An der Universität von Illinois in Urbana-Champaign wurde die FlatFlash-Technologie entwickelt, die die Leistung speicherintensiver Anwendungen verdoppelt.
Foto - Michael Bobella - CC BY-SAWarum brauchten Sie eine neue Architektur?
SSDs haben hohe Lese- / Schreibgeschwindigkeiten. Aus diesem Grund werden sie als Erweiterung für RAM im Hochleistungsrechnen verwendet. Um mit dem "kombinierten" Speicher zu interagieren, verwenden SSDs und DIMMs eine Verwaltungsmethode, die als
virtueller Speicher bezeichnet wird . Dies impliziert die automatische Bewegung von Programmteilen zwischen RAM und Laufwerk durch
Seitenwechsel . Dieser Ansatz hat jedoch mehrere Nachteile.
Der erste Nachteil ist, dass Sie "zusätzliche" Daten kopieren müssen, wenn ein Seiteninterrupt ausgelöst wird und eine neue Seite von der Festplatte geladen wird (auch wenn Sie einige Informationen auf der Seite benötigen, werden sie dennoch als Ganzes kopiert).
Die zweite - wenn die Anwendung mit einem Datensatz arbeitet, der die RAM-Größe überschreitet, tritt das sogenannte "Seitenrutschen" auf. Das System befindet sich in einem konstanten Austauschzustand und tauscht häufig Daten im Speicher und Daten auf der Festplatte zum Nachteil der Anwendung aus.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, haben ein Team von Ingenieuren der Universität von Illinois in Urbana-Champaign (UUIC) und IBM Research eine neue Speicherarchitektur vorgeschlagen . Es wird die Möglichkeit eines byteweisen Zugriffs auf SSD vorgeschlagen. Theoretisch werden durch diesen Ansatz die Kosten für den Datenaustausch gesenkt. Die Entwicklung heißt FlatFlash.
Wie funktioniert es
Zur Konfiguration des Systems verwenden die Ingenieure den PCIe-Standard, insbesondere dessen Indexregister (Basisadressregister, BAR). Mit ihrer Hilfe überträgt FlatFlash die Daten der Speicherzuordnungstabelle an den Host, sodass das BIOS und das Betriebssystem das erforderliche Markup durchführen.
Nach dem Markieren werden SSD und DRAM in einem flachen Adressraum kombiniert. Dieser Ansatz gab dem Prozessor die Möglichkeit, Anforderungen (Laden / Schreiben) mithilfe des PCIe-MMIO-Mechanismus direkt an das Solid-State-Laufwerk zu senden. Die Host-Bridge ist für die Verarbeitung und Umleitung von Aufrufen zu diesen Speicherabschnitten verantwortlich.
Für die Zuordnung von Daten zu den entsprechenden Adressräumen wird diese Aufgabe direkt von der SSD implementiert. Die Entwickler verwendeten den im SSD-Controller installierten DRAM als Cache. Es speichert die Seite, auf die Sie byteweise zugreifen müssen. Byteanforderungen werden unter Verwendung eines der BAR-Register implementiert.
Meinungen
UUIC-Experten testeten die Leistung des neuen Ansatzes mit dem Linux-SSD-Emulator. Laut den Daten (
PDF, S. 10) kann FlatFlash die Anwendungsleistung bei intensivem Speicherverbrauch um das 2,3-fache steigern. Die Architektur verbessert das Kosten-Leistungs-Verhältnis um das 3,8-fache im Vergleich zu den "sauberen" DRAM-Systemen.
Einige Bewohner von Hacker News
äußerten sich positiv über die Technologie. Einer der Benutzer der Site bemerkte, dass die neue Architektur es dem Betriebssystem ermöglichen wird, von der Arbeit mit dem Speicher zu abstrahieren. PCIe-Geräte reagieren auf Anfragen zum Lesen und Schreiben. Ein weiteres Plus ist der "Entlade" -Kanal zwischen der SSD und dem Host, da nicht die gesamte Seite in den Speicher gesendet werden muss. Laut UUIC verlängert es die Lebensdauer von Solid-State-Laufwerken.
Foto - Gamaliel Espinoza Macedo - CC BY / Foto beschnittenEin anderer Einwohner von HN ist jedoch daran interessiert, wie FlatFlash das Problem des Rennens und Blockierens im Speicher löst, da dieses Problem in der Arbeit von Ingenieuren der Universität von Illinois nicht behandelt wird und ähnliche Technologien möglicherweise Probleme in diesem Bereich haben.
Perspektiven
Die IT-Branche entwickelt und implementiert Technologien, aus denen die Neuentwicklung von Spezialisten der UUIC zusätzliche Vorteile ziehen kann. Das erste ist PCIe 5.0, dessen Spezifikation das PCI-SIG-Konsortium im Mai dieses Jahres
genehmigt hat . Der Bus hat eine Übertragungsgeschwindigkeit von 32 GT / s und Kontrollmechanismen für die Signalintegrität.
Die zweite Technologie ist der Optane-Speicher, der auf der von Intel und Micron entwickelten 3DXpoint-Technologie basiert. Es selbst hat eine höhere Lese- / Schreibgeschwindigkeit als Flash. Eines der neuesten Intel-Produkte
hat eine sequentielle Lesegeschwindigkeit von 2500 MB / s. Für die Aufnahme beträgt diese Zahl 2000 MB / s.
Schlussfolgerungen
Unternehmen implementieren zunehmend Solid-State-Laufwerke in ihren Rechenzentren. Das Register stellt fest, dass das Gesamtangebot an SSDs im Jahr 2021 auf 313 Millionen
steigen wird (mit 157 Millionen Einheiten im Jahr 2016). Wir können die Entstehung neuer Technologien erwarten, die FlatFlash ähneln.
Solche Systeme gibt es bereits - vor zwei Jahren führte eine Gruppe von Ingenieuren der University of California
die PebbleSSD-Technologie ein. Es ermöglicht auch den byteweisen Zugriff auf das Laufwerk mithilfe von Metadaten mit Byteadressierung. In Zukunft werden solche Lösungen immer häufiger auftauchen.
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