Память битом не испортишь

В связи с бурным развитием технологий связи 5G, Интернета вещей (IoT), искусственного интеллекта (AI) и периферийных вычислений рынок промышленных устройств находится на небывалом подъёме. Но названные технологии требуют всё больше места для хранения данных. При этом ни один производитель не хочет жертвовать высокой надёжностью, производительностью или широким температурным диапазоном. Новое поколение решений промышленного класса для хранения данных компании Apacer базируется на технологии 3D NAND Flash, обеспечи­вающей бо́льшую ёмкость и производительность.
Сама по себе технология 3D NAND уже не является новинкой, поскольку присутствует и продолжает лидировать на рынке флэш-памяти с 2016 года. Однако продукция компании Apacer выделяется среди аналогичных решений тем, что серийные устройства NAND Flash по-настоящему надёжны. После многолетнего сотрудничества с Toshiba и тщательного тестирования инженерами по исследованиям и разработкам компания Apacer официально представила свою серию высокотемпературных 3D NAND Flash промышленного класса.
В продуктах NAND Flash от Apacer используются интегральные схемы Toshiba в конфигурациях 2D SLC (одноуровневая архитектура), 2D MLC (многоуровневая архитектура), а благодаря тесному сотрудничеству Apacer с Toshiba в четвёртом квартале 2018 года была официально запущена новая серия твердотельных накопителей на базе 64-слойной технологии NAND Flash 3D TLC (трёхуровневая архитектура, частный случай многоуровневой).
Инженеры Apacer сравнивают переход от 2D SLC или MLC к 3D TLC с переходом в строительстве от одноэтажных домов к небоскрёбам. Вертикальная конструкция технологии 3D NAND нейтрализует взаимное влияние соседних ячеек памяти, вызванное малыми расстояниями между ними, обусловленными технологией 2D NAND. Это обеспечивает превосходные удельную ёмкость и надёжность, а также снижает энергопотребление (рис. 1).

Тем не менее, 3D NAND в общем случае имеет и недостатки по сравнению с 2D NAND, такие как худшая надёжность, меньшее число циклов перезаписи (P/E – Program/Erase) и более скромные диапазоны рабочих температур.
В борьбе за лучшие показатели Apacer продолжает использовать только микросхемы Toshiba, обеспечивающие впечатляющее общее количество циклов P/E (3000) и поддерживающие работу в диапазоне температур –40…+85°C. Кроме того, компания Apacer разработала различные варианты встроенного программного обеспечения и технологий, которые, как ожидается, продлят срок службы решений 3D NAND.

О пользе избыточности

В своих последних решениях 3D NAND SSD с целью обеспечения лучшей долговечности и производительности случайного чтения/записи Apacer иcпользует технологию избыточного выделения ресурсов (OP – Over-provisioning). При сравнении поддерживающих технологию OP устройств с теми, которые её не поддерживают, полезными контрольными показателями являются индикатор эффективности записи (WAI), количество операций чтения/записи в секунду (IOPS) и эффективность операции «сборки мусора» (GC).
С точки зрения индикатора WAI, использование OP в изделии ёмкостью 128 Гбайт может снизить WAI с 1,68 до 1,47, а WAI для продуктов 256 Гбайт на базе OP снизится ещё больше – на 25%. Что касается определения IOPS, SSD сначала записывается до полного заполнения в течение примерно 500 минут, а затем начинается период жёсткого тестирования. SSD с OP в этих условиях может достигать средней скорости IOPS 3700, в то время как для изделий без OP она будет ближе к 2000. Тест GC также показал, что SSD с OP имеет эффективность фоновой обработки примерно на 65% лучше, чем SSD без ОР (рис. 2).

О коррекции ошибок

Инженеры Apacer позаботились и о совершенствовании механизма исправления ошибок (ECC – Error Correction Code). Этот механизм помогает гарантировать, что в процессе чтения/записи в NAND Flash не образуются некорректные данные, что делает их хранение более надёжным. По сравнению с 2D SLC и MLC, использующими механизмы BCH ECC (разновидность кода ECC) для исправления до 72 битов на
1 кбайт, реализация механизма ECC 3D TLC Apacer с кодом контроля чётности с низкой плотностью (LDPC) может обеспечить возможность исправления более 120 ошибочных битов.
В дополнение к бо́льшим возможностям исправления ошибок LDPC ECC Apacer функционирует на трёх различных уровнях и надёжно предотвращает дальнейшее появление ошибок данных. Механизм ECC LDPC состоит из аппаратной и программной частей. В случае сбоя обоих этих уровней защиты данные по-прежнему будут защищены технологией DataRAIDTM, автоматически генерирующей файл чётности, сохраняемый вместе с данными. Он может использоваться для контроля и восстановления данных, которые невозможно исправить аппаратным или программным кодированием (рис. 3).

