Модельный ряд WD Blue пополнился устройствами 250GB, 500GB, 1TB, 2TB, построенными на основе технологии под фирменным названием Western Digital 3D NAND. Надежность и оптимизация энергопотребления стали главными трендами обновленной линейки. Все накопители используют интерфейс SATA. Обновление не коснулось топовой серии WD Black, состоящей исключительно из NVMe устройств.
Представлены модели в конструктивном исполнении 2.5" и M.2. Напомним, что в последнем из них могут выпускаться накопители SATA и NVMe, да и не только. Практически все современные высокопроизводительные интерфейсы основаны на принципе последовательной передачи информации с использованием дифференциальных сигналов, что унифицирует проектирование печатных плат и минимизирует расходы, связанные с модернизацией.
Интригой стал 3D-фактор, ставший частью бренд-нейма. Вольно или невольно, потребитель за вывеской 3D NAND будет видеть фирменную технологию Intel/Micron, известную как 3D XPoint. Что ждет будущих владельцев SSD-накопителей серии WD Blue: восторг или разочарование?
Почему снова SATA?
Производительность WD Blue 3D NAND SATA SSD, прямо скажем, не станет особым сюрпризом, что не удивительно для устройств с традиционным SATA-интерфейсом, несколько нивелирующим преимущества 3D NAND. Вместе с тем, поддержка существующей инфраструктуры, в частности огромного парка платформ, оборудованных портами SATA, вызвавшая к жизни такое решение, является неотъемлемой частью уважения к интересам потребителя и эффективного пошагового продвижения передовых решений.
Но если новая технология хранения данных сейчас находится в состоянии обкатки, одной из важнейших задач становится обеспечение надежности хранения пользовательских данных. А потому акцент делается на обнаружение и исправление ошибок с помощью избыточных кодов, на мониторинге состояния накопительной матрицы и отладке алгоритмов, минимизирующих появление внезапных невосстановимых дефектов (например, заблаговременный ремаппинг сбойных секторов). В обеспечение указанной функциональности аналого-цифровые сигнальные процессоры, обслуживающие операции с многоуровневыми ячейками NAND, неизбежно вносят дополнительные задержки в тракт передачи информации.
Обеспечить надежность, не жертвуя производительностью – вот задача, решение которой является необходимым условием успешного дизайна следующего поколения 3D NAND устройств с высокопроизводительным NVMe-интерфейсом.
О компромиссах
Производительность накопителей напрямую зависит от алгоритмов кэширования на стороне операционной системы и в автономном контроллере внешнего устройства. В первом случае практически невозможно учесть особенности архитектуры запоминающих ячеек в силу того, что ОС работает через драйверы устройств с программными абстракциями. Во втором случае вполне реально добиться компромисса между производительностью и стоимостью SSD-диска. Технология Pseudo-SLC Caching, упоминаемая в ряде обзоров новых устройств, является одним из примеров реализации. Ее новизна состоит не в манипуляциях с данными, выдаваемыми в интерфейс, а в совмещении сильных и слабых сторон различных видов энергонезависимой памяти.
Напомним, одноуровневые ячейки SLC, соответствуя канонам цифровой техники, могут находиться в одном из двух устойчивых состояний и следовательно хранят один бит информации. Многоуровневые ячейки MLC и TLC, реализуя дискретно-аналоговую модель хранения и передачи информации, обеспечивают более двух устойчивых состояний. Например, четыре состояния для MLC (00b, 01b, 10b, 11b) позволяют сохранять два бита, восемь состояний TLC соответствуют трем битам.
Преимущества многоуровневых ячеек: повышение информационной плотности и снижение удельной стоимости хранения. Однако применение методов дискретно-аналогового дифференцирования сигнальных уровней негативно отражается на производительности и стабильности запоминающей матрицы, предъявляет особые требования к устойчивости физических характеристик среды хранения информации и алгоритмам работы сигнальных процессоров.
Идея Pseudo-SLC Caching состоит в том, чтобы в рамках недорогой и емкой матрицы многоуровневых ячеек динамически выделять производительный блок на основе одноуровневых ячеек, размещая в нем данные, интенсивно используемые системой.
Заметим, что превращение многоуровневой ячейки, имеющей более двух состояний в одноуровневую ячейку с двумя состояниями, обеспечивается использованием минимального и максимального уровней с игнорированием промежуточных значений. Таким образом, дискретно-аналоговое устройство оперативно трансформируется в классическую цифровую двоичную логику.
Немаловажным дополнением и конкурентным преимуществом новейших микросхем энергонезависимой памяти является технология On Chip Copy, позволяющая перемещать данные между SLC и MLC блоками внутри кристалла без загрузки локальной шины, транзитного DRAM-буфера и ресурсов управляющего процессора SSD-накопителя. Необходимая аппаратная поддержка перемещения данных реализована в самих чипах памяти, на управляющий контроллер возлагаются исключительно диспетчерские функции.
Для накопителя на основе недорогой TLC-памяти такое гибридное решение является важным фактором обеспечения приемлемого уровня производительности и надежности. А разработчикам бенчмарок в очередной раз нужно быть готовыми к возможным нелинейным эффектам, обусловленным соотношением размеров записываемого блока и SLC-cache.