Geekly articles weekly

Di dalam IBM FlashSystem 900

Keluarga IBM FlashSystem adalah hasil pengembangan dan investasi selama bertahun-tahun sebesar $ 1 miliar dalam teknologi flash. Struktur internal AFA seringkali merupakan rahasia dagang paling ketat. Produsen, pada umumnya, fokus pada pemasaran (seberapa cepat data akan diproses, kecepatan tulis / baca, keandalan), tetapi mereka tidak mengungkapkan rincian struktur sistem.



Belum lama ini, IBM memberikan kesempatan untuk mempertimbangkan komponen-komponen FlashSystem 900-nya, yang berfungsi sebagai perangkat mandiri dan menyediakan 1 juta / 600.000 IOPS untuk baca / tulis acak dan 10,5 / 4,5 Gb / s I / O untuk baca / tulis berurutan. FlashSystem 900 juga berfungsi sebagai komponen dalam sistem yang lebih besar dari IBM, FlashSystem V9000 dan A9000 AFA yang sama. Oleh karena itu, pengenalan dengan FlashSystem 900 memungkinkan Anda untuk melihat perbedaan antara komponen dan sistem yang lebih besar yang dibuat dari komponen-komponen ini.

Evolusi array flash


Array Flash telah berevolusi selama bertahun-tahun, tetapi mereka mulai dengan penggunaan SSD konvensional dengan faktor bentuk 2,5 inci standar, yang terhubung ke sistem penyimpanan yang dirancang untuk drive HDD. Menggunakan SSD diizinkan untuk secara signifikan mempercepat sistem dibandingkan dengan HDD. Tapi ini tidak menyelesaikan masalah sepenuhnya, kemacetan hanya berjalan ke komponen lain dari array (pengontrol RAID atau antarmuka jaringan).

Pelopor array flash mulai mengembangkan perangkat SSD yang dioptimalkan dengan komponen internal yang lebih cepat dan saluran transfer data yang dioptimalkan, sementara kebutuhan pusat data hanya bertambah. Sebagian besar produsen AFA masih menggunakan 2,5 SSD. AFA terbaru berdasarkan 2.5 SSD memberikan pengguna dengan kinerja tinggi dan toleransi kesalahan, tetapi kemampuan SSD tersebut terbatas karena firmware pabrik.

Pabrikan lain, seperti IBM, XtremIO (EMC), dan Violin, telah membuat AFA sendiri menggunakan modul flash yang dirancang khusus. Produk-produk baru ini memberikan kemampuan untuk mengendalikan NAND itu sendiri, yang pada gilirannya memberi Anda kemampuan untuk mengontrol kepadatan data, kinerja, daya tahan dan ekonomi.

IBM FlashSystem 900


FlashSystem 900 adalah sasis 2U yang mengakomodasi 12 modul MicroLatency hot-swappable, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Selain itu, sistem ini memiliki dua baterai lithium-ion besar (kiri) yang menyediakan daya yang cukup untuk menyelesaikan proses perekaman jika terjadi kegagalan sumber daya utama. Baterai memberikan daya yang cukup untuk mematikan array dengan benar dan tanpa kehilangan data.



Setiap modul MicroLatency dapat berisi memori flash 1,2 TB, 2,9 TB, atau 5,7 TB. Pada gilirannya, sistem merekam data melalui satu modul. Modul-modul itu sendiri dikonfigurasi dalam RAID 5 untuk memastikan keamanan data maksimum jika terjadi kegagalan salah satu modul. IBM juga menggunakan jalur variabel RAID level flash sendiri untuk membuat skema kontrol paritas dua dimensi.



Setiap modul MicroLatency memiliki desain PCB ganda dengan Xilinx Kintex-7 FDA. Setiap papan sirkuit dapat menampung hingga empat FPGA, tetapi jumlah FPGA bervariasi tergantung pada kepadatan modul. Misalnya, modul 1,2 TB hanya akan menggunakan satu FPGA pada papan sirkuit tunggal. Menggunakan arsitektur multi-FPGA memungkinkan IBM untuk meningkatkan kinerja dan daya secara linear.



Melihat lebih dekat pada bagian belakang papan mengungkapkan dua koneksi PCIe 3.0 x2 di sisi kiri. Slot ini digunakan untuk terhubung ke host dan berkomunikasi menggunakan protokol serial yang dipatenkan oleh IBM. Protokol ini memberikan keuntungan serupa dari NVM Express: pengurangan beban prosesor, latensi, peningkatan kinerja. Protokol eksklusif menggunakan jalur data yang dipercepat perangkat keras dengan perutean ujung ke ujung untuk menghilangkan proses yang menyebabkan penundaan seperti gangguan.



Setiap FPGA memiliki DRAM sendiri untuk manajemen LBA, dan IBM juga menggunakan DRAM untuk melakukan cache data pengguna.
Sebagian besar SSD tidak melakukan cache data pengguna dalam DRAM, tetapi pendekatan untuk melindungi kehilangan daya tingkat sistem (melalui baterai) memberi IBM beberapa keuntungan. SSD individual yang digunakan dalam FlashSystem 900 tidak memerlukan kapasitor khusus yang menggunakan SSD 2,5 inci biasa. Ini memungkinkan perusahaan untuk mengemas lebih banyak memori flash ke dalam proyek. Lebih sedikit kapasitor juga mengurangi potensi titik kegagalan dan kompleksitas perangkat lunak.

Beberapa kapasitor masih berada di antara paket-paket memori flash, tetapi mereka digunakan untuk melawan penurunan tegangan ketika sistem menulis ke beberapa paket NAND pada saat yang bersamaan.



