емкость может достигать 757 Тбайт, при этом эффективная емкость для стандартного набора данных составляет уже 1,73 Пбайт, что раньше являлось недостижимым для таких компактных систем, а если добавить к этому производительность в 4,5 млн IOPS и надежность 99,9999%, то получим очень серьезную заявку на лидерство в своем классе.
СХД поддерживает не только фирменные IBM FCM, но и стандартные NVMe/SAS SSD корпоративного класса, а также до четырёх накопителей SCM — Intel Optane или Samsung zSSD. Впрочем, SCM, по мнению IBM, гораздо интереснее и полезнее использовать с новыми шинами вроде CXL 2.0, которые полностью изменят подход к работе с данными.
