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La société de stockage Phison Electronics est peut-être un fabricant moins connu pour certains, opérant souvent dans les coulisses, mais elle est devenue un rouage essentiel de son écosystème La société produit des contrôleurs qui entrent dans des millions de disques SSD et de périphériques dans le monde entier et, as such, a son mot à dire dans le façonnement de l’avenir du stockage.

Nous avons discuté avec Sébastien Jean, directeur principal de l’architecture des systèmes chez Phison, de l’avenir des disques SSD, de la mémoire de classe de stockage, de la MRAM, des disques SSD de grande capacité et plus

Les puces de mémoire PLC sont techniquement réalisables aujourd’hui sur des expériences en bancLe défi de les rendre commercialement viables consiste à s’assurer que leurs caractéristiques de performance sont utiles pour les applications de stockage Les fournisseurs de NAND doivent équilibrer plusieurs fonctionnalités inversement liées, especially: la vitesse de lecture, la vitesse d’écriture, le cycle de programmation / effacement, la rétention des données et le rendement de fabricationPour voir comment cela se joue, il suffit de regarder QLC

In theory, QLC devrait permettre une réduction des coûts de 33% en raison de la densité de bits plus élevée Malheureusement, les économies de coûts ne sont que d’environ 10% en raison des défis liés au rendement de l’usine Le cyclisme est un facteur secondaire affectant le prixAujourd’hui, le QLC le plus avancé peut fournir 1200 cyclesLe concurrent suivant le plus proche ne peut fournir que 600 cyclesEn tant que tel, le leader du marché a moins de pression pour réduire les prixDe manière réaliste, nous ne verrons probablement pas PLC NAND pendant encore cinq ans étant donné les difficultés que nous constatons aujourd’hui dans la maturation de QLC.

La plupart des contrôleurs ont un séquenceur NAND backend flexible, donc les changements d’adressage ou de format de commande ne sont pas susceptibles de causer des problèmesLes domaines qui ont tendance à se compliquer à mesure que la densité NAND augmente sont: la longueur de l’ECC, l’amorçage du brouilleur, le nombre de tampons actifs XOR et la récupération des erreurs.Les trois premiers sont relativement simples à traiter, mais ont également tendance à augmenter la taille de l’ASICLe dernier peut être difficile mais il est géré via le micrologiciel, ce qui permet de nombreuses itérations après que l’ASIC a été enregistré.Les fournisseurs NAND font un bon travail de partage de ces informations en temps opportun pour s’assurer que le stockage ASIC est prêt lorsque le NAND est prêtDe nouveaux contrôleurs de stockage sont nécessaires tous les un ou deux ans en raison des exigences croissantes de vitesse, de capacité ou de NANDEn tant que tels, les changements à venir pour PLC ne sont pas une préoccupation importanteNous devons juste planifier pour eux

Le plus grand défi pour PLC viendra lorsque nous essaierons de trouver un rôle pour cette NAND Il aura probablement des caractéristiques plus restrictives que QLC Le nombre de cycles sera plus bas, tandis que le temps de programme et d’effacement sera plus longInitialement, QLC ne convenait que pour les applications d’archivage, mais a depuis évolué vers le stockage à froid ou la lecture d’applications chaudes intensivesHeureusement, QLC s’améliore à chaque génération Étant donné que l’API amplifie la complexité de la gestion de QLC, il est probable que l’API suivra la même évolution que QLC, mais sur un chemin beaucoup plus lent.

Les SSD seront encore plus rapides avec PCIe Gen5 et plus tard Gen6Les vitesses NAND IO augmentent également Il y a deux ans, chaque bus ne pouvait supporter qu’un seul2 Go / sMaintenant, ils courent à 16 Go / s et l’année prochaine, ils fonctionneront à 24 Go / s Il y a un chemin clair vers 48 Go / s dans la spécification ONFI en supposant que l’écosystème ne passe pas d’un protocole parallèle à un protocole série Si NAND passe à un protocole PCR, il n’y a aucune raison pour laquelle il ne peut pas correspondre aux vitesses DDR ou PCIeLes performances du SSD évoluent facilement avec NAND

Le stockage basé sur la DDR existe depuis plus de 20 years, mais il n’a jamais fait son cheminIl s’agit principalement de coûts et de performances par rapport aux solutions alternatives existantes En ce qui concerne les performances, l’interface la plus rapide absolue vers les données pour le processeur est le bus DDR interne La solution ATTO place le stockage derrière une interface réseau et un protocole de stockage en bloc qui augmente considérablement la latence des commandes individuellesEnsuite, il y a la question du coûtDDR coûte actuellement environ 5 $ / Go alors que NAND coûte environ 0 $15 / GoAujourd’hui, la plupart des applications peuvent répondre à leurs besoins de stockage avec un pool de SSDSi un seul SSD de 8 To peut traiter une commande en 1 ms, so 24 SSD peuvent fournir un temps d’exécution moyen de 41 ns.En comparant le coût de chaque solution à 192 To, la solution basée sur SSD coûte 30 000 $, alors que la solution basée sur DDR dépasse 980 000 $ En regardant le problème sous l’autre angle, si nous fixons le budget à 30 000 $, la solution basée sur SSD fournit 192 TB of storage, mais la solution basée sur DDR ne fournit que 6 To. Finally, il y a le fait que le DDR est volatilAinsi, la solution de stockage DDR est soit un cache haute vitesse volatile limité qui est plus lent que la DRAM, soit une sauvegarde quelconque, ce qui augmente encore le coût de la solution.Il existe un marché pour le stockage DDR très rapide qui tient dans un petit facteur de forme, mais il est petit Si demain le stockage basé sur la DDR devenait soudainement dominant, Phison dispose déjà de la technologie interne pour produire ce type de disque

Phison développe actuellement des solutions qui dépassent 64 ToOn voit une divergence dans les rôles joués par SSD et HDD À mesure que le coût du SSD diminue, le stockage basé sur Flash prendra de plus en plus le niveau de stockage à chaud Le disque dur passera progressivement aux niveaux Nearline et ColdLa vitesse croissante des PCIe Gen4, Gen5 et Gen6 permet au SSD d’assumer un nouveau rôle que le disque dur ne peut pas toucherLe SSD augmente maintenant le cache LLC (L4) trouvé dans le processeur aujourd’huiNous constatons déjà cette évolution dans le jeu moderne où le SSD est activement utilisé comme cache de texture juste à tempsDans ce rôle, le SSD augmente la DRAM à un coût par Go inférieurLes textures sont récupérées et supprimées par les niveaux de niveau supérieur selon les besoins Cela permet une amélioration considérable des graphiques sans augmenter le coût DDR du système

Les applications d’entreprise et HPC demandent actuellement 16 at 32 To, avec un besoin prévu de 256 To de SSD dans les 2-3 prochaines années Bien que la prochaine génération de disques durs devrait atteindre 80-100 To, le SSD peut déjà battre cette densité en utilisant 1 To TLCLa densité NAND devrait atteindre 2 Tb par die dans les prochaines années et il y a un chemin clair vers 4 TbLes supports magnétiques ne seront probablement pas en mesure de suivre le rythme, étant donné le temps que l’ensemble actuel de technologies d’amélioration de la densité a mis à se développer.

In many ways, ces deux changements sont déjà intervenus côté clientL’interface SATA a persisté car les configurations de valeur axées sur le disque dur et le disque dur n’étaient disponibles qu’avec une interface SATA Bien qu’aucune raison technique n’empêche un 600 Mo / s d’adopter une interface PCIe Gen3 x2Le prix du SSD a baissé au point où en 2019, more than 75% des ordinateurs portables étaient équipés de SSD en 2019/2020Les avantages en termes de réduction de poids, d’amélioration de la durée de vie de la batterie et de problèmes de garantie mécanique l’emportent sur toute économie basée sur la différence de prix de l’interfaceLe pneu de valeur restera probablement sur PCIe Gen3x4 pendant encore quelques années, mais les niveaux grand public et premium font une large adoption de Gen4x4

L’espace entreprise a maintenant plus de ventes de SSD PCIe que SATA, mais à ce stade, SATA devrait rester encore 4-8 ansL’entreprise a un cycle de rafraîchissement typique de 4 ans et il existe déjà une très grande base d’installation pour SATALes organisations qui avaient besoin d’une vitesse plus rapide sont déjà passées à Gen3 NVMeAu fil du temps, les équipements basés sur SATA et SCSI deviendront moins courantsOn s’attend à ce que la base d’installation d’Enterprise Gen3 commence une migration importante vers Gen4 cette année, mais la migration sera progressiveNous prévoyons encore 4 ans de ventes solides de Gen3 dans cet espace C’est pourquoi nous avons rafraîchi notre populaire contrôleur E12 avec le nouveau contrôleur FX qui a le plus faible IOPS / Watt du marché.

Les disques SSD étaient faciles à intégrer dans le stockage des PC et des centres de données car ils sont 100% compatibles avec l’infrastructure existanteCela s’applique au châssis du serveur, aux boîtiers PC, aux ordinateurs portables, au BIOS, au système d’exploitation et aux applications Les déploiements initiaux n’ont pas pu tirer pleinement parti des caractéristiques du SSD, mais les utilisateurs ont constaté un avantage immédiat lors du basculement en raison d’une puissance plus faible, d’une vitesse séquentielle plus rapide et d’une plus grande robustesse.

On the other hand, SCM est généralement implémenté sur le bus DDR en tant que NVDIMMLes applications existantes ne peuvent pas tirer parti de l’aspect non volatile sans changements significatifs, car elles sont conçues pour traiter le DDR comme volatileEn fait, SCM a tendance à être un peu plus lent que DDRCela éloigne SCM de la voie d’adoption facilePlacer le SCM derrière une interface NVMe résout ce problème, mais le SSD actuel peut déjà saturer le bus PCIeLe seul avantage de l’utilisation de SCM comme stockage est qu’il a une latence de commande individuelle plus faible Il s’avère que très peu d’applications ont besoin de cette capacité particulièreEn tant que tel, vous vous retrouvez avec un SSD qui est nettement plus cher et qui n’offre aucun avantage réel pour la plupart des applications Nous pensons que SCM a sa place dans le SSD, mais ce n’est pas comme stockage principal

Phison agit comme un service d’ingénierie à la demande pour nos partenaires Chaque entreprise a une idée différente des aspects à prioriser sur son SSDNous configurons notre produit en fonction de leurs exigencesCertains clients se concentrent sur le prix, d’autres veulent une faible puissance et d’autres recherchent toujours le haut de gamme des performances.C’est gagnant-gagnant pour les deux parties, car Phison peut se concentrer sur l’ingénierie, tandis que nos clients peuvent se concentrer sur la vente des disques.Cette division du travail réduit le risque commercial de Phison en répartissant les coûts de développement entre de nombreuses organisations de vente Nos partenaires réduisent leur risque global en ne payant que pour le service d’ingénierie qu’ils utilisent sans avoir les frais opérationnels continus liés au maintien de grandes équipes d’ingénieurs.S’ils proposent un produit qui ne se vend pas, ils peuvent s’adapter rapidement en commandant une configuration différente

L’installation physique du SSD dans un boîtier est assez simple A 3La baie de 5 pouces peut être conçue comme un mini châssis de stockage pouvant contenir de 8 at 16 M2 SSD, bien que les exigences en matière d’alimentation et de refroidissement soient difficiles La plupart des solutions existantes se terminent à 4 emplacements Le courant MLa densité maximale de 2 is of 8 To, donc cette solution à 4 emplacements peut atteindre 32 To de stockage brut, bien qu’il soit plus sûr d’implémenter un RAID 5 qui réduit le stockage adressable à 24 To La seule vraie complication avec un 8x M2 baies en trouve une

Phison propose déjà un cryptage à la volée sur nos produits SSD Opal et FIPS 140-2Comme mentionné ci-dessus, cela fonctionne car c’est une capacité qui peut fonctionner sur des données qui vont déjà au SSDLa compression est facile à intégrer sur le SSD et s’aligne sur le concept du modèle de streaming, mais elle offre un avantage limité étant donné que la plupart des données en vrac (photos, vidéo ou musique) sont déjà entièrement compressées.Il existe de grands ensembles de données qui peuvent bénéficier de la compression, mais le cas d’utilisation est relativement rare, il a donc tendance à être délégué pour dédier des appliances de serveur

2) Les disques SSD sont déjà entièrement des tâches dans les environnements de centre de données, donc tout travail consacré à la recherche est supprimé pour les E / S de l’hôte

Le seul réel avantage à faire effectuer la recherche par le SSD est une légère réduction du temps de transfert du bus PCIe et une réduction de la charge sur le processeur hôteInversement, le coût du SSD doit augmenter en raison des exigences de calcul plus élevées et de la DRAM supplémentaireSa puissance active doit aussi nécessairement augmenterLe problème de déduplication est mieux implémenté en utilisant des ressources système de rechange, en particulier pendant la nuit lorsque les gens dorment, au lieu d’ajouter 10 at 20% de SSD

Un type de dispositifs hybrides de calcul existe aujourd’hui et il connaît un grand succès: Smart NICIls combinent un NIC haute vitesse (typ 10 Go / s) avec un processeur puissant ou FPGABien que cette combinaison fonctionne pour la carte réseau, elle ne fonctionne pas aussi bien pour le stockageLa raison est assez simpleLa partie intelligente de la carte réseau traite les données qui transitent déjà par la carte réseau vers l’hôteLa carte réseau intelligente fonctionne bien lorsqu’elle peut traiter des données au fur et à mesure de son flux ou lorsque la carte réseau intelligente est capable de répondre à une demande en accédant directement aux ressources dans le châssis

La proposition de valeur typique pour le stockage informatique est présentée comme suit: le SSD est plus proche des données, il libère la bande passante du bus et il décharge le processeur hôteÀ première vue, le stockage de calcul semble être une vente facile, mais cela n’a pas été le cas

First, le SSD utilise déjà 100% de ses ressources et de son budget d’énergie pour assurer sa fonction principale Dans de nombreux cas, les disques SSD d’entreprise haute densité doivent limiter les performances pour éviter de dépasser leur budget d’alimentation ou de refroidissementDeuxièmement, le SSD utilise généralement de petits cœurs de processeur qui sont loin de ce que le processeur hôte ou un GPU peut faireTroisièmement, cette expérience a déjà été essayée avant que le stockage de calcul ne devienne un mot à la modeUne entreprise a tenté de combiner un GPU et un SSD, mais la solution a fini par dégrader les deux technologiesPour répondre aux exigences du GPU, le SSD devait fonctionner très vite et ajouter une charge thermique importante au GPU Le GPU est beaucoup plus chaud qu’un SSD et a créé une contrainte de rétention substantielle sur le NANDEnfin, un SSD est un consommable qui a une bande passante d’écriture finie, alors qu’un GPU peut fonctionner indéfiniment jusqu’à ce qu’il devienne obsolète

En adoptant une approche différente, nous pourrions ajouter un processeur plus puissant directement sur le SSDEnsuite, nous rencontrons le problème de la RAMAujourd’hui, la plupart des SSD d’entreprise conservent un rapport NAND / DDR de 1000: 1 Le SSD n’a besoin que de tirer quelques octets pour chaque traduction 4K LBA, de sorte que la bande passante DDR est relativement faibleCela signifie que le SSD peut utiliser une DRAM de qualité plus lente, ce qui réduit le coût total du moduleL’ajout d’un processeur invité plus grand au SSD avec plus de DDR pour les applications réduit la puissance disponible pour le rôle principal du SSD consistant à fournir des E / S à l’hôte principalCela augmente également le coût du SSD, mais ne fournit pas de gain proportionnel en puissance de calcul

Ensuite, il y a le problème de la façon dont le stockage est déployé aujourd’hui qui doit être résoluLes données sont généralement agrégées dans des ensembles RAID multi-unités et donc aucun SSD ne verra jamais l’ensemble de données complet Nous pourrions changer la façon dont le stockage est utilisé, en nous assurant que chaque SSD voit toujours les éléments de données complets et utilise la réplication complète pour assurer la redondanceIl est peu probable que cela se produise car ce modèle ne partage pas la bande passante de stockage si un SSD contient plus de données actuellement nécessaires. Les bandes RAID résolvent ce problème en échelonnant les accès afin que chaque client suivant démarre peu de temps après le client actuelNous pourrions étendre le modèle où chaque SSD a une copie complète d’un ensemble de données en implémentant la réplication sur plusieurs unités, mais nous devons ensuite ajouter un mécanisme de recherche et de partage de charge.La duplication a également une empreinte de stockage beaucoup plus élevée que le simple RAID5 ou RAID6En termes simples, la façon dont nous utilisons le stockage aujourd’hui est rentable, facile à déployer et fonctionne bien pour la plupart des scénarios.Changer complètement l’infrastructure de stockage pour ce qui équivaut à l’ajout de quelques CPU du serveur est difficile à justifier

Malgré les inconvénients du stockage de calcul à usage général, il y a des cas spécifiques, cela a du sensCela se produit lorsque le cas d’utilisation du stockage reflète le cas gagnant pour Smart NIC C’est-à-dire que le SSD ne doit traiter les données qu’une seule fois au fur et à mesure qu’il se déplace dans l’appareil Nous pouvons associer le chiffrement et la compression au stockage informatique, mais c’est un peu exagéré Il est plus précis de définir ces deux cas d’utilisation comme un traitement de données en ligne ou en continu à l’aide d’un algorithme très simple.

Phison et l’un de nos clients ont développé un produit dans lequel nous avons trouvé une application de stockage informatique bien adaptée au SSD Il ne nécessite pas une grande quantité de mémoire ou de puissance CPU et n’interfère pas avec l’objectif principal du SSD qui est le stockage IONous développons un produit de sécurité qui utilise l’apprentissage automatique pour rechercher les signes d’attaque des données.Il peut identifier les ransomwares et autres activités non autorisées sans impact mesurable sur les performances du SSD

Les ASIC d’entreprise ont un cycle de développement plus long que les ASIC clients Le contrôleur d’entreprise haut de gamme de nouvelle génération de Phison est maintenant au stade de l’échantillon d’ingénierie et attend le rôle du produit à 2H’2021 Une fois que la solution grand public sera en production de masse, nous commencerons à activer la MRAMNous prévoyons d’annoncer la solution basée sur la MRAM au deuxième ou troisième trimestre 2022

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SSD disk

News – US – The future of storage according to Phison
Associated title :
The future of storage according to Phison
Crucial BX500 SATA SSD review

Source: https://www.techradar.com/news/a-conversation-with-phison-mram-in-2022-plc-scm-ramdisk-and-why-computational-storage-is-not-so-promising

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