Tin tức và phân tích của tất cả các thiết bị di động

Enmotus MiDrive: Xem xét lại bộ nhớ đệm SLC cho SSD QLC

Đối với lưu trữ của người tiêu dùng, CES 2020 đã mang đến một làn sóng cạnh tranh mới cho PCIe 4.0 SSD và lời hứa về SSD di động nhanh hơn, nhưng bản demo sản phẩm hấp dẫn nhất là từ Enmotus. Họ đang lên kế hoạch cho một sự thay đổi sâu sắc về cách thức hoạt động của SSD khách hàng, bỏ bộ nhớ đệm SLC được quản lý ổ đĩa để ủng hộ việc lưu trữ theo tầng do máy chủ quản lý.

Enmotus là nhà cung cấp phần mềm quản lý lưu trữ được thiết lập tốt. Sản phẩm quen thuộc nhất của họ với người tiêu dùng có lẽ là FuzeDrive, một phiên bản giới hạn đi kèm với các thế hệ bo mạch chủ AMD gần đây là AMD StoreMI. Đây là câu trả lời của AMD cho Công nghệ phản hồi thông minh (SRT) của Intel và các hệ thống lưu trữ bộ nhớ Optane Memory. Enmotus cũng có các sản phẩm định hướng doanh nghiệp trong cùng một tĩnh mạch. Công nghệ MiDrive mới của họ xây dựng trên phần mềm phân tầng hiện có của họ để quản lý kết hợp SLC và QLC NAND trên một ổ SSD tiêu dùng duy nhất.

Những thách thức về bộ nhớ đệm

Tất cả các giải pháp bộ nhớ đệm hoặc phân tầng điều khiển bằng phần mềm có xu hướng hạn chế sự hấp dẫn của người tiêu dùng do sự phức tạp của việc thiết lập hệ thống. Cần ít nhất hai ổ đĩa vật lý và HĐH cần tải thêm trình điều khiển để quản lý vị trí dữ liệu. Bất kỳ vấn đề tương thích hoặc trục trặc nào khác đều có thể dễ dàng khiến PC không thể khởi động được và việc phục hồi dữ liệu không đơn giản như đối với một ổ đĩa. Những rào cản này không khiến những người đam mê và quyền lực sợ hãi, nhưng các OEM PC không muốn tiếp thị và hỗ trợ các cấu hình này. Nhưng không có một số hình thức lưu trữ hoặc phân tầng, SSD tiêu dùng sẽ bị giới hạn ở hiệu năng thô của TLC hoặc QLC NAND. Bộ nhớ đệm SLC được quản lý một cách minh bạch bởi phần sụn của SSD đã được hầu hết các ổ SSD tiêu dùng chấp nhận để cải thiện hiệu suất bùng nổ và nó đã được chứng minh là rất hiệu quả đối với khối lượng công việc của người tiêu dùng. Hạn chế cơ bản của chiến lược này là SSD phải hoạt động với thông tin hạn chế về bản chất và mục đích của dữ liệu người dùng mà nó đang đọc và ghi.

Hầu hết các ổ SSD đều dựa vào các quy trình khá đơn giản để quản lý bộ đệm SLC của chúng: gửi tất cả ghi vào bộ đệm trừ khi nó đầy và sử dụng thời gian nhàn rỗi để gấp dữ liệu từ SLC thành biểu diễn TLC nhỏ gọn hơn, giải phóng không gian bộ nhớ cache cho các lần ghi trong tương lai. Vẫn còn một số lựa chọn được thực hiện khi thực hiện bộ nhớ đệm SLC cho SSD tiêu dùng: sử dụng bộ đệm có kích thước cố định hay kích thước động và có bị đình trệ khi bộ đệm lấp đầy hoặc chuyển hướng ghi thẳng vào TLC / QLC. Khi các ổ đĩa QLC trở nên phổ biến hơn, chúng tôi cũng sẽ thấy các ổ đĩa muốn giữ dữ liệu trong bộ đệm SLC lâu dài cho đến khi ổ đĩa bắt đầu đầy, để bộ đệm có thể giúp đọc hiệu suất ngoài hiệu suất ghi.

Điều khiển vị trí dữ liệu thủ công của Enmotus FuzeDrive

Bộ nhớ đệm hoặc phân tầng được quản lý máy chủ mở ra cơ hội quản lý vị trí dữ liệu thông minh hơn, vì HĐH máy chủ có thông tin tốt hơn: về khối dữ liệu nào thuộc về tệp nào và về các quy trình và người dùng tương tác với các tệp đó. Hệ điều hành máy chủ dễ dàng theo dõi chính xác lịch sử của các mẫu truy cập đối với các tệp nóng so với lạnh. Cũng có thể để lộ kiểm soát thủ công vị trí dữ liệu trực tiếp cho người dùng.

Hai ổ đĩa trong một

Công nghệ Enmotus MiDrive cho phép một SSD hiển thị máy chủ có quyền truy cập vào hai nhóm lưu trữ flash riêng biệt: QLC và SLC được quản lý bởi cùng một bộ điều khiển SSD. Để thực hiện điều này, họ đã hợp tác với Phison để sửa đổi phần sụn của bộ điều khiển SSD. Đối với các sản phẩm máy chủ, một SSD NVMe duy nhất sẽ hiển thị hai không gian tên NVMe riêng biệt mà Linux coi là các thiết bị khối khác nhau. Nhưng đối với người tiêu dùng, Enmotus đã chọn tối đa hóa khả năng tương thích ngược bằng cách hiển thị MiDrive dưới dạng một thiết bị khối đơn, với 32 hoặc 64 đầu tiên GB ban đầu được ánh xạ tới SLC NAND và phần còn lại của ổ đĩa được ánh xạ tới QLC NAND. Điều này giúp có thể (và nhanh chóng!) Cài đặt HĐH cho MiDrive mà không cần bất kỳ phần mềm hoặc trình điều khiển Enmotus đặc biệt nào. Khi trình điều khiển Enmotus đã được tải, nó sẽ đảm nhận việc quản lý vị trí dữ liệu bằng cách sử dụng các lệnh dành riêng cho nhà cung cấp để hướng dẫn SSD quảng bá hoặc hạ cấp phạm vi Địa chỉ khối logic (LBA) giữa các vùng flash QLC và SLC. (Quá trình khởi tạo cho phân tầng này hiện mất khoảng một phần tư giây, bởi vì rất ít dữ liệu cần phải được di chuyển cho đến khi có lịch sử chỉ ra những gì nên có trong QLC so với SLC.)

Enmotus MiDrive 800GB xuất hiện dưới dạng một thiết bị duy nhất

Điều này đơn giản hơn nhiều cho phía chủ nhà so với chiến lược mà Intel sử dụng cho Bộ nhớ Optane H10 của họ, là hai thiết bị PCIe riêng biệt trên một M.2 thẻ và yêu cầu hỗ trợ bo mạch chủ đặc biệt để phát hiện đúng cả hai nửa trước khi phần mềm lưu trữ thậm chí có thể tham gia. Enmotus đang làm việc để làm cho MiDrive trở nên đơn giản hơn bằng cách Microsoft phân phối trình điều khiển Enmotus với Windows, do đó, một MiDrive sẽ được phần mềm Enmotus tự động phát hiện và quản lý mà không yêu cầu bất kỳ sự can thiệp nào của người dùng. Để bây giờ, Windows sẽ mặc định sử dụng trình điều khiển NVMe tiêu chuẩn của nó cho MiDrive, nhưng điều đó sẽ thay đổi theo thời gian các sản phẩm lên kệ.

Ví dụ về cách phân bổ MiBA LBA sẽ thay đổi khi sử dụng
(chỉ nhằm mục đích minh họa, không dựa trên thử nghiệm thực tế)

Enmotus hỗ trợ gán dữ liệu cho SLC hoặc QLC trong các khối 4 MB, có thể là kích thước của một khối xóa flash NAND duy nhất trong chế độ SLC, và do đó kích thước khối nhỏ nhất có thể dễ dàng được ánh xạ giữa các phần QLC và SLC của ổ đĩa mà không đóng góp để khuếch đại ghi không cần thiết. Kích thước khối 4 MB đó có nghĩa là một tệp nhỏ được chuyển đến SLC có khả năng mang theo các tệp khác gần đó, thường sẽ chứa dữ liệu liên quan cũng có thể được hưởng lợi từ SLC. Điều đó cũng có nghĩa là các tệp lớn có thể nằm một phần trong SLC và một phần trong QLC. Vì quá trình này không thay đổi địa chỉ khối logic mà tệp chiếm giữ, Enmotus MiDrive không cần thay đổi bất cứ điều gì về cách thức NTFS tổ chức dữ liệu và không cần phải hoạt động như trình chống phân mảnh đĩa nâng cao cố gắng di chuyển dữ liệu quan trọng về phía sự khởi đầu của đĩa. Phần mềm MiDrive chỉ cần tra cứu những LBA nào được sử dụng bởi một tệp và báo cho SSD biết có nên di chuyển dữ liệu đó sang các khối SLC hoặc QLC hay không. Hiệu ứng phụ duy nhất có thể nhìn thấy đối với phần còn lại của HĐH là sự thay đổi về đặc tính hiệu năng để truy cập vào phần đó của SSD.

