Компания Intel известна своей последовательной и активной поддержкой технологии Solid State Drive, как с точки зрения создания самих устройств SSD, так и в плане разработки экосистемы для их использования. Так получилось, что в этой самой экосистеме именно сейчас наметились принципиальные подвижки, связанные в первую очередь с привлечением возможностей шины PCIe для нужд хранения. Насколько будет существенен их результат, как обычно, покажет время, однако масштаб нововведений не позволяет нам просто мимо них пройти. Итак, в нескольких словах о том, что ждет SSD в ближайшем будущем.
Прогнозы темпов роста рынка SSD в зависимости от объема. Источник: Gartner
SSD + PCIe = NGFF
По мере развития твердотельных накопителей они все чаще упираются в ограничения, связанные с их функциональными прародителями – винчестерами. Это касается и физических размеров (реально SSD уже «выпадают» из корпусов даже самых маленьких HDD), и интерфейсов передачи данных. Видимо, настал момент разрубить удерживающие дальнейший прогресс цепи совместимости, по крайней мере, в тех областях цифровой техники, где старое ложе стало уж слишком прокрустовым.
Карта NGFF размера 22х110 мм
Принципиально новый форм фактор накопителей, разработанный Intel и без затей названный NGFF (Next Generation Form Factor) предлагает категорически иной подход по всем вышеприведенным позициям. С точки зрения физического обустройства стандартизируется 5 типо-размеров, длиной от 30 до 110 мм, шириной 22 мм и толщиной 2-4 мм. Что касается интерфейса подключения, то тут предлагается два варианта: SATA/2 линии PCIe (это называется Socket 2) или же 4 линии PCIe (Socket 3). Для различения первых от вторых гребенка разъема сделана ассиметричной с двумя выемками.
Как видно, накопитель в результате получился маленьким (на заглавной картинке он на ладони справа, а слева – mSATA) и быстрым (до 4 Гбит/с в случае с Socket 3), что определяет главную область его применения – ультрабуки и планшеты. Впрочем, использоваться он может в серверных решениях, например, в виде устройств кеширования, а то и вовсе как шина для периферии. Как следует из той же фотографии, накопители NGFF существуют в виде реальных прототипов, ну а их массовое производство начнется после появления соответствующих интерфейсов на материнской плате – дополнительную логику для них внедрять не требуется.
SSD + PCIe = SATA Express || SFF-8639
Естественно, от малой скорости шины SATA страдают не только ультрабуки, но и более производительные компьютеры – десктопы и сервера. Видимо, и для них PCIe SSD в настоящее время являются единственной реальной альтернативой используемым ныне хранилищам. Каким образом внедрить новое поколение систем хранения, соблюдая максимально возможную совместимость со старым? Ведь, очевидно, замена не произойдет в одночасье, хотя бы из-за стоимости PCIe SSD. Один из вариантов решения – разъемы SATA Express и SFF-8639.
Сверху на рисунке SATA Express, внизу — SFF-8639
Оба они, как видно из рисунка, представляют из себя комбинированные решения SATA + PCIe. Совместимость с SAS/SATA полная – старые винчестеры будут работать без проблем. Для новых предлагается PCIe 2x в варианте SATA Express и PCIe 4x в случае SFF-8639. В целом сегментация такова: SATA Express – переходное решение, тяготеющее к бюджетности, SFF-8639 – серьезный серверный вариант. В первом случае мы имеем дополнительно всего лишь 2 линии PCIe – это не даст нам сногсшибательного прироста скоростей, однако всё равно позволит «взбодрить» хранилище. А вот 4х в SFF-8639 – это уже серьезно, хотя и чревато усложнением схемы подключения, а значит и увеличением стоимости всей системы. Таким образом, картина вырисовывается примерно следующая: в условиях, когда принципиальные препоны для разгона хранилища практически сняты, выбор его типа будет диктоваться исключительно исходя из желаемого качества сервиса и имеющегося количества средств.
SSD + PCIe = NVM Express
Если присмотреться повнимательней, между SSD и HDD больше различий, чем сходства. Точнее, сходство вообще получается только одно – выполняемая функция, а всё остальное – различия: технологические, идеологические и т.д. Исходя из этого можно предположить, что и хост-контроллеры, разработанные в свое время для жестких дисков, также нуждаются в замене. Именно так сейчас и происходит: на смену «теплым ламповым» контроллерам приходит новое решение для PCIe SSD, названное сообществом разработчиков, включающим почти сотню крупнейших игроков в цифровой отрасли, NVM (Non-volatile memory) Express.
Прототип NVMe контроллера
NVMe позволяет SSD раскрыть все свои положительные качества. Перечислим ее основные преимущества:
- Существенно увеличена «очередность»: поддерживается до 64000 очередей, в каждой – по 64000 команд;
- Кардинально улучшен параллелизм и многопоточность, для распараллеливания не требуются блокировки и синхронизация;
- Организовано управления прерываниями, в том числе и MSI в целях профилактики появления «узких мест» на пути потоков данных;
- И, главное – коренным образом уменьшена вносимая контроллером задержка. Если для SAS/SATA она составляла не менее 6 мс, то уже тестовый образец NVMe показал результат 2,8 мс, что более чем в два раза меньше!
В дальнейшем скоростные показатели NVMe будут существенно улучшены: уже сейчас технологически реальна задержка не более 1 мс, а разработчики стандарта говорят о будущих 10 мкс. Сравнение эффективности PCIe SSD и NVMe SSD показаны на графике ниже.
В настоящее время опубликован стандарт NVMe версии 1.1; драйвера NVMe доступны для Linux, Windows, Solaris и VMWare, на подходе поддержка со стороны UEFI.
Итак, как мы видим, процесс внедрения технологии PCI Express в жизнь устройств хранения зашел достаточно далеко – с технологической точки зрения. Теперь дело за коммерческой составляющей – насколько успешным будет вывод на рынок новых стандартов. В любом случае, назад дороги уже нет, выбирать что-либо придется непременно.
