Geekly articles weekly

داخل IBM FlashSystem 900

عائلة IBM FlashSystem هي نتيجة سنوات من التطوير والاستثمار بقيمة 1 مليار دولار في تقنية الفلاش. غالبًا ما يكون الهيكل الداخلي لاتحادات العملاء المحلية هو الأسرار التجارية الأكثر صرامة. يركز المصنعون ، كقاعدة عامة ، على التسويق (مدى سرعة معالجة البيانات وسرعة الكتابة / القراءة والموثوقية) ، لكنهم لا يكشفون عن تفاصيل هيكل الأنظمة.



منذ وقت ليس ببعيد ، وفرت IBM الفرصة للنظر في مكونات FlashSystem 900 ، التي تعمل كجهاز مستقل وتوفر مليون / 600000 IOPS للقراءة / الكتابة العشوائية و 10.5 / 4.5 Gb / s I / O للقراءة / الكتابة المتسلسلة. يعمل FlashSystem 900 أيضًا كمكون في أنظمة أكبر من نفس IBM و FlashSystem V9000 و A9000 AFAs. لذلك ، يتيح لك التعرف على FlashSystem 900 رؤية الفرق بين المكون والنظام الأكبر الذي تم إنشاؤه من هذه المكونات.

تطور صفائف الوميض


تطورت صفيفات الفلاش على مدار عدة سنوات ، لكنها بدأت باستخدام محركات أقراص صلبة تقليدية ذات عامل شكل 2.5 بوصة قياسي ، والتي تم توصيلها بأنظمة التخزين المصممة لمحركات الأقراص الصلبة. يسمح استخدام SSD بتسريع النظام بشكل ملحوظ مقارنةً بمحرك الأقراص الصلبة. ولكن هذا لم يحل المشكلة بالكامل ، فقد اختفت الاختناقات ببساطة إلى مكونات أخرى من الصفيف (وحدة تحكم RAID أو واجهة الشبكة).

بدأ رواد صفائف الفلاش في تطوير أجهزة SSD محسنة بمكونات داخلية أسرع وقنوات نقل بيانات محسنة ، بينما كانت احتياجات مراكز البيانات تنمو فقط. لا يزال معظم مصنعي AFA يستخدمون 2.5 SSDs. توفر أحدث AFAs المستندة إلى 2.5 محركات أقراص صلبة (SSD) للمستخدمين أداءً عاليًا وتحملًا للخطأ ، لكن إمكانيات محركات الأقراص الثابتة هذه محدودة بسبب البرامج الثابتة للمصنع.

قام مصنعون آخرون ، مثل IBM و XtremIO (EMC) و Violin ، بإنشاء AFAs الخاصة بهم باستخدام وحدات فلاش مصممة خصيصًا. توفر هذه المنتجات الجديدة القدرة على التحكم في NAND نفسها ، مما يمنحك بدوره القدرة على التحكم في كثافة البيانات والأداء والمتانة والاقتصاد.

برنامج IBM FlashSystem 900


إن FlashSystem 900 عبارة عن هيكل 2U يستوعب 12 وحدة MicroLatency قابلة للتبديل السريع ، كما هو موضح في الصورة أدناه. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي النظام على بطاريتين كبيرتين من ليثيوم أيون (يسار) توفران طاقة كافية لإكمال عملية التسجيل في حالة فشل مصدر الطاقة الرئيسي. توفر البطاريات طاقة كافية لإغلاق الصفيف بشكل صحيح وبدون أي فقدان للبيانات.



يمكن أن تحتوي كل وحدة MicroLatency على ذاكرة فلاش 1.2 تيرابايت أو 2.9 تيرابايت أو 5.7 تيرابايت. بدوره ، يسجل النظام البيانات من خلال وحدة واحدة. تم تكوين الوحدات نفسها في RAID 5 لضمان أقصى قدر من سلامة البيانات في حالة فشل إحدى الوحدات. تستخدم شركة IBM أيضًا مسار متغير RAID الخاص بمستوى الفلاش الخاص بها لإنشاء مخطط التحكم في التماثل ثنائي الأبعاد.



تحتوي كل وحدة MicroLatency على تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع Xilinx Kintex-7 FDA. يمكن أن تستوعب كل لوحة دائرة كهربائية ما يصل إلى أربعة وحدات FPGA ، ولكن يختلف عدد وحدات FPGA باختلاف كثافة الوحدة. على سبيل المثال ، ستستخدم وحدة 1.2 تيرابايت FPGA واحد فقط على لوحة دائرة واحدة. يسمح استخدام بنية FPGA المتعددة لشركة IBM بتوسيع الأداء والطاقة بشكل خطي.



تكشف نظرة فاحصة على الجزء الخلفي من اللوحة عن اتصالين PCIe 3.0 x2 على الجانب الأيسر. يتم استخدام هذه الفتحات للاتصال بالمضيف والتواصل باستخدام البروتوكول التسلسلي الحاصل على براءة اختراع من قبل شركة IBM. يوفر البروتوكول مزايا مماثلة لـ NVM Express: تقليل حمل المعالج ، ووقت الاستجابة ، وتحسين الأداء. يستخدم بروتوكول الملكية مسار بيانات مسرع للأجهزة مع توجيه من طرف إلى طرف للقضاء على العمليات التي تسبب تأخيرات مثل الانقطاعات.



كل FPGA له DRAM خاص به لإدارة LBA ، وتستخدم IBM أيضًا DRAM لتخزين بيانات المستخدم.
لا تقوم معظم محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة بتخزين بيانات المستخدم في ذاكرة الوصول العشوائي (DRAM) ، ولكن نهج حماية فقدان الطاقة على مستوى النظام (عبر البطاريات) يوفر لشركة IBM مزايا عديدة. لا تتطلب محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة الفردية المستخدمة في FlashSystem 900 مكثفات خاصة تستخدم محركات أقراص الحالة الثابتة العادية مقاس 2.5 بوصة. وهذا يسمح للشركة بحزم المزيد من ذاكرة الفلاش في المشروع. تقلل المكثفات الأقل أيضًا من نقاط الفشل المحتملة وتعقيد البرامج.

لا تزال العديد من المكثفات موجودة بين حزم ذاكرة الفلاش ، ولكنها تستخدم لمكافحة انخفاض الجهد عندما يكتب النظام إلى عدة حزم NAND في نفس الوقت.



أقامت IBM شراكة استراتيجية مع Micron للاستفادة من FortisFlash NAND ، وهي قابلة للتخصيص وتوفر إمكانات برمجة نظام متقدمة. يسمح هذا لشركة IBM بتغيير البرمجة الأساسية لكل وحدة ديناميكيًا طوال فترة حياة NAND ، استنادًا إلى العمر والصحة. أشار ميكرون إلى أنه من خلال التكوين المناسب ، يمكن أن توفر FortisFlash NAND MLC ما يصل إلى 10000 دورة إعادة كتابة (أكثر من ثلاثة أضعاف تصنيف دورة 3000 القياسي).

هناك العديد من الأنواع المختلفة من ECC ، مثل BCH و LDPC ، ولكل منها مزاياه وعيوبه. يقتصر بائعو AFA الذين يستخدمون SSD 2.5 بوصة على ECC ، يمكنهم فقط استخدام محرك SSD المثبت من قبل الشركة المصنعة. لكن التصميم المخصص يوفر المرونة لاستخدام خوارزميات ECC المخصصة.

طورت IBM خوارزمية ECC الخاصة بها. يتقلب هذا التنفيذ بين BCH ، وهي طريقة مكثفة ولكن لديها إمكانيات محدودة لتصحيح الأخطاء ، و LDPC ، والتي قد تخضع لتضخم التسجيل المفرط أثناء عملية تصحيح الخطأ (وبالتالي تقليل مقاومة التآكل). تؤمن شركة IBM بأن تصحيح الخطأ المخصص "للقراءة مرة واحدة" يتضمن أفضل طريقتين.

تستخدم شركة IBM أيضًا الفصل الحراري ، الذي يكتشف البيانات الساخنة والباردة ثم يجمعها لتقليل التآكل. تتتبع الشركة بشكل دينامي العدد المتبقي من عمليات الكتابة الممكنة لكل خلية ، لذلك نادرًا ما يتم تخزين البيانات "الباردة" في خلايا NAND القديمة. بسبب مقاومة التآكل التي يتم الحفاظ عليها. تدعي شركة IBM أن العزل الحراري يزيد من القدرة على التحمل بنسبة 49 في المائة ، كما أن إضافة التسوية الانتقائية (بناءً على صحة NAND) تزيد من القدرة على التحمل بنسبة 57 في المائة.



