डब्ल्यूडी ब्लैक एनवीएम अपडेट किया गया: 3 डी नंद वास्तव में क्या सक्षम है?

कंप्यूटर घटकों के बाजार के मानकों के अनुसार, वेस्टर्न डिजिटल ने अपेक्षाकृत हाल ही में सॉलिड-स्टेट ड्राइव सेगमेंट को विकसित करना शुरू किया: यदि हम सिलिकॉन एज ब्लू (2009) और हाइब्रिड डब्लूडी ब्लैक एसएसएचडी (2013) के रूप में पहला प्रयास छोड़ देते हैं, तो घोषणा के 11 अक्टूबर, 2016 को शुरुआती बिंदु कहा जा सकता है। SATA- ड्राइव WD ग्रीन और ब्लू SSD की लाइन, और थोड़ी देर बाद हाई-स्पीड WD ब्लैक NVMe SSD आया, जिसका उद्देश्य उत्साही लोगों के लिए है। तब से 2 साल बीत चुके हैं। इस समय के दौरान, हमने एक अभिनव 3 डी नंद का उत्पादन करने के लिए उत्पादन सुविधाओं को फिर से डिज़ाइन किया, जो कि प्लानर फ्लैश मेमोरी के कई नुकसानों से रहित है, और एसएसडी ड्राइव के मॉडल रेंज को अपडेट किया। ब्लैक सीरीज़ भी विकसित हुई है: 4 जून 2018 को, हमने WD ब्लैक 3D NVMe SSD की नई पीढ़ी को पेश किया। एक नई निर्माण प्रक्रिया में संक्रमण द्वारा प्रदान किए गए लाभ क्या हैं और NVMe डिवाइस SATA से अलग कैसे हैं?

WD ब्लैक 3 डी NVMe SSDs ने स्पष्ट रूप से फ्लैश मेमोरी चिप्स के नए आर्किटेक्चर के सभी फायदों और फिर से डिज़ाइन किए गए नियंत्रक का प्रदर्शन किया, जो ड्राइव के प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाने की अनुमति देता है, जैसा कि नीचे दी गई तालिका में दिखाया गया है।

500 जीबी मॉडल के उदाहरण पर पहली और दूसरी पीढ़ी के डब्ल्यूडी ब्लैक एनवीएमई एसएसडी के प्रदर्शन की तुलना

मॉडल नंबर	WDS512G1X0C	WDS500G2X0C
रूप कारक	M.2 2280
इंटरफ़ेस	पीसीआई एक्सप्रेस 3.0 x4 - एनवीएमई
मेमोरी चिप्स	सैनडिस्क 15nm 128 जीबी टीएलसी नंद	सैनडिस्क 64-लेयर 256-गिगाबिट बीसीएस 3 डी टीएलसी नंद
नियंत्रक	मार्वेल 88SS1093	सैनडिस्क 20-82-007011
बफर	LPDDR3-1600, 512 एमबी	DDR4-2400, 512 एमबी
अनुक्रमिक पढ़ने की गति, एमबी / एस	2050	3400
अनुक्रमिक लिखने की गति, एमबी / एस	700	2500
रैंडम रीड स्पीड (4 KB ब्लॉक), IOPS	170000	410000
रैंडम राइट स्पीड (4 KB ब्लॉक), IOPS	130000	330000
रिकॉर्डिंग संसाधन, टीबी	160	300

जैसा कि आप देख सकते हैं, नई विनिर्माण प्रक्रिया में संक्रमण ने रीडिंग में उत्पादकता में लगभग 40% वृद्धि, रिकॉर्डिंग और यादृच्छिक संचालन में चार गुना वृद्धि की है, और उत्पादों का कामकाजी जीवन लगभग दोगुना हो गया है, जो निश्चित रूप से सामग्री निर्माताओं और गेमर्स के लिए अपील करेंगे। वैसे, विशेष रूप से सबसे कट्टर खिलाड़ियों और जिनके काम वीडियो प्रसंस्करण से संबंधित हैं, के लिए, हमने एक टेराबाइट फ्लैगशिप जारी किया है जो पढ़ने के दौरान पहले से ही 500 हजार आईओपीएस को बढ़ा सकता है और जब लेखन - 400 000!

परिणाम वास्तव में प्रभावशाली हैं, और ठोस-राज्य ड्राइव के SATA संस्करणों के साथ स्थिति और भी अजीब है। 3 डी नंद प्रौद्योगिकी के विकास का पालन करने वाले निश्चित रूप से संख्याओं को पढ़ने से निराश थे:

• अनुक्रमिक पढ़ने की गति - 560 एमबी / एस बनाम 545 पहले;
• क्रमिक लेखन गति - 530 एमबी / एस 525;
• यादृच्छिक पढ़ने की गति - 95,000 IOPS बनाम 100,000;
• यादृच्छिक लिखने की गति - 84,000 IOPS बनाम 80,000।

यह भ्रामक है, है ना? अन्य सभी चीजें समान होने के नाते, SATA के मामले में, प्रदर्शन लगभग अपरिवर्तित रहा, लेकिन तब आधुनिकीकरण की बात क्या थी? संक्षेप में - पिछले फॉर्म फैक्टर में वॉल्यूम बढ़ाने के साथ-साथ ड्राइव की दोष सहिष्णुता को बढ़ाते हुए, जिसके बारे में हमने 3 डी नंद पर पिछले सामग्रियों में से एक में विस्तार से लिखा था। गति संकेतक के रूप में, अफसोस - सब कुछ स्वयं इंटरफ़ेस की सुविधाओं पर निर्भर करता है, जो बस प्रौद्योगिकी की पूरी क्षमता को प्रकट करने की अनुमति नहीं देता है। हम आज इस बारे में अधिक बात करेंगे।

SATA, AHCI और NVMe के बारे में कुछ शब्द

बहुत समय पहले, कई दशक पहले, व्यक्तिगत कंप्यूटर हार्ड ड्राइव ने ST-506/412 इंटरफ़ेस का उपयोग किया था, जिसका नाम पहले 5.25-इंच हार्ड ड्राइव के नाम पर था।


पहला 5.25 इंच का सीगेट एसटी -506 हार्ड ड्राइव

इसकी मुख्य विशेषता यह थी कि एचडीडी के बोर्ड में केवल इंजन नियंत्रण मॉड्यूल, एक्ट्यूएटर और स्विच हेड होते थे, साथ ही एनालॉग प्रोसेसिंग - बाकी सब कुछ पीसी कंट्रोलर में ही स्थित था। यह दृष्टिकोण लागू करने के लिए काफी सस्ता था, लेकिन तब भी इंटरफ़ेस बैंडविड्थ पहले व्यक्तिगत कंप्यूटरों की तुलना में कम था जो संभवतः प्रदान कर सकता था। लेकिन उन दिनों में कहीं भी जल्दी नहीं थी, और कीमत और गुणवत्ता के मामले में, सभी के लिए सब कुछ ठीक था।

हालांकि, प्रगति स्थिर नहीं रही, और निजी और वाणिज्यिक उपयोगकर्ताओं की आवश्यकताओं में भारी वृद्धि हुई। न तो पिछले प्रदर्शन और न ही उपकरणों की संख्या (ST-506/412 केवल दो डिस्क कनेक्ट करने की अनुमति दी गई) किसी को भी संतुष्ट नहीं कर सकी और डेवलपर्स ने विकल्प की तलाश शुरू कर दी। इस तरह से एटीए के बारे में आया, जो कई वर्षों के लिए सभी पीसी के लिए मानक बन गया, जिसे एटीएपीआई के विस्तार से बहुत सुविधा मिली, जो वास्तव में उच्च-प्रदर्शन सर्वर में उपयोग किए जाने वाले एससीएसआई मानकों के सेट का कार्यान्वयन था।

कुछ साल बाद, समानांतर इंटरफ़ेस 133 एमबी / एस की छत में चला गया। उपरोक्त एसटी -506 / 412 से विरासत में मिली सुविधा को खुद महसूस किया गया: डिस्क उपकरणों की एक जोड़ी एक चैनल से जुड़ी थी, एक दूसरे पर उनके पारस्परिक प्रभाव को समतल करना असंभव था। तो SATA था, जिसके थ्रूपुट 150 एमबी / एस तक बढ़ गए, और आगे बढ़ने की संभावना के साथ, और स्टार टोपोलॉजी के उपयोग के लिए धन्यवाद, प्रत्येक चैनल स्वतंत्र हो गया।

तब तक और यह टोपोलॉजी थी, जो ट्रम्प कार्ड था, क्योंकि उस समय की धीमी हार्ड ड्राइव के लिए, यहां तक ​​कि डेढ़ सौ मेगाबाइट भी बेमानी थे। उनके प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए, रीड / राइट अनुरोधों का अनुकूलन करना और हेड ब्लॉक आंदोलनों की संख्या को कम करना आवश्यक था। और यहाँ यह मूल कमांड नियंत्रक (एनसीक्यू) तकनीक के समर्थन के साथ उन्नत होस्ट नियंत्रक इंटरफ़ेस (एएचसीआई) के लिए समय में था, यानी हार्डवेयर द्वारा कमांड के अनुक्रम को सेट करना। बेशक, यहां कोई वास्तविक समानता नहीं है: हालांकि NCQ एक ही समय में कई स्रोतों से अनुरोध स्वीकार कर सकता है, उनका आगे का पुनर्गठन एक ही कतार के भीतर किया जाता है, जिससे केवल लेखन प्रमुखों की संख्या और ट्रैक पर वांछित क्षेत्र की प्रतीक्षा अवधि को कम करने में मदद मिलती है। दूसरी ओर, अधिक की आवश्यकता नहीं थी, क्योंकि चुंबकीय सिर को एक निश्चित सिलेंडर के ठीक ऊपर किसी भी समय पर स्थित किया जा सकता है।

ठोस राज्य ड्राइव के आगमन के साथ, स्थिति बिल्कुल विपरीत बदल गई है। SSDs के लिए, यहां तक ​​कि SATA III को भी तंग किया गया था, और केवल एक नए प्रोटोकॉल के विकास से फर्क पड़ा। नाटकीय रूप से: यदि AHCI ने 32 अनुरोधों की गहराई के साथ केवल एक कतार का समर्थन किया है, तो अगस्त 2012 में शुरू की गई गैर-वाष्पशील मेमोरी होस्ट कंट्रोलर इंटरफ़ेस (NVMe) 65536 प्रत्येक (यानी, 64K) की गहराई के साथ 65536 कतारों को संसाधित करने और मल्टी-कोर प्रोसेसर का उपयोग करने में सक्षम थी। लगभग आधे समय के प्रदर्शन का लाभ प्रदान करते हुए, बीच में देरी के अनुकूलन को भी जोड़ा।


एसएएस, एसएटीए और एनवीएमई के बीच पढ़ने / लिखने की विलंबता की तुलना

हालाँकि, NVMe केवल एक उपकरण है, और स्वयं के द्वारा उचित हार्डवेयर समर्थन के बिना इस तरह के प्रभावशाली परिणाम प्रदान नहीं कर सकते हैं।

क्षमता हासिल करें: नए नियंत्रक क्या करने में सक्षम हैं?

अपडेटेड डब्ल्यूडी ब्लैक एसएसडी लाइन के लिए नियंत्रक चुनना, हम एक निराशाजनक निष्कर्ष पर आए: मार्वेल द्वारा पेश किए गए समाधान, जो पहले इस्तेमाल किए गए थे, साथ ही साथ उनके प्रतियोगियों के उत्पाद, बस हमारी वर्तमान जरूरतों को पूरा नहीं करते हैं। इस स्थिति में एकमात्र सही कदम हमारे अपने माइक्रोकंट्रोलर्स का निर्माण था, जिसके कारण हमें पहला, तृतीय-पक्ष डेवलपर्स से पूर्ण स्वतंत्रता, और दूसरा - विशिष्ट ड्राइव संशोधनों की विशिष्ट विशेषताओं के लिए हार्डवेयर प्लेटफ़ॉर्म को आसानी से अनुकूलित करने की क्षमता।