IBM telah menjalin kemitraan strategis dengan Micron untuk memanfaatkan FortisFlash NAND, yang dapat disesuaikan dan menyediakan kemampuan pemrograman sistem yang canggih. Hal ini memungkinkan IBM untuk mengubah pemrograman inti setiap unit secara dinamis sepanjang usia NAND-nya, berdasarkan usia dan kesehatan. Micron menunjukkan bahwa, dengan konfigurasi yang tepat, FortisFlash NAND MLC dapat menawarkan hingga 10.000 siklus penulisan ulang (lebih dari tiga kali peringkat standar 3000 siklus).

Ada banyak varietas ECC yang berbeda, seperti BCH dan LDPC, dan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Vendor AFA yang menggunakan SSD 2,5 inci terbatas pada ECC, mereka hanya dapat menggunakan drive SSD yang dipasang oleh pabrik. Namun desain khusus memberikan fleksibilitas untuk menggunakan algoritme ECC khusus.

IBM telah mengembangkan algoritma ECC-nya sendiri. Implementasi ini berfluktuasi antara BCH, yang merupakan metode intensif tetapi memiliki kemampuan koreksi kesalahan terbatas, dan LDPC, yang mungkin mengalami penguatan perekaman berlebihan selama proses koreksi kesalahan (sehingga mengurangi ketahanan aus). IBM percaya bahwa koreksi kesalahan "baca sekali" kustom mencakup yang terbaik dari kedua metode.

IBM juga menggunakan pemisahan panas, yang mendeteksi data panas dan dingin dan kemudian menggabungkannya untuk mengurangi keausan. Perusahaan secara dinamis melacak sisa jumlah kemungkinan overwrite dari setiap sel, sehingga data "dingin" yang jarang diubah disimpan dalam sel NAND yang lebih lama. Karena ketahanan aus dipertahankan. IBM mengklaim bahwa isolasi termal meningkatkan daya tahan hingga 49 persen, dan penambahan perataan selektif keausan (berdasarkan pada kesehatan NAND) meningkatkan daya tahan hingga 57 persen.



Setiap sasis 2U berisi dua catu daya redundan tepat di belakang panel depan baterai hot-swappable yang tersedia. Sistem ini memiliki empat kipas modular hot-swappable yang terletak di dua tabung blok besar (kiri). Masing-masing dari mereka memiliki sejumlah port I / O (Fibre Channel, rentang iSCSI dan FCoE) di bagian atas, yang terletak pada kartu antarmuka hot-swappable.



Setiap tabung berisi dua prosesor dari Intel Xeon E5v2 series, 64GB RAM dan pengontrol RAID (XBAR). Canister juga hot swappable untuk meminimalkan waktu henti jika terjadi kegagalan pada bagian sistem atau memori yang dihitung. Desainnya sendiri dioptimalkan untuk memberikan maksimum dua lompatan dan tidak pernah lagi dari port input / output data ke memori flash, yang menjamin kinerja yang stabil dan latensi baja.

Relevansi yang lebih luas.


IBM mengakuisisi Texas Memory Systems pada 2012 dan melakukan investasi tambahan $ 1 miliar dalam teknologi flash pada 2013. Ini memungkinkan perusahaan untuk mengembangkan masing-masing susunan flash yang memiliki kinerja dan keandalan yang lebih tinggi daripada susunan flash tipikal menggunakan 2,5 SSD. IBM mengklaim keluarga FlashSystem memberikan daya tahan 9,41 persen lebih tinggi daripada solusi yang bersaing dan memberikan garansi tujuh tahun. Spesialis IBM dapat meningkatkan kepadatan memori dalam modul MicroLatency mereka, yang memberikan perlindungan terhadap kehilangan daya di seluruh sistem. Mereka dapat melakukan ini menggunakan antarmuka serial mereka sendiri yang dikendalikan perangkat keras yang menghilangkan penundaan yang disebabkan perangkat lunak. Perusahaan mengembangkan arsitekturnya sendiri,untuk memberikan serangkaian manfaat, seperti ECC khusus dan algoritme NAND adaptif, yang memberikan manfaat besar bagi pengguna akhir dalam hal kepadatan, kinerja, dan biaya.

IBM bukan satu-satunya perusahaan dalam perlombaan flash drive. EMC baru-baru ini memperkenalkan seluruh jajaran perangkat flash, beberapa di antaranya menggunakan desain SSD khusus. Perusahaan ini sepenuhnya mengubah semua sistem penyimpanannya menjadi penggunaan memori flash. Pure Storage juga memiliki inisiatif FlashBlade yang menjanjikan, tetapi platform ini masih belum tersedia di pasaran saat ini. Memori Biola juga memiliki proyek individual, tetapi kinerjanya yang buruk dan prospek yang suram menghalangi banyak orang untuk menggunakan solusi ini.

IBM adalah salah satu vendor AFA teratas dalam hal kinerja, tetapi tidak berarti yang pertama dalam pendapatan. Perusahaan mengklaim bahwa pada hasil akhir dari proyek individu, mereka akan menawarkan kinerja flash lebih tinggi dengan biaya lebih rendah daripada pesaing.

Jelas bahwa masa depan yang didasarkan pada teknologi flash akan membawa proyek yang lebih terspesialisasi dan dioptimalkan. Mungkin - ini akan menyebabkan kematian banyak sistem (dan perusahaan) yang menggunakan SSD 2,5 inci yang dipasarkan.

Source: https://habr.com/ru/post/id395715/

More articles:


All Articles