يحتوي كل هيكل من وحدتين على وحدتين من مصادر الطاقة الزائدة خلف اللوحة الأمامية للبطارية المتوفرة القابلة للتبديل السريع. يحتوي النظام على أربعة مراوح قابلة للتبديل السريع تقع في علبتين كبيرتين (يسار). يحتوي كل منها على عدد من منافذ الإدخال / الإخراج (نطاقات القنوات الليفية و iSCSI و FCoE) على طول الجزء العلوي ، والتي تقع على بطاقات واجهة قابلة للتبديل السريع.



تحتوي كل علبة على معالجين من سلسلة Intel Xeon E5v2 ، وذاكرة وصول عشوائي بسعة 64 جيجابايت ووحدة تحكم RAID (XBAR). يمكن أيضًا تبديل العلب الساخنة لتقليل وقت التوقف عن العمل في حالة حدوث عطل في جزء محسوب من النظام أو الذاكرة. تم تحسين التصميم نفسه لتوفير قفلين بحد أقصى ولا يتكرر أبدًا من منافذ إدخال / إخراج البيانات إلى ذاكرة فلاش ، مما يضمن أداء مستقرًا وكمونًا فولاذيًا.

أهمية أوسع.


استحوذت شركة IBM على شركة Memory Memory Systems في عام 2012 وقامت باستثمار مليار دولار إضافي في تقنية الفلاش في عام 2013. سمح هذا للشركة بتطوير صفائف فلاش فردية ذات أداء وموثوقية أعلى من صفائف الفلاش النموذجية باستخدام 2.5 SSDs. تزعم شركة IBM أن عائلة FlashSystem توفر قدرة تحمل أعلى بنسبة 9.41 بالمائة من الحلول المنافسة وتوفر لها ضمانًا لمدة سبع سنوات. يمكن لمتخصصي IBM زيادة كثافة الذاكرة في وحدات MicroLatency الخاصة بهم ، والتي توفر الحماية ضد فقدان الطاقة في جميع أنحاء النظام. ويمكنهم القيام بذلك باستخدام الواجهة التسلسلية الخاصة بهم التي تتحكم فيها الأجهزة والتي تقضي على التأخيرات التي يسببها البرنامج. طورت الشركة بنيتها الخاصة ،لتوفير مجموعة من الفوائد ، مثل ECC المخصصة وخوارزميات NAND التكيفية ، والتي توفر فوائد رائعة للمستخدم النهائي من حيث الكثافة والأداء والتكلفة.

IBM ليست الشركة الوحيدة في سباق محرك الأقراص المحمول. قدمت EMC مؤخرًا مجموعة كاملة من أجهزة الفلاش ، استخدم بعضها تصميمات SSD مخصصة. تقوم الشركة بتحويل جميع أنظمة التخزين الخاصة بها بالكامل إلى استخدام ذاكرة فلاش. تمتلك Pure Storage أيضًا مبادرة FlashBlade واعدة ، ولكن النظام الأساسي لا يزال غير متاح في السوق في الوقت الحالي. تمتلك Violin Memory أيضًا مشروعًا فرديًا ، لكن أدائها الضعيف وآفاقها القاتمة تثني الكثيرين عن استخدام هذا الحل.

تعد IBM من بين أفضل موردي AFA من حيث الأداء ، لكنها ليست الأولى من نوعها في الإيرادات. تدعي الشركة أنها ستوفر في نهاية المطاف لمشروع فردي أداء فلاش أعلى بتكلفة أقل من المنافسين.

من الواضح أن المستقبل القائم على تقنية الفلاش سيجلب المزيد من المشاريع المتخصصة والمتخصصة. على الأرجح - سيؤدي هذا إلى وفاة العديد من الأنظمة (والشركات) التي تستخدم محركات أقراص الحالة الثابتة 2.5 بوصة المسوقة.

Source: https://habr.com/ru/post/ar395715/

More articles:


All Articles