Phần SLC của Enmotus MiDrive khác với bộ đệm SLC truyền thống không chỉ bằng cách được quản lý máy chủ mà còn ở cách SSD xử lý nó cho mục đích cân bằng hao mòn. Bộ đệm SLC điển hình của SSD có thể có kích thước tĩnh hoặc động, nhưng trong cả hai trường hợp khi có lệnh ghi mới, SSD sẽ ghi dữ liệu vào bất kỳ khối flash NAND nào hiện đang trống. Khi bộ đệm được xóa, dữ liệu từ một số khối SLC sẽ được ghi lại ở chế độ TLC hoặc QLC sang một khối trống khác và các khối SLC sau đó được tự do xóa và đưa trở lại vào nhóm các khối có sẵn. Quản lý chỉ một nhóm khối trống có nghĩa là vị trí thực tế của bộ đệm SLC có thể di chuyển theo thời gian và một khối được sử dụng cuối cùng là TLC có thể sẽ được sử dụng làm SLC trong lần tiếp theo dữ liệu được ghi vào nó.

Ngược lại, công nghệ Enmotus MiDrive có SSD theo dõi hai nhóm hoàn toàn riêng biệt. Khi ổ đĩa được sản xuất, phần SLC được phân bổ vĩnh viễn cho vòng đời của ổ đĩa. Bất kỳ trang và khối NAND vật lý nào được sử dụng làm SLC sẽ luôn được coi là SLC trong suốt vòng đời của ổ đĩa, và tương tự cho phần QLC. Hai nhóm đèn flash phải chịu mức độ hao mòn hoàn toàn độc lập, mặc dù các phần SLC và QLC sẽ tồn tại cạnh nhau trên mỗi chip flash vật lý trên ổ đĩa. Điều này có nghĩa là các khối QLC sẽ không bao giờ phải chịu các chu trình xóa / xóa chương trình ngắn hạn của bộ đệm SLC. Đối với các khối SLC, việc sửa lỗi có thể được điều chỉnh cụ thể theo cách sử dụng SLC và cho phép Enmotus đạt được khoảng 30k chu trình Chương trình / Xóa cho phần SLC của ổ đĩa (dựa trên Micron QLC NAND). MiDrive sẽ hiển thị các chỉ số SMART riêng cho các phần SLC và QLC của ổ đĩa, vì vậy phần mềm giám sát sẽ cần được cập nhật để diễn giải đúng thông tin này.

Về nguyên tắc, có thể phần SLC hoặc QLC của ổ đĩa bị hao mòn sớm, nhưng trên thực tế, Enmotus tự tin rằng phần mềm quản lý lưu trữ theo tầng của họ sẽ dẫn đến tuổi thọ ổ đĩa dài hơn so với bộ nhớ đệm SLC do ổ đĩa quản lý. Các tệp được biết là thường xuyên được sửa đổi sẽ nằm vĩnh viễn trên SLC và không được tự động chuyển sang QLC trong thời gian rảnh. Nếu phần mềm Enmotus đủ thông minh, nó cũng sẽ có thể xác định tệp nào sẽ bỏ qua SLC và chuyển thẳng đến QLC cho đến khi rõ ràng rằng tệp thường xuyên được truy cập. Ví dụ: tải xuống tệp vào máy qua gigabit Ethernet ban đầu sẽ không cần hiệu năng SLC vì QLC thô thường có thể xử lý ghi tuần tự ở tốc độ đó (đặc biệt là không có bộ đệm SLC nền để làm chậm mọi thứ). Và nếu tập tin đó là một bộ phim được truy cập không thường xuyên và chỉ được đọc tuần tự, thì không có lý do gì để nó được quảng bá lên SLC. Nói chung, việc quản lý lưu trữ theo tầng được thực hiện bởi Enmotus sẽ dẫn đến việc di chuyển dữ liệu ít hơn giữa SLC và QLC, thay vì khuếch đại ghi tăng lên mà bộ nhớ đệm SLC truyền thống gây ra.

Do phần SLC của Enmotus MiDrive là một lát cắt ra khỏi QLC NAND thông thường, nên nó không thể cung cấp tất cả các lợi ích của SLC NAND có độ trễ thấp chuyên dụng như Z-NAND hoặc Kioxia / Toshiba XL-Flash của Samsung. Phần SLC của MiDrive sẽ không nhanh hơn đáng kể so với bộ đệm SLC của SSD tiêu dùng truyền thống, nhưng hiệu suất đó sẽ phù hợp và dễ đoán hơn khi làm việc với các tệp được giữ hoàn toàn trên phần SLC của ổ đĩa.

Mô hình kinh doanh

Enmotus MiDrive hiện được triển khai dưới dạng kết hợp Windows phần mềm trình điều khiển và phần sụn SSD tùy chỉnh cho bộ điều khiển Phison NVMe, nhưng nó không yêu cầu bất kỳ phần cứng tùy chỉnh nào. Điều này có nghĩa là bất kỳ nhà cung cấp nào hiện đang bán SSD Phison E12 NVMe đều có thể tạo ra một sản phẩm dựa trên MiDrive bằng cách cấp phép và vận chuyển phần mềm Enmotus. Các OEM PC có thể chấp nhận MiDrive bằng cách chuyển sang các ổ đĩa với phần sụn Enmotus và đảm bảo rằng chúng bao gồm các trình điều khiển Enmotus trong chúng Windows hình ảnh, hoặc dựa vào chúng để được phân phối thông qua Windows Cập nhật. Không yêu cầu phần sụn bo mạch chủ hoặc sửa đổi phần cứng, hoặc bất kỳ thay đổi nào đối với quy trình cung cấp máy và chuẩn bị giao cho người dùng cuối. Enmotus đang tham gia cả với các OEM PC và nhà cung cấp SSD bán lẻ, vì vậy chúng tôi có thể mong đợi các hệ thống được xây dựng sẵn với công nghệ Enmotus MiDrive và các tùy chọn nâng cấp có thể sử dụng trên bất kỳ Windows 10 PC đã hỗ trợ chuẩn M.2 SSD NVMe. Enmotus rất lạc quan về sự hấp thu từ các OEM PC, hy vọng MiDrive sẽ nhận được sự tiếp nhận tốt hơn nhiều so với Optane H10 của Intel đã làm.

Các sản phẩm MiDrive cơ bản sẽ hoàn toàn tự động, với trình điều khiển Enmotus được cài đặt sẵn hoặc tự động cài đặt khi phát hiện thấy MiDrive. Quyết định vị trí dữ liệu sẽ hoàn toàn phía sau hậu trường. Đối với những người đam mê, cũng sẽ có một lớp cao cấp tương tự như phần mềm FuzeDrive hiện tại của họ, bao gồm Windows Tích hợp trình duyệt Explorer để các tệp riêng lẻ có thể được quảng bá hoặc hạ cấp thủ công, vĩnh viễn hoặc trong một khoảng thời gian giới hạn. Enmotus cũng sẽ cung cấp một công cụ theo dõi sức khỏe ổ đĩa, bao gồm ước tính của họ về thời gian sử dụng ổ đĩa đã giành được thêm bao nhiêu bằng cách sử dụng phân tầng của họ thay vì bộ nhớ đệm SLC thông thường.

Mockup của công cụ theo dõi sức khỏe SSD Enmotus MiDrive

Enmotus hy vọng các ổ SSD với công nghệ MiDrive chủ yếu sử dụng các phần SLC 32 GB hoặc 64 GB và cung cấp tổng dung lượng từ khoảng 400 GB đến khoảng 2TB, nhưng cấu hình chính xác sẽ được xác định bởi những gì đối tác của họ muốn đưa ra thị trường. Enmotus cũng đang lên kế hoạch cho các giải pháp hướng tới người đam mê hỗ trợ RAID-0 kiểu dải trên nhiều ổ đĩa vật lý và giải pháp cho SSD SSD gói đơn đi vào yếu tố hình thức nhỏ và thiết bị nhúng.

Công nghệ Enmotus MiDrive sẽ bổ sung vào giá của SSD, nhưng vì chúng ta đang nói về lưu trữ QLC chỉ tương đối với SSD NVMe rẻ nhất hiện có và giá nhãn dán cuối cùng sẽ vẫn cạnh tranh cho SSD tiêu dùng. Đổi lại, người dùng nên có hiệu suất thực tế tốt hơn và đủ độ bền viết hiệu quả để biện minh cho 5-bảo hành năm. Chúng tôi mong muốn thử nghiệm công nghệ này vào cuối năm nay, mặc dù nó sẽ làm phức tạp thêm quá trình đo điểm chuẩn của chúng tôi. Enmotus đã lấy mẫu cho các OEM quan tâm.

Mục lục