En la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, se desarrolló la tecnología FlatFlash que duplica el rendimiento de las aplicaciones de uso intensivo de memoria.
Foto - Michael Bobella - CC BY-SA¿Por qué necesitabas una nueva arquitectura?
Los SSD tienen altas velocidades de lectura / escritura. Debido a esto, se usan como una extensión para RAM en informática de alto rendimiento. Para interactuar con la memoria "combinada", los SSD y los DIMM utilizan un método de administración llamado
memoria virtual . Implica el movimiento automático de partes del programa entre la RAM y la unidad mediante el
intercambio de páginas . Sin embargo, este enfoque tiene varias desventajas.
El primer inconveniente es que tiene que copiar datos "adicionales" cuando se activa una interrupción de página y se carga una nueva página desde el disco (incluso si necesita parte de la información en la página, todavía se copia en su conjunto).
El segundo: si la aplicación funciona con un conjunto de datos que excede la cantidad de RAM, se produce el llamado "deslizamiento de página". El sistema está en un estado constante de
intercambio , a menudo intercambiando datos en la memoria y datos en el disco, en detrimento de la aplicación.
Para abordar estos desafíos, un equipo de ingenieros de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UUIC) e IBM Research han propuesto una nueva arquitectura de memoria. Implica la posibilidad de acceso byte a bit a SSD. En teoría, este enfoque reducirá el costo del intercambio de datos. El desarrollo se llama FlatFlash.
Como funciona
Para configurar el sistema, los ingenieros utilizan el estándar PCIe, en particular, su conjunto de registros de índice (Registros de dirección base, BAR). Con su ayuda, FlatFlash transfiere los datos de la tabla de asignación de memoria al host para que el BIOS y el sistema operativo completen el marcado necesario.
Después de marcar, SSD y DRAM se combinan en un espacio de dirección plano. Este enfoque le dio al procesador la capacidad de enviar directamente solicitudes (carga / escritura) a la unidad de estado sólido utilizando el mecanismo PCIe MMIO. El puente de host es responsable de procesar y redirigir las llamadas a estas secciones de memoria.
En cuanto a la asignación de datos a los espacios de direcciones correspondientes, esta tarea es implementada directamente por el SSD. Los desarrolladores utilizaron la DRAM instalada en el controlador SSD como caché. Almacena la página a la que necesita acceder byte a byte. Las solicitudes de bytes se implementan utilizando uno de los registros BAR.
Opiniones
Los expertos de UUIC probaron el rendimiento del nuevo enfoque utilizando el emulador Linux SSD. Según los datos (
PDF, p. 10), FlatFlash puede aumentar el rendimiento de la aplicación con un consumo intensivo de memoria en 2,3 veces. La arquitectura mejora la relación costo / rendimiento en 3.8 veces, en comparación con los sistemas DRAM "limpios".
Algunos residentes de Hacker News
hablaron positivamente sobre la tecnología. Uno de los usuarios del sitio señaló que la nueva arquitectura permitirá al sistema operativo abstraerse del trabajo con memoria. Los dispositivos PCIe responderán a las solicitudes de lectura y escritura. Otra ventaja es que el canal entre el SSD y el host está "descargado", ya que no es necesario enviar toda la página a la memoria. UUIC dice que extiende la vida útil de las unidades de estado sólido.
Foto - Gamaliel Espinoza Macedo - CC BY / Foto recortadaSin embargo, otro residente de HN está interesado en cómo FlatFlash resuelve el problema de las carreras y el bloqueo en la memoria, ya que este problema no está cubierto en el trabajo de los ingenieros de la Universidad de Illinois, y tecnologías similares pueden experimentar problemas en esta área.
Perspectivas
La industria de TI desarrolla e implementa tecnologías a partir de las cuales el nuevo desarrollo de especialistas de UUIC podrá obtener beneficios adicionales. El primero es PCIe 5.0, cuya especificación
aprobó el consorcio PCI-SIG en mayo de este año. El bus tiene una velocidad de transmisión de 32 GT / sy mecanismos de control de integridad de señal.
La segunda tecnología es la memoria Optane basada en la tecnología 3DXpoint, desarrollada por Intel y Micron. Tiene una velocidad de lectura / escritura más alta que el flash. Uno de los últimos productos de Intel
tiene una velocidad de lectura secuencial de 2500 MB / s. Para la grabación, esta cifra es de 2000 MB / s.
Conclusiones
Las empresas están implementando cada vez más unidades de estado sólido en sus centros de datos. El Registro señala que el suministro total de SSD
aumentará a 313 millones en 2021 (con 157 millones de unidades en 2016). Podemos esperar la aparición de nuevas tecnologías similares a FlatFlash.
Tales sistemas ya existen: hace dos años, un grupo de ingenieros de la Universidad de California
introdujo la tecnología PebbleSSD. También permite acceder a la unidad byte a byte utilizando metadatos con direccionamiento de bytes. En el futuro, tales soluciones aparecerán cada vez más a menudo.
ITGLOBAL.COM es un proveedor de nubes privadas e híbridas, así como otros servicios destinados a desarrollar la infraestructura de TI de nuestros clientes. Sobre qué escribimos en un blog corporativo: