À l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, la technologie FlatFlash a été développée pour doubler les performances des applications gourmandes en mémoire.
Photo - Michael Bobella - CC BY-SAPourquoi aviez-vous besoin d'une nouvelle architecture
Les SSD ont des vitesses de lecture / écriture élevées. Pour cette raison, ils sont utilisés comme une extension de la RAM dans le calcul haute performance. Pour interagir avec la mémoire «combinée», les SSD et les DIMM utilisent une méthode de gestion appelée
mémoire virtuelle . Cela implique le déplacement automatique de parties du programme entre la RAM et le lecteur à l'aide de l'
échange de page . Cependant, cette approche présente plusieurs inconvénients.
Le premier inconvénient est que vous devez copier des données «supplémentaires» lorsqu'une interruption de page est déclenchée et qu'une nouvelle page est chargée à partir du disque (même si vous avez besoin de certaines informations sur la page, elles sont toujours copiées dans leur ensemble).
La seconde - si l'application fonctionne avec un ensemble de données dépassant la quantité de RAM, ce que l'on appelle le «glissement de page» se produit. Le système est dans un état d'
échange constant, échangeant souvent des données en mémoire et des données sur disque, au détriment de l'application.
Pour relever ces défis, une équipe d'ingénieurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign (UUIC) et IBM Research ont proposé une nouvelle architecture de mémoire. Cela implique la possibilité d'un accès octet par bit au SSD. En théorie, cette approche réduira le coût de l'échange de données. Le développement s'appelle FlatFlash.
Comment ça marche?
Pour configurer le système, les ingénieurs utilisent la norme PCIe, notamment son ensemble de registres d'index (Base Address Registers, BAR). Avec leur aide, FlatFlash transfère les données de la table d'allocation de mémoire à l'hôte afin que le BIOS et le système d'exploitation complètent le balisage nécessaire.
Après le marquage, SSD et DRAM sont combinés sur un seul espace d'adressage plat. Cette approche a donné au processeur la possibilité d'envoyer directement des requêtes (chargement / écriture) au disque SSD à l'aide du mécanisme PCIe MMIO. Le pont hôte est responsable du traitement et de la redirection des appels vers ces sections de mémoire.
Quant au mappage des données aux espaces d'adressage correspondants, cette tâche est directement mise en œuvre par le SSD. Les développeurs ont utilisé la DRAM installée dans le contrôleur SSD comme cache. Il stocke la page dont vous avez besoin pour accéder octet par octet. Les demandes d'octets sont implémentées à l'aide de l'un des registres BAR.
Avis
Les experts de l'UUIC ont testé les performances de la nouvelle approche en utilisant l'émulateur SSD Linux. Selon les données (
PDF, p. 10), FlatFlash est capable d'augmenter les performances des applications avec une consommation de mémoire intensive de 2,3 fois. L'architecture améliore le rapport coût / performances de 3,8 fois par rapport aux systèmes DRAM "propres".
Certains résidents de Hacker News ont
parlé positivement de la technologie. Un des utilisateurs du site a noté que la nouvelle architecture permettra au système d'exploitation de s'abstenir de travailler avec la mémoire. Les périphériques PCIe répondront aux demandes de lecture et d'écriture. Un autre avantage est que le canal entre le SSD et l'hôte est «déchargé», car il n'est pas nécessaire d'envoyer la page entière en mémoire. L'UUIC affirme qu'elle prolonge la durée de vie des disques SSD.
Photo - Gamaliel Espinoza Macedo - CC BY / Photo recadréeUn autre résident de HN, cependant, s'intéresse à la façon dont FlatFlash résout le problème de la course et du blocage en mémoire, car ce problème n'est pas couvert par le travail des ingénieurs de l'Université de l'Illinois, et des technologies similaires peuvent rencontrer des problèmes dans ce domaine.
Perspectives
L'industrie informatique développe et met en œuvre des technologies à partir desquelles le nouveau développement de spécialistes de l'UUIC pourra bénéficier d'avantages supplémentaires. Le premier est PCIe 5.0, dont les spécifications ont été
approuvées par le consortium PCI-SIG en mai de cette année. Le bus a une vitesse de transmission de 32 GT / s et des mécanismes de contrôle de l'intégrité du signal.
La deuxième technologie est la mémoire Optane basée sur la technologie 3DXpoint, développée par Intel et Micron. Il a lui-même une vitesse de lecture / écriture plus élevée que le flash. L'un des derniers produits Intel
a une vitesse de lecture séquentielle de 2500 Mo / s. Pour l'enregistrement, ce chiffre est de 2000 Mo / s.
Conclusions
Les entreprises mettent de plus en plus en œuvre des disques SSD dans leurs centres de données. Le Registre note que l'offre totale de SSD
passera à 313 millions en 2021 (avec 157 millions d'unités en 2016). On peut s'attendre à l'émergence de nouvelles technologies similaires à FlatFlash.
De tels systèmes existent déjà - il y a deux ans, un groupe d'ingénieurs de l'Université de Californie a
introduit la technologie PebbleSSD. Il permet également d'accéder au lecteur octet par octet à l'aide de métadonnées avec adressage octet. À l'avenir, ces solutions apparaîtront de plus en plus souvent.
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