Na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, foi desenvolvida a tecnologia FlatFlash que dobra o desempenho de aplicativos com uso intenso de memória.
Foto - Michael Bobella - CC BY-SAPor que você precisa de uma nova arquitetura
Os SSDs têm altas velocidades de leitura / gravação. Por esse motivo, eles são usados como uma extensão para RAM na computação de alto desempenho. Para interagir com a memória "combinada", SSDs e DIMMs usam um método de gerenciamento chamado
memória virtual . Implica o movimento automático de partes do programa entre a RAM e a unidade usando a
troca de página . No entanto, essa abordagem tem várias desvantagens.
A primeira desvantagem é que você precisa copiar dados "extras" quando uma interrupção de página é acionada e uma nova página é carregada do disco (mesmo que você precise de algumas informações na página, elas ainda são copiadas como um todo).
O segundo - se o aplicativo funcionar com um conjunto de dados que exceda a quantidade de RAM, ocorrerá o chamado "deslizamento de página". O sistema está em constante estado de
troca , geralmente trocando dados na memória e dados no disco, em detrimento do aplicativo.
Para enfrentar esses desafios, uma equipe de engenheiros da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (UUIC) e a IBM Research propuseram uma nova arquitetura de memória. Implica a possibilidade de acesso byte por bit ao SSD. Em teoria, essa abordagem reduzirá o custo da troca de dados. O desenvolvimento é chamado FlatFlash.
Como isso funciona?
Para configurar o sistema, os engenheiros usam o padrão PCIe, em particular, seu conjunto de registros de índice (Registros de Endereço Base, BAR). Com a ajuda deles, o FlatFlash transfere os dados da tabela de alocação de memória para o host, para que o BIOS e o sistema operacional concluam a marcação necessária.
Após a marcação, SSD e DRAM são combinados em um espaço de endereço plano. Essa abordagem deu ao processador a capacidade de enviar solicitações diretamente (carregar / gravar) para a unidade de estado sólido usando o mecanismo PCIe MMIO. A ponte host é responsável pelo processamento e redirecionamento de chamadas para essas seções de memória.
Quanto ao mapeamento de dados para os espaços de endereço correspondentes, essa tarefa é implementada diretamente pelo SSD. Os desenvolvedores usaram a DRAM instalada no controlador SSD como um cache. Ele armazena a página que você precisa acessar byte a byte. Os pedidos de byte são implementados usando um dos registros BAR.
Pareceres
Os especialistas da UUIC testaram o desempenho da nova abordagem usando o emulador de SSD do Linux. De acordo com os dados (
PDF, p. 10), o FlatFlash pode aumentar o desempenho do aplicativo com consumo intensivo de memória em 2,3 vezes. A arquitetura melhora a relação custo / desempenho em 3,8 vezes, em comparação com os sistemas DRAM "limpos".
Alguns moradores do Hacker News
falaram positivamente sobre a tecnologia. Um dos usuários do site observou que a nova arquitetura permitirá que o sistema operacional abstraia do trabalho com memória. Os dispositivos PCIe responderão às solicitações de leitura e gravação. Outra vantagem é que o canal entre o SSD e o host é "descarregado", pois não há necessidade de enviar a página inteira para a memória. A UUIC diz que prolonga a vida útil das unidades de estado sólido.
Foto - Gamaliel Espinoza Macedo - CC BY / Foto cortadaOutro morador da HN, no entanto, está interessado em saber como o FlatFlash resolve o problema de corrida e bloqueio de memória, pois esse problema não é abordado no trabalho de engenheiros da Universidade de Illinois, e tecnologias semelhantes podem enfrentar problemas nessa área.
Perspectivas
O setor de TI desenvolve e implementa tecnologias a partir das quais o novo desenvolvimento de especialistas da UUIC poderá obter benefícios adicionais. O primeiro é o PCIe 5.0, cuja especificação foi
aprovada pelo consórcio PCI-SIG em maio deste ano. O barramento tem uma velocidade de transmissão de 32 GT / se mecanismos de controle de integridade de sinal.
A segunda tecnologia é a memória Optane baseada na tecnologia 3DXpoint, desenvolvida pela Intel e Micron. Ele possui uma velocidade de leitura / gravação mais alta que o flash. Um dos mais recentes produtos da Intel
possui uma velocidade de leitura seqüencial de 2500 MB / s. Para gravação, esse valor é de 2000 MB / s.
Conclusões
As empresas estão implementando cada vez mais unidades de estado sólido em seus data centers. O Registro observa que o fornecimento total de SSDs
aumentará para 313 milhões em 2021 (com 157 milhões de unidades em 2016). Podemos esperar o surgimento de novas tecnologias semelhantes ao FlatFlash.
Esses sistemas já existem - dois anos atrás, um grupo de engenheiros da Universidade da Califórnia
introduziu a tecnologia PebbleSSD. Também possibilita acessar a unidade byte a byte usando metadados com endereçamento de bytes. No futuro, essas soluções aparecerão com mais e mais frequência.
A ITGLOBAL.COM é uma provedora de nuvens privadas e híbridas, além de outros serviços destinados ao desenvolvimento da infraestrutura de TI de nossos clientes. Sobre o que escrevemos em um blog corporativo: