IBM在FMS 2020上展示QLC MRAM計算存儲以擊敗TLC
IBM之前曾經推出了FlashCore模組和他們定制的U.2 NVMe SSD,用於旗下FlashSystem企業存儲設備。今年初,IBM發布了FlashCore2代模組(FCM 2),本週IBM在閃存峰會主題演講中詳細介紹了這款產品。與前代產品一樣,FCM 2也是一款非常高端的企業級固態硬盤,有著獨特的設計特點。
之前IBM在FlashCore模組當中,沒有使用任何超級電容來進行斷電保護,主機系統也不包括電池備份。相反,IBM在其中使用Everspin的磁阻RAM(MRAM),以提供固有的非易失性寫緩存。FCM 2繼續使用MRAM,從之前的Everspin 256Mbit ST-DDR3升級到1Gbit ST-DDR4內存。
更高密度的MRAM使得在硬盤上包含有用數據量變得更加容易,但是完全取代SSD上的DRAM仍然太昂貴,管理FCM2的多TB容量需要幾GB的RAM。IBM使用MRAM作為寫緩衝器而不是具有斷電保護功能的DRAM的主要動機是超級電容器或電池的使用壽命往往只有幾年,而當系統發生故障時,情況會變得無法挽回。IBM認為MRAM長期可靠性更強,值得用三種存儲器來構建一個驅動器的成本和復雜性。
FCM 1使用了美光64層3D TLC NAND,這在當時是高端企業固態硬盤相當標準的選擇。而FCM 2則大膽地改用了美光的96L 3D QLC NAND。更高的密度和更低的每比特成本,讓IBM有可能將硬盤最大容量翻倍,達到38.4TB,但使用固有的慢速閃存,同時保持性能是一個很高的要求。從根本上說,新NAND的程序(寫)延遲約為3倍,讀延遲為2-3倍。寫入耐久性和數據保留率也較低。但FCM 2的額定功率仍為2 DWPD,IBM宣稱,由於結合了幾種技巧,FCM 2性能有所提高。
FCM 1使用了一個在大規模FPGA上實現的定制SSD控制器架構。20通道的NAND接口解釋了為什麼與採用8或16通道控制器的普通SSD相比,硬盤容量略顯奇特,同時在典型數據集上提供了2.3倍左右的壓縮比,這對緩解QLC的耐久性問題有很大幫助。
FCM 2還可以將部分QLC NAND用作SLC。這並不像幾乎所有消費類SSD上的SLC寫緩存那樣簡單。相反,FCM 2會跟踪IO模式,以預測哪些數據塊會被頻繁訪問(即所謂的熱數據),並嘗試將這些數據存儲在SLC上,而不是QLC上,同時將”冷”數據直接發送到QLC。
企業級SSD通常會避免使用SLC緩存,因為它很難在持續工作負載期間確保良好的QoSIBM似乎有信心,他們的智能數據放置啟發式方法可以避免任何嚴重的QoS問題,FCM 2驅動器還可以利用主機軟件提供的數據壽命提示。使用FCM 2驅動器,IBB的FlashSystem存儲設備可以讓2U/24驅動器系統的速度達到40GB/s,並且因為內建壓縮功能,可用容量高達757TB或有效容量約為1.73PB。