По мере внедрения новых версий PCI Express растут и линейные скорости SSD. Не столь давно 3-4 Гбайт/с было рекордно высоким показателем, но разработчики уже штурмуют вершины за пределами 10 Гбайт/с. Компания Kioxia, крупный производитель флеш-памяти и устройств на её основе, объявила на конференции 2023 China Flash Market о новом поколении серверных накопителей, способных читать данные со скоростью 13,5 Гбайт/с.

Новые высокоскоростные SSD будут построены на базе технологии XL-FLASH второго поколения. Первое поколение этих чипов компания (тогда Toshiba) представила ещё в 2019 году. В основе лежат наработки по BiCS 3D в однобитовом варианте, что позволяет устройствам на базе этой памяти занимать нишу Storage Class Memory (SCM) и служить заменой ушедшей с рынка технологии Intel Optane.

Источник здесь и далее: Twitter@9550pro

Как уже сообщалось ранее, XL-FLASH второго поколения использует двухбитовый режим MLC, но в любом случае новые SSD Kioxia в полной мере раскроют потенциал PCI Express 5.0. Они не только смогут читать данные на скорости 13,5 Гбайт/с и записывать их на скорости 9,7 Гбайт/с, но и обеспечат высокую производительность на случайных операциях: до 3 млн IOPS при чтении и 1,06 млн IOPS при записи. Время отклика для операций чтения заявлено на уровне 27 мкс, против 29 мкс у XL-FLASH первого поколения.

Kioxia полагает, что PCI Express 5.0 и CXL 1.x станут стандартами для серверных флеш-платформ класса SCM надолго — господство этих интерфейсов продлится минимум до конца 2025 года, лишь в 2026 году следует ожидать появления первых решений с поддержкой PCI Express 6.0. Активный переход на более новую версию CXL ожидается в течение 2025 года. Пока неизвестно, как планирует ответить на активность Kioxia другой крупный производитель флеш-памяти, Samsung Electronics, которая также располагает высокопроизводительной разновидностью NAND под названием Z-NAND.

На саммите OCP компания Kioxia анонсировала твердотельные накопители семейства XD7P для центров обработки данных (ЦОД). Новинки оптимизированы для применения гиперскейлерами и облачными провайдерами: они обеспечивают устойчивую производительность, стабильный уровень задержки и высокую надёжность при эксплуатации в круглосуточном режиме.

Устройства выполнены в форм-факторе EDSFF E1.S. Будут доступны три варианта: базовая версия толщиной 9,5 мм, а также модификации толщиной 15 и 25 мм с радиаторами охлаждения разной высоты. Накопители соответствуют спецификации OCP Data Center NVMe SSD v2.0. Применены чипы флеш-памяти BiCS Flash 3D TLC. Для обмена данными служит интерфейс PCIe 4.0 (NVMe 2.0), но в следующем году Kioxia обещает выпустить версию с PCIe 5.0.

Источник изображений: Kioxia

В серию XD7P вошли устройства вместимостью 1,92, 3,84 и 7,68 Тбайт. Задействованы проприетарные решения Kioxia — архитектура, контроллер и прошивка. Показатели быстродействия и значение IOPS пока не раскрываются. Но сообщается, что устройства могут выдерживать одну полную перезапись в сутки (величина DWPD) на протяжении пяти лет. MTTF (средняя наработка на отказ) — 2,0 млн часов. Диапазон рабочих температур простирается от 0 до +70 °C.

Говорится о поддержке TCG OPAL 2.0 и механизмов приоритизации QoS. Накопители подходят для приложений с интенсивным чтением данных в публичном или частном облаке, а также для смешанных нагрузок.

Компания Kioxia анонсировала чипы флеш-памяти BiCS Flash 3D, рассчитанные на использование в промышленной сфере. Изделия подходят для применения в телекоммуникационном и сетевом оборудовании, встраиваемых компьютерах и других устройствах, которые эксплуатируются в жёстких условиях.

Чипы используют TLC-память, но поддерживают и режим SLC для приложений, которым необходимы высокие скорости чтения/записи данных. Диапазон рабочих температур простирается от -40 до +85 °С, что позволяет эксплуатировать изделия в устройствах, монтируемых на открытых пространствах, в транспорте и пр.

Источник изображения: Kioxia

Представлены чипы вместимостью от 64 до 512 Гбайт. Они выполнены в корпусе 132-BGA. Пробные поставки изделий уже начались, а массовое производство планируется организовать ближе к концу текущего года. «Выпуск флеш-памяти следующего поколения BiCS Flash 3D промышленного класса подтверждает нашу приверженность поддержке индустриального сегмента рынка», — заявляет Kioxia.

На днях Intel устроила похороны Optane — быстрая, но не слишком технологичная в производстве память обошлась «синим» в полмиллиарда долларов убытков. Однако Optane хоть и был самым заметным и распространённым представителем SCM-решений (Storage Class Memory), но всё же не единственным. Вслед за Optane на рынок вышли Samsung Z-SSD, всё ещё крайне редкие.

Тем не менее, накопители с подобными характеристиками востребованы и рынок, как и природа, не терпит пустоты: сразу две компании, Kioxia и Everspin Technologies объявили о выпуске новых продуктов, способных заменить решения на базе 3D XPoint. Это XL-Flash и STT-MRAM соответственно.

Источник: Kioxia

Продукт Kioxia построен на тех же принципах, что и технология Z-SSD у Samsung: в основе лежит флеш-память, в данном случае это BiCS 3D-NAND, но работающая с меньшим количеством уровней на ячейку. В первом поколении XL-Flash фактически был реализован режим SLC (как и у Samsung), что делало такую память малоёмкой и дорогой. Сейчас Kioxia представила второе поколение, поддерживающее режим MLC, с двумя битами на ячейку.

При этом было увеличено количество слоёв, могущих работать параллельно, так что производительность не пострадала, а по имеющимся на момент анонса данным, даже возросла. Новое поколение XL-Flash будет доступно в чипах объёмом 256 Гбит, что вдвое больше показателя аналогичной памяти первого поколения. Kioxia справедливо считает, что её память найдёт применение в пулах CXL-памяти при построении ЦОД нового поколения.

Ячейка STT-MRAM. Источник: Everspin Technologies

Решение Everspin иное, хотя тоже принципиально не новое — магниторезистивная памяь (spin-transfer torque, STT) существует довольно давно. Она обладает крайне низкой латентностью, высокой энергоэффективностью, может хранить данные более 10 лет и практически не изнашивается, но обладает и серьёзным недостатком: низкой плотностью хранения данных. До недавних пор на основе STT-MRAM производились лишь кеширующие или встраиваемые в другие решения модули крайне ограниченного объёма, не превышающего 1–2 Гбайт.

Новое поколение, EM128LX, представленное Everspin Technologies, имеет ёмкость 128 Мбит на чип, что вдвое больше предыдущего EM064LX. Производительность записи составляет до 233 Мбайт/с. Новинка предназначена, в основном, для встраиваемых систем, в том числе на базе FPGA. Она будет поставляться на рынок в двух вариантах исполнения: 24-контактном BGA и 8-контактном DFN. В обоих случаях используется интерфейс xSPI. Массовые поставки Everspin планирует начать в начале следующего года.

Компания Kioxia анонсировала твердотельные накопители CM7 корпоративного класса, оптимизированные для использования в высокопроизводительных и высокоэффективных серверах, а также системах хранения данных. Уже начаты отгрузки устройств некоторым заказчикам.

Изделия серии CM7 доступны в двух вариантах исполнения: EDSFF E3.S и SFF толщиной 15 мм. Задействован интерфейс PCIe 5.0 (спецификация NVMe 2.0): утверждается, что по сравнению с накопителями предыдущего поколения производительность увеличилась в два раза.

Заявленная скорость чтения информации достигает 14 Гбайт/с; скорость записи не уточняется. Заказчики смогут выбирать между устройствами с разным уровнем надёжности: 1 DWPD (полных перезаписей в сутки) и 3 DWPD. В первом случае вместимость достигает 30,72 Тбайт, во втором — 12,80 Тбайт.

Источник изображения: Kioxia

Накопители CM7 имеют двухпортовую конструкцию. Среди поддерживаемых функций названы SR-IOV, CMB, Multistream writes, SGL. Говорится о поддержке TCG-Opal в соответствии со стандартом FIPS 140-3. Наконец, упомянуты средства обеспечения безопасности Flash Die Failure Protection.

Компания Kioxia сообщила о начале пробных поставок твердотельных накопителей второго поколения с интерфейсом PCIe 5.0. Устройства семейства CD8 рассчитаны на центры обработки данных и высокопроизводительные корпоративные системы. Новинки могут применяться, в частности, для решения НРС-задач, ИИ-приложений, аналитики больших данных и пр.

В основу накопителей положены микрочипы флеш-памяти Kioxia BiCS Flash 3D пятого поколения и проприетарный контроллер. Устройства могут быть оптимизированы под нужды конкретного заказчика. Новинки выполнены в SFF-формате с толщиной корпуса 15 мм. Реализована спецификация NVMe 1.4.

Источник изображения: Kioxia

В серии CD8 есть две разновидности накопителей с разным уровнем надёжности: 1 DWPD (полных перезаписей в сутки) и 3 DWPD. В первом случае вместимость варьируется от 960 Гбайт до 15,36 Тбайт, во втором — от 800 Гбайт до 12,8 Тбайт. Заявленная скорость последовательного чтения информации достигает 7,2 Гбайт/с. Значение IOPS при произвольном чтении — до 1,25 млн.

Несмотря на наступление NVMe по всем фронтам, протокол SAS не собирается сдавать позиции и продолжает развиваться. Есть у SAS свои преимущества, в частности, он не требует по 4 линии PCI Express на каждый накопитель, а количество накопителей, подключаемых к одному контроллеру, легко увеличить путём установки SAS-экспандеров. В последнее время речь идёт о переходе с SAS-3 (12 Гбит/с на порт) на SAS-4 (24 Гбит/с, эффективная скорость 22,5 Гбит/с).

И рынок реагирует соответствующим образом: производители SSD анонсируют продукты, рассчитанные на новые скорости. Так, Kioxia представила новую серию SSD PM7 с интерфейсом SAS 4.0. Это не первый продукт компании с поддержкой SAS 24G — летом 2020 г. компания анонсировала PM6 с DWPD 10, 3 и 1 и максимальным объёмом 30,72 Тбайт. PM7 является дальнейшим развитием этой серии. В новых SSD Kioxia перешла с 96-слойной BiCS4 NAND на 112-слойную BiCS5, отказалась от варианта write intensive, а также от ряда меньших ёмкостей в диапазоне 400-960 Гбайт.

Изображение: KIOXIA

PM7 по-прежнему работают в режиме TLC, и благодаря новой памяти и оптимизациям контроллера получили 20% прибавку к IOPS: до 720/365 тыс. на чтение/запись. Заметно — с 3,7 до 4,1 Гбайт/с — вырос предел скорости линейной записи. А вот максимальная скорость линейного чтения поднялась всего с 4,15 до 4,2 Гбайт/с. Ёмкость PM7 стартует с отметки 1,6 Тбайт для версии mixed use и с 1,92 Тбайт для варианта, рассчитанного на нагрузки с преобладающим чтением данных.

SSD PM7 поддерживают мгновенное стирание (SIE), самошифрование (SED), имеют сертификацию FIPS 140-2 и готовятся к сертификации FIPS 140-3. Кроме того, в PM7 реализована прозрачная для ОС защита от сбоев при выходе из строя одного из кристаллов флеш-памяти, отключающая его на лету. Kioxia планирует выпустить модели с интерфейсом SAS-5 (эффективная скорость 45 Гбит/с). Скорее всего, следующее поколение SSD серии PM8 получит именно такой порт, а также 162-слойную память BiCS6 3D NAND.

Компания Kioxia сообщила о доступности твердотельных накопителей семейства EM6, относящихся к корпоративному классу. Решения предназначены для использования в составе платформ высокопроизводительных вычислений, систем машинного обучения и искусственного интеллекта.

Источник изображения: Kioxia

Устройства серии EM6 выполнены на основе контроллера Marvell 88SN2400 NVMe-oF. Реализована спецификация NVMe 1.4. Доступны один или два интерфейса Ethernet с пропускной способностью 25 Гбит/с. Накопители заключены в корпус формата 2,5" толщиной 15 мм. Предлагаются два варианта вместимости — 3,84 и 7,68 Тбайт, оба с 1 DWPD.

Источник изображения: Ingrasys

Устройства доступны в составе платформы ES2000 EBOF (Ethernet Bunch of Flash) производства Ingrasys (подразделение Foxconn). Данный продукт представляет собой систему хранения данных в 2U-шасси с возможностью установки 24 накопителей NVMe-oF типоразмера 2,5"/U2/E3.S или 48 E1.S. СХД имеет коммутатор Marvell 98EX5630 и предоставляет 12 200GbE-портов QSFP28/56.

KIOXIA анонсировала первую в отрасли серию твердотельных накопителей CD7 в форм-факторе EDSFF E3.S (7,5 мм) с поддержкой PCIe 5.0. Семейство EDSFF E3, лишённое конструктивных ограничений 2,5" форм-фактора, оптимизировано для использования в высокопроизводительных и высокоэффективных серверах и системах хранения.

KIOXIA уже сотрудничает с ведущими разработчиками серверов и систем хранения в разработке решений EDSFF. «Форм-фактор EDSFF E3 призван переопределить способ проектирования корпоративных серверов и систем хранения, — отметил Грег Вонг (Greg Wong), основатель и главный аналитик Forward Insights. — Мы ожидаем, что рынок перейдет на EDSFF, начиная с 2022 года, с внедрением систем на базе PCIe 5.0».

KIOXIA

Накопители CD7 используют флеш-память BiCS FLASH 3D четвёртого поколения от KIOXIA. Они имеют четыре линии PCIe 5.0, но оптимизированы для работы по двум линиям, что эквивалентно подключению PCIe 4.0 x4. Это позволяет сэкономить линии PCIe, разместив большее число накопителей в шасси или отдав их ускорителям и адаптерам и не потеряв при этом в производительности.

Заявленная скорость последовательного чтения достигает 6450 Мбайт/с, а показтель IOPS для случайного чтения равен 1,05 млн IOPS. Задержки чтения (75 мкс) и записи (14 мкс) на 17 % и 60 % соответственно ниже, чем у SSD предыдущего поколения с интерфейсом PCIe 4.0. Новинки будут доступны в версиях на 1,82, 3,84 и 7,68 Тбайт.

KIOXIA

KIOXIA также объявила о начале массового производства 9,5-мм E1.S-накопителей серии XD6, которые были представлены в ноябре прошлого года. На тот момент это были E1.S SSD, которые отвечали конкретным требованиям гиперскейлеров производительности, энергоэффективности и температуре в соответствии со спецификацией Open Compute Platform (OCP) NVMe Cloud SSD. В серии XD6 также модели высотой 15 и 25 мм.

Согласно консорциуму EDSFF и спецификациям OCP NVMe Cloud SSD, малый форм-фактор E1.S призван заменить форм-фактор M.2 и обеспечить большую плотность, производительность, надёжность и управление температурным режимом. E1.S также поддерживает горячую замену для повышения удобства обслуживания, что является ещё одним преимуществом по сравнению с M.2. Одной из первых массовых платформ с их поддержкой стала OCP Yosemite V3 (Facebook*).

* Внесена в перечень общественных объединений и религиозных организаций, в отношении которых судом принято вступившее в законную силу решение о ликвидации или запрете деятельности по основаниям, предусмотренным Федеральным законом от 25.07.2002 № 114-ФЗ «О противодействии экстремистской деятельности».

В классических твердотельных накопителях обслуживанием NAND-ячеек занимается собственный контроллер, часто многоядерный и с солидными вычислительными возможностями. Это не самая оптимальная архитектура для гиперскейлеров, поэтому своё видение предлагает Kioxia. Её технология программно определяемых NAND-массивов должна сделать флеш-хранилища более универсальными, гибкими и лишёнными узких мест, накладываемых традиционной архитектурой SSD.

Несмотря на то, что собственный контроллер у SSD чаще всего работает прозрачно для ОС, гипервизоров и ПО, недостатков у такой архитектуры хватает: во-первых, характер работы с флеш-массивом ограничен прошивкой производителя и не всегда оптимален для разного рода нагрузок, во-вторых, современные процессоры и DPU на несколько порядков мощнее, а контроллер SSD может стать узким местом.

На корпоративном рынке встречаются специализированные накопители, отличающиеся от классических блочных устройств (например, SSD, хранящие данные в формате key:value), но все они также не отличаются гибкостью и взаимной совместимостью. Kioxia не без оснований считает, что только переход на полностью программно-определяемые массивы энергонезависимой памяти с унифицированной архитектурой ПО может стать действительно универсальным решением.

На конференции SNIA Storage Developer Conference компания представила своё видение программно определяемых универсальных накопителей. В основе технологии Software-Enabled Flash, впервые предложенной Kioxia в прошлом году, лежит унифицированный API-интерфейс, позволяющий гибко конфигурировать флеш-массив в зависимости от задач. К примеру, когда необходимость в использовании имеющейся ёмкости под базы данных заканчивается, массив можно переконфигурировать и использовать для запуска других приложений.

Пример смешанной конфигурации SEF

SEF легко масштабируется от сотен до тысяч накопителей в единой системе. Более того, флеш-массив под управлением Kioxia SEF может функционировать одновременно в нескольких режимах: часть чипов NAND будет работать как обычные блочные устройства, часть в режиме ZNS, а некоторые — вообще в каком-нибудь специфическом, требующем особых условий режиме.

При нехватке дисковых ресурсов можно будет просто добавить унифицированный флеш-модуль, а внедрение новых протоколов требует лишь изменения в ПО, но не модернизации физического оборудования. Это может серьёзно снизить стоимость владения СХД и продлить ей срок активной эксплуатации.

SEF имеет серьёзный задел на будущее, не требующий, однако, замены оборудования

В отличие от некоторых имеющихся на рынке программно определяемых флеш-хранилищ, решение Kioxia использует ПО с открытым кодом. Доступный и унифицированный API поможет владельцу СХД на базе Kioxia SEF быстро разрабатывать приложения для реализации необходимых ему возможностей и режимов использования флеш-накопителей.

Предложение Kioxia выглядит привлекательно для владельцев крупных ЦОД и облачных систем, но пока неизвестно, поддержат ли инициативу SEF другие производители SSD, такие как Samsung, Micron, SK Hynix и Western Digital; впрочем, последняя компания является партнёром Kioxia и с её стороны выпуск накопителей с поддержкой SEF наиболее вероятен.