संचालन कंप्यूटिंग इकाइयों के बीच वितरित किया जाता है

तो सैनडिस्क 20-82-007011 था, जो एआरएम कॉर्टेक्स-आर पर 28-नैनोमीटर तीन-कोर प्रोसेसर पर आधारित था, जो पहले से इस्तेमाल किए गए मार्वल एल्डोरा की शक्ति में पहले से ही काफी बेहतर था। मुख्य नवाचार कार्यक्रम के स्तर पर संसाधित किए गए संचालन के हिस्से को विशिष्ट कंप्यूटिंग इकाइयों में स्थानांतरित करना था: ये, उदाहरण के लिए, फ्लैश मेमोरी से डेटा पढ़ना, एनवीएमई कमांड को संसाधित करना और एलडीपीसी एन्कोडिंग भी शामिल हैं। उत्तरार्द्ध, वैसे, तीन-स्तरीय हो गए और एक स्तरित चरित्र का अधिग्रहण किया। व्यवहार में, इसका मतलब है कि स्मृति कोशिकाओं के पहनने की डिग्री के आधार पर सबसे उपयुक्त एल्गोरिथ्म का चयन किया जाता है। नया डब्ल्यूडी ब्लैक 3 डी नंद एसएसडी, बस कंप्यूटर में स्थापित किया गया है, एक हल्के त्रुटि सुधार विकल्प का उपयोग करेगा, जो तेजी से निष्पादन और न्यूनतम ऊर्जा खपत की विशेषता है। इसके विपरीत, जब फ्लैश मेमोरी संसाधन समाप्त हो जाता है, तो अधिक संसाधन-गहन परिदृश्य चलन में आ जाएंगे, जो हालांकि, पढ़ने / लिखने की गति को धीमा कर देते हैं, जबकि एसएसडी के जीवन को अधिकतम करते हुए मूल्यवान जानकारी के नुकसान को रोका जा सकेगा।


फ्लैश मेमोरी की स्थिति के आधार पर ईसीसी परिदृश्य का चयन किया जाता है

नियंत्रक स्वयं नवीनतम NVM एक्सप्रेस 1.3 प्रोटोकॉल का समर्थन करता है, जबकि यह 4 PCI-E 3.0 लाइनों को लागू करता है, और जानकारी आठ चैनलों के माध्यम से प्रेषित होती है, इसलिए बैंडविड्थ के साथ कोई समस्या नहीं है।

हमने एक और "अड़चन" के उन्मूलन पर भी काम किया, जिसमें कैश की भूमिका थी। पहले की तरह, यहाँ एक मध्यवर्ती एसएलसी बफर है, हालांकि, मालिकाना nCache 3.0 एल्गोरिथ्म ने अब डायरेक्ट-टू-टीएलसी मोड पर स्विच करना और डेटा को सीधे टीएलसी मेमोरी में लिखना सीखा है। इसका क्या मतलब है? आप, पहले की तरह, हाई-स्पीड कैश का पूरा फायदा उठाते हैं, हालांकि, अगर बफर ओवरफ्लो हो जाता है, तो प्रदर्शन में नाटकीय गिरावट नहीं होगी, क्योंकि कैश को बाईपास करते हुए जानकारी को सीधे मेमोरी में फ्लश किया जाएगा। एक ही समय में, उच्च गति एसएलसी मोड में, डब्ल्यूडी ब्लैक एनवीएमई एक प्रभावशाली 2.4 जीबी / एस क्रमिक रिकॉर्डिंग प्रदर्शित करता है, और टीएलसी-मेमोरी के लिए सीधे रिकॉर्डिंग 840 एमबी / एस की गति से की जाती है, जो पिछले संस्करण की तुलना में 2 गुना अधिक है। कैश वॉल्यूम एक समान रहा, जिसने डिवाइस को सस्ता कर दिया।


कैश के पॉप अप के रूप में प्रदर्शन की गतिशीलता

इस प्रकार, डब्लूडी ब्लैक एनवीएमई एसएसडी वास्तव में संतुलित हैं: अपडेट किए गए हार्डवेयर प्लेटफ़ॉर्म 3 डी नंद चिप्स को आदर्श रूप से पूरक करते हैं, पूरी तरह से उनकी क्षमता का खुलासा करते हैं। नीचे पंक्ति में, हमारे पास वास्तव में एक विश्वसनीय समाधान है जिसका उद्देश्य SATA फ्रेमवर्क बहुत संकीर्ण है, जो कि अच्छे प्रदर्शन संकेतक दर्शाता है और सर्वोत्तम मूल्य-गुणवत्ता अनुपात के कारण उपभोक्ता खंड में संदर्भ मॉडल के बहुमत के साथ हथेली तक पहुंचने में सक्षम है।