Un nuovo middleware riesce a triplicare la velocità degli attuali SSD

Un gruppo di ricercatori giapponesi ha sviluppato una nuova tecnologia che potrebbe arrivare a migliorare drasticamente la velocità di scrittura, l’efficienza energetica e la durata di vita di un dispositivo di archiviazione basata sulla memoria della NAND (SSD).

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Il team guidato dal professor Ken Takeuchi presso il dipartimento di ingegneria elettrica, ingegneria elettronica e comunicazione, Facoltà di Scienze e Ingegneria della Chuo University.

Lo sviluppo è stato annunciato nel 2014 alla Institute of Electrical e Electronics Engineers (IEEE), una conferenza accademica internazionale sulle tecnologie di memoria a semiconduzione, che ha avuto luogo dal 18 al 21 maggio 2014, a Taipei. Il titolo della tesi è “NAND Flash Aware Data Management System for High-Speed SSDs by Garbage Collection Overhead Suppression”.

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Con la memoria flash NAND, non è possibile sovrascrivere i dati sulla stessa area di memoria, rendendo necessario scrivere i dati su di un’area diversa invalidando poi la vecchia area.

Come risultato, i dati vengono in questo modo frammentati, aumentando la zona valida e diminuendo la capacità di archiviazione. Pertanto, le memorie flash NAND quando vanno ad effettuare una  “garbage collection”, riordinano i dati frammentati in modo continuo cancellando i blocchi di zona non validi. Questo processo richiede 100 ms o poco più, diminuendo drasticamente la velocità di scrittura dei dispositivi SSD.

Nel settembre 2013, per affrontare questo problema, il team di ricerca ha sviluppato un metodo per evitare la frammentazione dei dati apportando miglioramenti al middleware che controlla la memoria per le applicazioni del database.

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In primo luogo il “SE (motore di archiviazione)” del middleware, che assegna gli indirizzi logici quando un software applicativo accede a un dispositivo di memorizzazione, mentre nel secondo caso il middleware FTL (strato della traduzione del flash), che converte gli indirizzi logici in indirizzi fisici sul lato del controller SSD che lavora in congiunzione.

Questa volta, il team sembra aver sviluppato un metodo più versatile che può essere utilizzato per una più ampia varietà di applicazioni.

Il nuovo metodo forma uno strato middleware chiamato “LBA scrambler (indirizzo di blocco logico)” tra il file system (OS) e FTL. La scrambler LBA funziona in combinazione con l’FTL e converte gli indirizzi logici di dati che vengono scritti per ridurre l’effetto di frammentazione.

In particolare, invece di scrivere dati su una nuova pagina vuota, i dati vengono scritti in una pagina frammentata collocata nel blocco da cancellare successivamente. Come risultato, il rapporto di pagine non valide nel blocco da cancellare aumenta, riducendo il numero di pagine valide che devono essere copiate in un’altra area al momento della garbage collection.

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In una simulazione, il team di ricerca ha confermato che la nuova tecnologia migliora la velocità di scrittura degli SSD fino al 300% e riduce il consumo energetico fino al 60% e il numero di cicli di scrittura e cancellazione fino al 55%, aumentando la vita del prodotto. Con il nuovo metodo, non sarà più necessario apportare modifiche alla memoria flash NAND, e il metodo verrà completato dentro il middleware, che potrà essere applicato agli SSD esistenti così com’è.

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