Двухэтапная оптимизация

С целью продления эффективного срока службы твердотельных накопителей 3D NAND компания Apacer разработала собственное двухкомпонентное решение. Первая его часть – это программно-аппаратный комплекс Core­Analyzer2, а вторая – программное обеспечение для интеллектуального мониторинга SSDWidget2.0. Совместно эти технологии позволяют клиентам выбрать подходящий для их нужд твердотельный накопитель и полностью контролировать его работу.
По некоторым оценкам, в настоящее время в мире насчитывается более 3 млрд смартфонов, 2 млрд ПК и около 8,4 млрд устройств IoT. Каждое из них имеет свои собственные твердотельные накопители и встроенное программное обеспечение, и нет универсального решения, которое бы удовлетворило потребности всего многообразия приложений.
Тем не менее, пользуясь всеми преимуществами CoreAnalyzer2 от Apacer, клиенты могут легко подобрать наиболее подходящий для их нужд SSD. При необходимости CoreAnalyzer2 может также помочь в выборе индивидуальной прошивки SSD. CoreAnalyzer2 собирает данные об использовании и работе SSD, сохраняя при этом конфиденциальность клиентов, никогда не анализируя, какие данные записываются, а просто фиксируя время и условия, при которых они были записаны. Профессиональная техническая команда Apacer использует собранные данные для проведения анализа использования и делает на основе полученного отчёта оптимальные предложения клиентам.
После подбора и установки твердотельного накопителя клиенты могут отслеживать его функционирование в рабочих условиях, используя вторую часть «бинарного» решения – SSDWidget2.0. Это программное обеспечение, установленное на компьютер заказчика, позволяет инженерам отслеживать состояние твердотельных накопителей в режиме реального времени. Таким образом, они могут предвидеть окончание срока службы накопителей и, заблаговременно готовя им замену, обеспечивать целостность информации. Это повышает надёжность данных и во многих случаях сокращает затраты на персонал и обслуживание (рис. 4).

История успеха

Для выбора подходящего SSD в составе интеллектуальной информационной системы парковки, созданной сингапурским клиентом Apacer, использовалось ПО CoreAnalyzer2. С его помощью осуществлялся круглосуточный мониторинг данных в режиме реального времени с целью их анализа и повышения надёжности хранения. Проанализировав условия работы и выявленные проблемы, клиент выбрал продукты Apacer с защитой от сульфурации, широкими диапазонами рабочих температур и функцией TCG Opal 2.0 (встроенное аппаратное шифрование диска). После этого клиент продолжал следить за функционированием своих устройств посредством установленного в смартфоны решения SSDWidget2.0. Результатом проделанной работы стала успешно функционирующая система управления (рис. 5).


Аналогичное решение также позволило достичь значительных результатов на морской платформе в США. В тяжёлых условиях удалённой работы морские разведочные платформы обязаны функционировать бесперебойно, а их оборудование должно хранить большие объёмы данных. Но к большинству морских скважинных платформ можно добраться лишь на корабле или вертолёте, что делает выездные работы инженеров чрезвычайно дорогими. Дистанционно отслеживая состояние работоспособности SSD через SSDWidget2.0, можно предвидеть проблемы и избежать возможных сбоев в работе дисков.

Заключение

Технологии и решения промышленного класса Apacer 3D NAND незаменимы для приложений, нуждающихся в надёжном хранении данных. Будь то IoT, сетевая инфраструктура, транспорт, оборона, здравоохранение или даже компьютерные игры, твердотельный накопитель Apacer обеспечит наилучший баланс надёжности, эффективности и низкого энергопотребления. Возможности здесь практически безграничны. ●

Статья подготовлена по материалам компании Apacer

Авторизованный перевод Юрия Широкова
E-mail: textoed@gmail.com