Новости про NAND и исследования и наука

Эта память кажется идеальным решением, ведь она является энергонезависимой и низковольтной. Опубликованный отчёт по исследованию гласит, что энергопотребление при записи и удалении в новой памяти в 100 раз ниже, чем у DRAM. Более того, хранилище обладает поразительной надёжностью и способно хранить данные дольше, чем существует вселенная.

Применение данной памяти позволит создать компьютеры, не требующие загрузки, и способные мгновенно переходить из режима сна в режим обычной работы.

Профессор физики Манус Хейн из университета Ланкастера заявил: «Универсальная память, которая просто хранит данные, которые легко изменить, по широко распространённому мнению была труднодостижимой, или даже невозможной, однако это устройство демонстрирует требуемые свойства».

Нет сомнений, что профессор провёл потрясающую работу, но пока о практическом применении памяти нового типа речи не идёт. Кроме того, в исследовании ничего не сказано о производительности такой памяти.

Учёные из Университета Торонто совместно с Google провели исследование, в котором оценили надёжность работы твердотельных накопителей за последние 6 лет. Они установили, что SLC и MLC накопители служат практически равномерно. Исследование показало, что несмотря на заметно меньшую надёжность записи MLC, они вполне могут соперничать с SLC. Наибольшее количество отказов SSD было вызвано их старением, а не числом циклов перезаписи. Это в очередной раз показало, что сбои контроллера, прошивки, дефекты NAND намного чаще приводят к замене накопителя, ещё до того, как NAND память выйдет из строя из-за большого числа перезаписей.

Также согласно исследованию, показатель количества нескорректированных ошибок (Uncorrectable Bit Error Rate) не имеет смысла, в то время как общее число ошибок (Raw Bit Error Rate) очень важно. Таким образом, производители оказались очень консервативны в своих допущениях. За первые 4 года эксплуатации от 30 до 80% SSD получают как минимум один плохой блок, а от 2 до 7% накопителей получают как минимум один плохой чип. Исследователи подытожили, что при эксплуатации накопители не потеряют все свои данные одновременно, как при сбоях HDD, а будут страдать «забывчивостью», теряя небольшие участки данных.

Как известно, большинство SSD позволяют восстановить данные из сбойных блоков, так что такие отказы не будут иметь значимых последствий. Учёные провели исследование и на корпоративных SSD, которые эксплуатируются в более жёстких режимах, и единственный вывод, который можно из него  сделать— это то, что память SLC просто медленнее, но совершенно не надёжнее. В общем, используя SSD, вам стоит беспокоиться не о количестве циклов перезаписи, а о возрасте накопителя.

Группой учёных руководил Кэна Такэути, профессор департамента инжиниринга электрики, электроники и связи, факультета науки и инжиниринга университета Тюо, Токио. Данная разработка была представлена в ходе мероприятия 2014 IEEE International Memory Workshop, международной академической конференции по полупроводниковой памяти, которая проходила в Тайбэе в конце мая.

Суть исследования основана на том, что при использовании твердотельной NAND памяти невозможно перезаписать данные на то же самое физическое место. Вначале необходимо записать данные на другой свободный участок, а затем очистить старую зону. В результате данные оказываются фрагментированными, увеличивается количество ошибочных участков и снижается ёмкость накопителя. Для устранения последствий записи в SSD применяется «уборка мусора», которая пересобирает фрагменты данных в продолжительные цепочки и очищает блоки ошибочных участков. Данный процесс может занимать 100 мс и даже больше, что заметно снижает скорость записи и увеличивает физический износ диска.

Новый же метод формирует промежуточный слой, названный «скремблер LBA (logical block address)». Этот слой располагается между операционной системой и накопителем. Скремблер логических блоков взаимодействует с контроллером памяти, конвертирующем логические адреса в физические на стороне SSD, и конвертирует логические адреса данных, которые должны быть записаны, таким образом, чтобы снижать эффект фрагментации.

Таким образом, вместо записи данных на новое свободное пространство, данные записываются на фрагментированную страницу, которая расположена в блоке, подлежащем очистке. В результате, количество ошибочных блоков, подлежащих очистке, в странице снижается, а также понижается количество безошибочных страниц, подлежащих копированию в новое место при уборке мусора.

К сожалению, до опытного внедрения данной технологии ещё очень далеко.

Дело в том, что, по мнению учёных, быстрая технология флэш хранилищ, на которую сейчас возлагают огромные надежды, имеет ряд технологических ограничений. А именно, при уменьшении техпроцесса до менее чем 6,5 нм производительность памяти начнёт резко снижаться.

Учёные исследовали 45 различных чипов памяти разных размеров. Результаты исследований показали, что уменьшение задержек и соответствующий рост уровня ошибок будут соотносимы до размера элементов в 6,5 нм, что должно произойти к 2024 году, когда такие фабрики появятся повсеместно. Дальнейшее уменьшение техпроцесса приведёт к недопустимому росту некорректируемых ошибок.

Пока плотность SSD растёт и цена за гигабайт снижается, «всё остальное касаемо их зависло в воздухе»,— отметила Лора Групп (Laura Grupp), выпускница Университета Калифорнии. «Всё это делает будущее SSD весьма туманным: Пока мы наращиваем ёмкость SSD и высокий уровень IOP делает их привлекательным во многих применениях, снижение производительности, необходимое для увеличения ёмкости, вызывает трудности в развитии SSD в качестве жизнеспособной технологии для этих же применений»,— отмечает автор исследований.

Возможно, недавние студенты и правы, и SSD, основанные на NAND памяти, обречены. Но ведь нет оснований считать, что за ближайшие 12 лет не появятся новые разработки или вообще будут применяться чипы памяти, изготовленные по совершенно иной технологии.

С сайта университета можно загрузить полную версию исследования.