Плюсы и минусы флэш-памяти. Flash-память: особенности строения и функционирования
В последние годы флэш-память введена в широкое использование. Такая память встраивается в медиа-плееры, фотоаппараты, телефоны, планшеты, портативные накопители и твердотельные диски (SSD) для хранения важных файлов и документов. Флеш-память - первый конкурент магнитного диска, и имеет значительное коммерческое признание, поскольку поставки с каждым годом растут.
Разумеется, этот тип памяти также может быть подвержен внешним и внутренним факторам износа, в результате чего данные могут быть утеряны. Современные технологии шагают семимильными шагами, поэтому не стоит опасаться за сохранность своих данных. Достаточно помнить о мерах предосторожности, таких, как резервное копирование данных и использование памяти по назначению, а если в результате тех или иных причин данные будут удалены, специальные программы восстановления данных восстановления данных помогут справиться с этой проблемой быстро и безболезненно для Ваших данных и системы устройства хранения файлов. Давайте же рассмотрим в чем суть флеш-памяти и в чем заключаются её особенности.
Флэш-память отличается от диска по многим параметрам; однако один из наиболее важных параметров, который имеет особое значение для разработки систем хранения данных, является его ограниченное количество процедур записи. Хотя надежность диска в основном не зависит от использования, флэш-память выйдет из строя после определенного количества записей, обычно это от 104 до 105 количества раз в зависимости от особенностей устройства.
Когда этот тип памяти используется в качестве дискового приложениями, например, для реализации системы FAT или других традиционных файловых систем, то ест риск отказа работы в результате чрезмерного использования небольшого числа блоков и преждевременных сбоев. Почти все Flash-устройства на рынке - USB накопители, диски SD, твердотельные накопители (SSD) и ряд других работают на внутреннем алгоритме нивелирования износа, в котором данные записываются равномерно по всей поверхности диска.
Флэш-память относится к определенному типу электронных стираемых программируемых ПЗУ (EEPROM). Это чип памяти компьютера или другого устройства, который поддерживает сохранность расположенной на нем информации и не требует для этого персонального источника питания. Наиболее часто, как уже отмечалось, используется в портативной электронике, например: цифровые музыкальные устройства, смартфоны и цифровые камеры, а также съемные устройства памяти. Эта технология также полезна для системы ввода и вывода информации BIOS (BasicInput/Output System), PCMCIA - (спецификация на модули расширения компьютера, разработанная ассоциацией PCMCIA), карт памяти ПК,модемов и карт видеоигр. Примером энергонезависимой памяти также можно назвать жесткий диск, на котором данные остаются в сохранности даже тогда, когда устройство выключено. Однако флэш-память существенно отличия от жестких дисков. Оба могут хранить данные без какого-либо питания, но флэш-память отличается размерами, весом и рабочими функциями.
Типы флеш-памяти. Отличия между NAND и NOR
Существует два вида флеш-памяти: NAND и NOR. NAND – это программируемая память, и считывается блоками, а NOR – считывается и записывает информацию байтами.
Рисунок 1 - NAND-память
NAND и NOR отличается по двум характеристикам: связью между ячейками и секторами и интерфейсом, предоставленным для чтения и записи данных.
Поскольку размер блока в NOR колеблется от 64 до 128 Кбайт, операция записи/стирания может занять до 5 секунд. С другой стороны, система NAND с блоками от 8 до 32 Кбайт выполнит ту же операцию в максимум 4 миллисекунд.
Разница в размерах блоков еще больше увеличивает разрыв в производительности между NOR и NAND. Статистически больше операций удаления (стирания) данных проводиться устройствами на базе NOR-памяти (особенно, когда выполняется обновление файлов – их перезапись).
Рисунок 2 – NOR-память
Несмотря на это, при выборе типа флеш-памяти нужно также учитывать следующие факторы: - NOR-память считывает данные немного быстрее, чем NAND; - NAND записывает информацию значительно быстрее, чем NOR; - NAND стирает данные намного быстрее, чем NOR: 4 мсек против 5 сек; - Большинству операций записи предшествует операция удаления (то есть, данные перезаписываются); - NAND обладает меньшим потенциалом блоков удаления, поэтому меньше удалений понадобится, что продлит срок службы устройства памяти. Размеры ячеек NAND-памяти вполовину меньше, чем размеры ячеек памяти NOR. Память NOR доминирует по продажам на рынке по объему памяти в диапазоне от 1 до 16 МБ, в то время как размеры памяти NAND варьируются от 8 до 128 МБ. Это снова подчеркивает роль памяти NOR в качестве хранилища важных кодов. Память NAND тоже имеет стойкую позицию на рынке карт памяти (CompactFlash, SecureDigital, PC Cards, и MMC).
Увеличение сроков службы флеш-памяти
Срок службы флэш-памяти зависит от целого ряда факторов, включая, то, каким образом она настроенная. Неправильно настроенная флэш-память будет быстрее изнашиваться от того, что только одна область используется все время, от чего сектора памяти могут прийти в непригодное состояние и это повысит риск утери данных или повреждения информации. Системы обнаружения ошибок могут помочь определить, когда это происходит, но как только происходит ошибка – устройство становится бесполезным. Отказ работы устройства может вызвать большие проблемы, связанные с теми данными, которые на нем хранились. Именно поэтому такие устройства как, например, микроконтроллеры со встроенной флэш-памятью, не отслеживающие износ, больше полагаются на NOR-память с её более высокими характеристиками выносливости к перезаписи.
Существует несколько способов улучшить общее состояние флеш-памяти и продлить сроки её службы. Один из методов предполагает наличие возможности перенесения всего объема информации в другое место - реорганизации. Он работает лучше всего с блок-ориентированными устройствами, хотя может применяться с размером блока в одно слово. Существуют определенные накладные расходы в связи с износом, поэтому с большими блоками информации этот способ будет более эффективным.
Система выравнивания износа (WL – wearlevelling) распределяет записи по всей поверхности памяти во избежание использования какого-то одного сектора. Тогда срок службы системы можно рассматривать как потенциал общего объема информации системы, вместо максимума для одного блока информации. Система WL требуется возможности контроля над использованием записываемого пространства, а также записывать и использовать эту информацию для дальнейшего повышения эффективности использования устройства и продления сроков его службы. Различные дефекты значительно влияют на то количество раз, которое информация может быть записана и удалена с устройства.
В таком случае, механизм реорганизации может быть использован, если память чрезмерно заполнена. Для этого будут использоваться дополнительные блоки или сектора, как и на жестких дисках. Разница лишь в том, что дополнительный блок будет использоваться только в том случае, если возникла неисправимая ошибка в основном. Это своего рода запасной выход.
Если используется система WL, то обычно все блоки в совокупности формируют пул, а если система реализована в программном обеспечении, то можно будет выбрать размер логического раздела, основанный на желаемом сроке службы памяти. Маленький размер логического раздела предполагает наличие нескольких дополнительных блоков.
Преимущества флеш-памяти перед другими устройствами
Флэш-память доступна в различных формах, таких как карты памяти, карты памяти, USB накопители и так далее... Но основной принцип работы такой же. Флэш-память просто универсальны, как это стоит очень мало и предлагается с операционной гибкости вариант простой плагин и играть. Лучшая часть заключается в том, что память хранится на этом носителе, можно стирать и переписывать снова.
Флэш-память отличается от обычного электрически стираемого перепрограммируемого ПЗУ (EEPROM) в том, что EEPROM стирает содержимого по одному байту за раз. Это делает его очень медленным, если говорить о процессе обновления. Флэш-память может удалять файлы целыми блоками, что делает такое устройство более предпочтительным для приложений, которые требуют частого обновления большим количеством данных, как в случае карты памяти для цифровых электронных устройств.
Внутри микросхемы (чипа) информация хранится в ячейках. Плавающий затвор транзистора защищает данные, которые записываются в каждую ячейку. Туннельные электроны проходят через низкий проводящий материала, чтобы мгновенно изменить электронный заряд при этом, очищая ячейку так, что после она может быть перезаписана. Именно благодаря этому флэш-память получила свое имя («in a flash» – мгновенно).
Некоторые типы флэш-накопителей также называют карты памяти или флэш-карты, и продаются в различных конфигурациях для различных цифровых устройств и целей хранения. Флэш-память, что поставляется в виде USB-накопителя для использования с компьютером или планшетом - чрезвычайно удобно изобретение, которое пришло на смену дискетам и гибким дискам.
Флеш-карта памяти может сохранять изображения в цифровой камере, например, переместить на компьютер, где можно будет получить доступ к фотографиям. Флэш-память не одно и то же, что и флэш-память с произвольным доступом (RAM - flash randomaccess memory). ФлешRAM, как и любой другой вид оперативной памяти в компьютере, требует постоянный источник питания, чтобы поддерживать содержимое.
Флэш-память доступна в различных формах, таких как карты памяти, флешки, USB накопители и так далее. Но основной принцип работы у всех устройств одинаковый. Флэш-память уникальная вещь, поскольку стоит очень мало и предлагается с простой системой запуска и чтения файлов. Еще одним преимуществом можно назвать то, что все файлы могут находиться на одном носителе и есть возможность удалять их и перезаписывать снова.
Карта памяти, как форма флеш-памяти, настолько маленькая, что может поместиться в ладони, равно как монетка. Компактная карта памяти может использоваться где и когда угодно. А восстановление повреждённых или утраченных данных с USB-накопителей , карт памяти и других типов шлеш-памяти не составит труда.
Флеш-память используется в современных ОС типа Windows 7 и Windows Vista с целью повышения производительности системы. Также этот вид памяти поддерживает легкий доступ к необходимым приложениям и таким образом, пользователь может хранить программы, например, защищающие от вредоносного ПО или веб-браузера на карте памяти, с которой их потом можно перенести на компьютер.
Часто возникают различные сбои в работе устройств памяти, это же касается и флеш-памяти, поскольку не существует устройств, абсолютно защищенных от возможности сбоя программного обеспечения или физического повреждения устройства. Более того, мы знаем, что все имеет срок годности.
На флеш-памяти может храниться крайне важная информация, такая как: уникальные коды, различные шифры и сверхважные документы, если говорить о бизнесе. Также на флеш-накопителе данных может быть сохранено множество других файлов, например, видео, аудиофайлы, фильмы, фотографии, картинки, книги, учебники и документы Word, табличные процессоры Excel и другие.
И что же делать в ситуации, когда эти файлы все же были удалены. Не стоит паниковать, поскольку существует множество программ, которые предназначены специально для восстановления различных файлов. Некоторые производители разрабатывают целые пакеты программ, которые в комплексе обеспечивают сохранность Ваших данных и восстанавливают их в результате любой из причин, по которым они были удалены. К примеру, такой производитель, как Hetman Recovery предлагает множество программ, которые помогут восстановить данные с флеш-памяти это: Hetman PartitionRecоvery, Hetman FAT Recovery, Hetman NTFS Rеcovery и много других.
Страница 3 из 3
Форматы flash-памяти
И все же, несмотря на некоторые недостатки, flash-память находит все более широкое применение в цифровых устройствах. Причем косвенным подтверждением широты применения и популярности flash-накопителей может служить разнообразие стандартов flash-накопителей, существующее на сегодняшний день. Хотя, с точки зрения пользователя, разнобой стандартов - существенный недостаток. Ведь как, например, обстоит дело с компакт-дисками: пришел покупатель в магазин, купил болванку для записи компьютерного диска и не переживает о ее совместимости с установленным в вычислительной системе CD-рекордером. C flash-накопителем такой номер не пройдет. Дело в том, что устройства различныхпроизводителей ориентированы на использование различных flash-накопителей, которые отнюдь не совместимы друг с другом. Вот и получается, что счастливому обладателю цифровой камеры, цифрового фотоаппарата и наладонного компьютера приходится приобретать три разные карты, хотя, по большому счету, можно было бы обойтись и одной. Что касается стандартов, то основными на сегодняшний день являются: PC-Card, Compact Flash, Memory Stick, Smart Media, Multimedia Card, SD Card, xD-Picture Card.
PC-Card (или на прежний манер PCMCIA - Personal Computer Memory Card International Association) - самый старый стандарт карт памяти, построенных на базе flash-устройств. Собственно и сам PCMCIA-слот когда-то создавался специально для обеспечения возможности подключения к компьютеру внешнего накопителя. Первый вариант стандарта появился в 1991 г. Всего существует 3 разновидности PCMCIA-устройств: Type I, II и III. Соответственно, и PC-Card выпускаются в трех различных форм-факторах, причем все три близки по своим габаритам к размерам пластиковой банковской карты, а отличаются лишь толщиной - самым “худым” является устройство Type I (толщина - 3,3 мм), а самым “упитанным” - PCMCIA-карта Type III (толщина - 10,5 мм).
Стандарт PC-card обеспечивает полную физическую и электрическую совместимость карт Type I, II и III сверху вниз. То есть в слот Type III можно вставить карты Type II и Type I, а вот наоборот не получится - размеры не позволяют. Большим удобством PCMCIA-устройств является и то, что благодаря “древности” этого вида накопителей, драйверы для работы с PC-Card по умолчанию устанавливаются при инсталляции MS Windows. Благодаря АТА-контроллеру, устройство работает в режиме эмуляции обычного жесткого диска, и операционная система “видит” карту flash-памяти стандарта PC-Card как обычный сменный накопитель. Правда, в настольную систему для работы с внешним PCMCIA-накопителем придется устанавливать специальный “картоприемник”. Такой считыватель карт подключается на старых машинах через PCI-слот, что не очень удобно. В более современных системах кард-ридер-адаптер подключается к USB-разъему - и это гораздо удобнее. Зато PCMCIA-разъемом по умолчанию оборудуются многие ноутбуки.
И все же, несмотря на то что PC-Card является надежной и хорошо отработанной технологией, популярность накопителей этого формата падает. Причина в немалых (по современным меркам, конечно) габаритах
PC-Card. В настоящее время PCMCIA-накопители применяются в ноутбуках и некоторых профессиональных моделях цифровых фотоаппаратов (вроде Nikon D3). Со специальным переходником PC-Card могут работать и с компьютерами семейства Pocket PC и Handheld PC, но это уже вчерашний день, поскольку flash-накопители более современных стандартов могут подключаться к указанным устройствам и без переходников, обозначаемых иногда термином jacket. Flash-карты стандарта Compact Flash впервые были представлены публике в 1994 г. компанией SanDisk, а в 1995 г. начала свою деятельность Compact Flash Association (CFA), которая занялась продвижением нового стандарта в жизнь. Учредителями ассоциации выступили такие столпы радиоэлектронной промышленности, как Hewlett Packard, Hitachi, IBM, Motorola, Canon, Eastman Kodak Company, SanDisk, Seiko Epson и ряд других компаний. Сейчас число членов CFA приближается к двум сотням, а карточки Compact Flash являются, очевидно, самым распространенным и недорогим типом сменной flash-памяти. На сегодня карты этого стандарта используются в фото- и видеотехнике Canon, Nikon, Minolta, Olympus, Pentax, Ricoh, Kodak, Agfa, Jenoptic, Casio и многих других изделиях менее известных производителей.
Основная задача, которая ставилась при разработке стандарта: сохранив преимущества карт с интерфейсом АТА (PC-Card), существенно уменьшить их размеры. И задача эта была успешно решена. Можно говорить о том, что именно с Compact Flash устройств началась эра портативных цифровых устройств, многие из которых и по сей день обладают слотами для подключения карт Compact Flash. Стандарт включает 2 типоразмера - Type I и II. Различия, как и в случае с PCMCIA-устройствами, в толщине карточек. В форм-факторе CF Type I выпускаются карты flash-памяти, а в форм-факторе CF Type II - разнообразная периферия для цифровой техники (модемы, миниатюрные винчестеры, приемники системы спутникового позиционирования GPS и так далее).
В карты CompactFlash встроен контроллер, который берет на себя функции по управлению flash-устройством, что не требует размещения дополнительных микросхем в самом портативном цифровом устройстве и упрощает конструкцию слота. Благодаря такому решению добавление CF-слота почти не сказывается на стоимости гаджета. Кстати, существуют и специальные переходники Compact Flash - PC-Сard, которые позволяют использовать карты Compact Flash в устройствах, оборудованных PCMCIA-разъемами.
Что касается энергопотребления, то, в соответствии со стандартом, существуют карты Compact Flash, рассчитанные на напряжение питание 5 В и 3,3 В. При этом CF-слот в состоянии корректно поддерживать устройства обоих типов, однако 5-вольтовые карты являются устаревшими и проигрывают своим низковольтным собратьям в энергосбережении, что важно для малогабаритных цифровых устройств.
Отдельного упоминания заслуживают устройства, продвигаемые под маркой Compact Flash IBM Microdrive (стандарт Compact Flash II). В отличие от своих собратьев, построенных на основе flash-микросхем, изделие IBM является самым настоящим микровинчестером, размещенным в стандартном корпусе устройства Compact Flash II. Несомненный плюс - большой объем накопителя, а безусловный минус - как и обычный винчестер, такая “память” боится тряски и ударов. Memory Stick - формат flash-карт памяти, разработанный в 1998 г. компанией Sony, которой принадлежат и все права на этот стандарт. Соответственно, карты памяти Memory Stick применяются в первую очередь в карманных компьютерах, MP3-плейерах, цифровых фотоаппаратах и видеокамерах производства именно этой японской компании. Продвигая свою продукцию, Sony неизменно отмечает малые габариты собственного детища и наличие особого переключателя, предотвращающего случайное стирание хранящейся на карте информации. Стандартные Memory Stick представляют собой 10-контактные карты с последовательным интерфейсом, очертаниями напоминающие пластинку жевательной резинки. Sony продвигает 3 типа карт: Memory Stick, Memory Stick Magic Gate (MG) и Memory Stick Duo.
Memory Stick Magic Gate (MG) - это карты с внедренной технологией защиты авторских прав MagicGate. Правда, насколько подобное нужно пользователям, как правило, приобретающим цифровые устройства для удовлетворения собственных нужд - не совсем понятно. Внешне карточки отличаются цветом: обычные карточки голубые, а Magic Gate - белые.
Что касается карт с приставкой Duo, то они отличаются меньшими размерами (1/3 от стандартной длины) и весом, а также могут иметь модификацию MG. Однако для использования карточек Duo в устройствах стандарта Memory Stick необходим специальный адаптер. На это надо обращать внимание при покупке карты памяти, например, для цифровой видеокамеры или фотоаппарата Sony. В остальном каких-то серьезных преимуществ перед другими стандартами карты Memory Stick не имеют, подчеркивая разве что оригинальность Sony, которая не стала пользоваться готовыми решениями и создала свой стандарт.
Стандарт SmartMedia является торговым наименованием устройств, обозначаемых так же, как SSFDC - Solid State Floppy Disk Card. То есть, говоря по-русски, SSFDC - это “твердотельная дискета”. Карточки указанного стандарта имеют габариты 37x45x0.76 мм и весят 2 г. При этом максимальный теоретический объем памяти карточки SmartMedia, определяемый спецификацией стандарта, составляет 8 Gb.
Стандарт был разработан в 1995 г. компанией Toshiba, а его продвижением занимается организация SSFDC Forum, в рядах которой немало известных компаний: кроме самой Toshiba, еще Fuji, Matsushita, Phison Electronics Corp и другие. В отличие от Compact Flash, в картах SmartMedia (SM) отсутствует встроенный контроллер, что, по замыслу создателей, должно снижать их стоимость (логично предположить, что пропорционально этому увеличивается стоимость устройств, способных работать с картами SmartMedia). Кстати, из-за отсутствия контроллера в самой карте для работы со SmartMedia невозможно применять пассивные переходники, а считыватели карт обойдутся покупателю по цене от $30 до $50.
Рабочие напряжения у SmartMedia такие же, как и у Compact Flash, то есть 5 В и 3,3 В. При этом следует обратить внимание на особенность: в отличие от Compact Flash, оборудование, предназначенное для работы со SmartMedia, не всегда может работать с картами обоих типов. Поэтому, чтобы сделать различие между картами наглядным, у SmartMedia-накопителей, работающих при напряжении 5 В, срезан левый верхний уголок, а у их “коллег”, функционирующих при напряжении питания 3,3 В, отсутствует правый верхний уголок. Правда “пожиратели энергии” на 5 В сейчас уже не выпускаются. До недавнего времени максимальная емкость карт составляла 128 Мb, однако на сегодняшний день в продаже уже есть устройства объемом в 256 Мb (в частности, изделия SanDisk и Viking).
Что касается практики применения, то SmartMedia-карты используются, как правило, в цифровых камерах и МРЗ-плейерах, редко встречаясь в прочих цифровых гаджетах. При этом надо помнить, что новые модули большой емкости не всегда могут быть установлены в старые модели цифровых устройств. Причина в том, что контроллер, управляющий работой карты, размещен “на борту” самого устройства, а не в корпусе карты, соответственно, поскольку на момент выпуска, например, фотоаппарата не существовало SM-карт емкостью 128 Мb, то и работать с такими “гигантами” контроллер не может. Это является серьезным недостатком устройств SmartMedia. Теперь о стандарте MultiMediaСard (ММС). Эти карты получили широкое распространение в качестве внешних устройств памяти именно для наладонных компьютеров и смартфонов. Впрочем, и цифровые фотоаппараты, и MP3-плейеры, и игровые устройства, и ноутбуки, и прочие цифровые устройства также являются потенциальными активными потребителями этого продукта. Продвигает стандарт MMC Association, в состав которой входят Hewlett Packard, Renesas Technology, Infineon Technologies Flash, Lexar Media, Micron Technology, Nokia Mobile Phones, Power Digital Card, Samsung Electronics, Sanyo Electric и прочие производители цифровой техники. Причем многие из них являются одновременно и членами Compact Flash Association… Сам стандарт впервые был представлен публике в ноябре 1997 г. и явился результатом совместных усилий SanDisk Corporation и Siemens AG/Infineon Technologies AG.
MMC-карта по ширине примерно вдвое меньше, чем накопитель CompactFlash, а габаритами близка к крупной почтовой марке (24х32х1,4 мм) с семью контактными площадками на нижней стороне корпуса. При этом, в отличие от CompactFlash, карты стандарта MMC снабжены защитой от случайного стирания записанной на них информации: на корпусе имеется механический переключатель блокировки записи (как у 3,5-дюймовых флоппи-дискет). В структуру MMC-карты, так же как и у CompactFlash, включен контроллер, управляющий работой карты, что упрощает работу с ней и обеспечивает ее совместимость со многими устройствами.
Вес карточек MMC составляет всего 1,5 г, поэтому их особенно охотно используют производители карманных компьютеров и сотовых телефонов. Еще одно преимущество ММС-карт перед “одноклассниками” - сниженное энергопотребление, что достигается за счет уменьшения питающего напряжения до 3,3 или 2,7 В. Да и объемом MMC-карты тоже могут похвастаться - сейчас серийно производятся устройства емкостью в 1 Gb.
Модификацией формата MultiMediaCard являются карты Secure Digital Card или SD-Card. Инициатива создания “безопасных” карт исходила от компаний Matsushita Electronic (торговая марка Panasonic), SanDisk и Toshiba. Новые карты были призваны решить две задачи: учесть веяния времени, связанные с защитой авторской информации - это во-первых. И во-вторых, увеличить доступный пользователям объем памяти.
Карты SD чуть толще карт MMC (на 0,7 мм) и отличаются двумя дополнительными контактами (9 контактов у SD против 7 у MMC). За счет модификации стандарта предельная теоретическая емкость карт возросла до 2 Gb, увеличилась также и скорость обмена данными. При этом “классические” MMC-карты полностью совместимы с устройствами, способными работать с SD-картами, а вот обратная совместимость наблюдается отнюдь не всегда, что нужно учитывать при покупке новомодных SD-карт. Кстати, в стандарте MMC- и SD-карт выпускаются не только внешние накопители, но и разного рода “примочки”, вроде GPS-приемников или FM-тюнеров, подключаемых к наладонным компьютерам через SD-разъем. Ну а возможность защиты авторских прав позволила продавцам выпустить в продажу книги и песни на SD-носителях.
И наконец, одним из самых последних внедренных в жизнь стандартов flash-устройств стал xD-Picture Card, о котором мир узнал 30 июля 2002 г., когда компании Olympus и FujiFilm объявили о выпуске миниатюрных карт flash-памяти нового формата. Префикс xD расшифровывается как extreme digital, и, по мнению компаний-разработчиков, должен подчеркнуть использование этого носителя для хранения аудио- и видеоданных. В Olympus и FujiFilm полагают, что носитель нового формата должен прийти на смену устаревшим картам SmartMedia.
При этом одной из причин создания новинки была названа тенденция к уменьшению размеров цифровых фотокамер. Габариты xD-Picture Card действительно очень невелики (20x25x1,7 мм), а теоретически достижимая емкость носителя составляет 8 Gb. Правда, первая линейка xD-Picture включала карты емкостью 16, 32, 64 и 128 Мb. К концу 2002 г. появилась 256-мегабайтная версия xD-Picture, а позже и 512-мегабайтная.
В соответствии со спецификациями стандарта максимальная скорость чтения данных с карт xD-Picture составляет 5 Мb/s, скорость записи - 3 Mb/s. Напряжение питания - 3,3 В; потребляемая при работе мощность - 25 мВт. Как и SmartMedia, карты xD-Picture не имеют в своем составе контроллера.
Интересная особенность - все новые фотоаппараты Fuji и Olympus, совместимые с картами xD-Picture, позволяют устанавливать и модули SmartMedia. Для этого применено оригинальное техническое решение: в слоте памяти аппарата контактные группы располагаются с разных сторон, что и обеспечивает совместимость техники с двумя разными стандартами flash-карт.
Кстати, для xD-Picture-карт существует специальный адаптер, выполненный в виде CompactFlash-карты, который после установки в него xD-Picture обеспечивает совместимость новинки со всеми устройствами, поддерживающими CompactFlash.
Вместо заключения
Подводя итог всему вышесказанному, нужно признать непреложный факт: flash-память - штука удобная и чрезвычайно полезная. Объединяя в себе черты, присущие одновременно и постоянной и оперативной памяти, “флэшки” способны восполнить нехватку “мозгов” у малогабаритных цифровых устройств, обеспечивая их владельцев практически неограниченными возможностями по хранению необходимых данных, объем которых ограничен лишь количеством имеющихся в наличии flash-накопителей. Одно плохо - не обошлось и тут без недостатков. Во-первых, форматов flash-устройств много, что накладно для владельца разнородных гаджетов, а во-вторых, все-таки ограничение на количество циклов перезаписи - свойство вполне реальное. Однако ж недостатки, как известно, существуют лишь для того, чтобы подчеркнуть достоинства, а их у flash-устройств много.
- Вперёд >
Введение Современный человек не в состоянии жить без информации. Но информация имеет такую особенность ее надо где–то хранить. Систем хранения информации сейчас довольно много. Ее можно хранить на магнитных носителях, можно хранить на оптических и магнитооптических носителях. Но перед человеком в наше время также стоит довольно важная проблема перенос информации из одного места в другое, а также не менее важная проблема хранения информации, и как следствие, надежность носителей. Именно поэтому так быстро развивались технологии, связанные с хранением информации. Но именно здесь встает несколько проблем. Первая это энергопотребление. Современной техника, такая как карманные компьютеры или MP3-плееры, обладает довольно ограниченными энергетическими ресурсами. Память, обычно используемая в ОЗУ компьютеров, требует постоянной подачи напряжения. Дисковые накопители могут сохранять информацию и без непрерывной подачи электричества, зато при записи и считывании данных тратят его за троих. Поэтому требовался носитель, который будет энергонезависимым при хранении и малопотребляющим энергию при записи и считывании информации. И тут хорошим выходом стала флэш–память. Носители на ее основе называются твердотельными, поскольку не имеют движущихся частей. И это еще одно преимущество данного типа памяти. Так что же такое Flash память, каковы ее преимущества и недостатки?
Что такое flash-память? Флэш-память - особый вид энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Энергонезависимая - не требующая дополнительной энергии для хранения данных (энергия требуется только для записи). Перезаписываемая - допускающая изменение (перезапись) хранимых в ней данных. Полупроводниковая (твердотельная) - не содержащая механически движущихся частей (как обычные жёсткие диски или CD), построенная на основе интегральных микросхем (IC-Chip). В отличие от многих других типов полупроводниковой памяти, ячейка флэш-памяти не содержит конденсаторов – типичная ячейка флэш- памяти состоит всего-навсего из одного транзистора особой архитектуры. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется, что достигается не только благодаря успехам в миниатюризации размеров транзисторов, но и благодаря конструктивным находкам, позволяющим в одной ячейке флэш-памяти хранить несколько бит информации.
Появилась же flash-память благодаря усилиям японских ученых. В 1984 г. компания Toshiba объявила о создании нового типа запоминающих устройств, а годом позже начала производство микросхем емкостью 256 Кbit. Правда, событие это, вероятно в силу малой востребованности в то время подобной памяти, не всколыхнуло мировую общественность. Второе рождение flash-микросхем произошло уже под брэндом Intel в 1988 г., когда мировой гигант радиоэлектронной промышленности разработал собственный вариант flash- памяти. Однако в течение почти целого десятилетия новинка оставалась вещью, широко известной лишь в узких кругах инженеров-компьютерщиков. И только появление малогабаритных цифровых устройств, требовавших для своей работы значительных объемов памяти, стало началом роста популярности flash-устройств. Начиная с 1997 г. flash- накопители стали использоваться в цифровых фотоаппаратах, потом ареал обитания твердотельной памяти с возможностью хранения и многократной перезаписи данных стал охватывать MP3-плейеры, наладонные компьютеры, цифровые видеокамеры и прочие миниатюрные игрушки для взрослых любителей цифрового мира.
."Что в имени тебе моем?" Кстати сказать, как до сих пор идут споры о том, какой же все-таки год, 1984 или 1988-й, нужно считать временем появления настоящей flash-памяти, точно так же споры вызывает и происхождение самого термина flash, применяемого для обозначения этого класса устройств. Если обратиться к толковому словарю, то выяснится многозначность слова flash. Оно может обозначать короткий кадр фильма, вспышку, мелькание или отжиг стекла. Согласно основной версии, термин flash появился в лабораториях компании Toshiba как характеристика скорости стирания и записи микросхемы флэш-памяти in a flash, то есть в мгновение ока. С другой стороны, причиной появления термина может быть слово, используемое для обозначения процесса прожигания памяти ПЗУ, который достался новинке в наследство от предшественников. В английском языке засвечивание или прожигание микросхемы постоянного запоминающего устройства обозначается словом flashing. По третьей версии слово flash отражает особенность процесса записи данных в микросхемах этого типа. Дело в том, что, в отличие от прежнего ПЗУ, запись и стирание данных во flash-памяти производится блоками-кадрами, а термин flash как раз и имеет в качестве одного из значений – короткий кадр фильма.
Организация flash-памяти Ячейки флэш-памяти бывают как на одном, так и на двух транзисторах. В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора со специальной электрически изолированной областью ("плавающим" затвором - floating gate), способной хранить заряд многие годы. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации. При записи заряд помещается на плавающий затвор одним из двух способов (зависит от типа ячейки): методом инжекции "горячих" электронов или методом туннелирования электронов. Стирание содержимого ячейки (снятие заряда с "плавающего" затвора) производится методом тунеллирования.записитуннелирования Стирание Как правило, наличие заряда на транзисторе понимается как логический "0", а его отсутствие - как логическая "1".
Общий принцип работы ячейки флэш-памяти. Рассмотрим простейшую ячейку флэш-памяти на одном n-p-n транзисторе. При чтении, в отсутствие заряда на "плавающем" затворе, под воздействием положительного поля на управляющем затворе, образуется n-канал в подложке между истоком и стоком, и возникает ток. Наличие заряда на "плавающем" затворе меняет вольт-амперные характеристики транзистора таким образом, что при обычном для чтения напряжении канал не появляется, и тока между истоком и стоком не возникает. При программировании на сток и управляющий затвор подаётся высокое напряжение (причём на управляющий затвор напряжение подаётся приблизительно в два раза выше). "Горячие" электроны из канала инжектируются на плавающий затвор и изменяют вольт-амперные характеристики транзистора. Такие электроны называют "горячими" за то, что обладают высокой энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, создаваемого тонкой плёнкой диэлектрика.
История 1955 память на магнитных ядрах имеет тот же принцип чтения записи, что и MRAM 1989 учёные IBM сделали ряд ключевых открытий о «гигантском магниторезистивном эффекте» в тонкоплёночных структурах IBM и Infeneon установили общую программу развития MRAM NVE объявляет о Технологическом Обмене с Cypress Semiconductor кбит чип MRAM был представлен, изготовленный по 0,18 микрометров технологии Июнь Infeneon анонсирует 16-Мбит опытный образец, основанный на 0,18 микрометров технологии Сентябрь MRAM становится стандартным продуктом в Freescale, которая начала испытывать MRAM. Октябрь Тайваньские разработчики MRAM печатают 1 Мбит элементы на TSMC.TSMC Октябрь Micron бросает MRAM, обдумывает другие памяти.Micron Декабрь TSMC, NEC, Toshiba описывают новые ячейки MRAM.TSMCNECToshiba Декабрь Renesas Technology разрабатывают Высокоскоростную, Высоконадёжную Технологию MRAM Январь Cypress испытывает MRAM, использует NVE IP. Март Cypress продаёт дочернюю компанию MRAM. Июнь Honeywell сообщает таблицу данных для 1-Мбит радиационно-устойчивой MRAM, используя 0,15 микрометров технологию. Август рекорд MRAM: Ячейка памяти работает на 2ГГц. Ноябрь Renesas Technology и Grandis сотрудничают в Разработке 65 нм MRAM, применяя Вращательно Крутящее Перемещение. Декабрь Sony представляет первую лабораторию производящую вращательно-крутящее-перемещение MRAM, которая использует вращательно-поляризованный ток через туннельный магниторезистивный слой записать данные. Этот метод потребляет меньше энергии и более расширяемый чем обыкновенная MRAM. C дальнейшими преимуществами в материалах, этот процесс должен позволять для плотностей больших чем те возможные в DRAM. Декабрь Freescale Semiconductor Inc. анонсирует MRAM, которая использует магниевый оксид, лучше, чем алюминиевый оксид, позволяющий делать тоньше изолирующий туннельный барьер и улучшенное битовое сопротивление в течение цикла записи, таким образом, уменьшая требуемый ток записи Февраль Toshiba и NEC анонсировали 16 Мбит чип MRAM с новой «энерго-разветвляющейся» конструкцией. Они добились частоты перемещения в 200 МБ/с, с временем цикла 34 нс лучшая производительность любого чипа MRAM. Они также гордятся наименьшим физическим размером в своём классе 78,5 квадратных миллиметров и низким требованием энергии 1,8 вольт. Июль 10 Июля, Austin Texas Freescale Semiconductor начинают торговать 4-Mbit чипами MRAM, которые продаются приблизительно за $25.00 за чип.
Вместо заключения Подводя итог всему вышесказанному, нужно признать непреложный факт: flash-память – штука удобная и чрезвычайно полезная. Объединяя в себе черты, присущие одновременно и постоянной и оперативной памяти, флэшки способны восполнить нехватку мозгов у малогабаритных цифровых устройств, обеспечивая их владельцев практически неограниченными возможностями по хранению необходимых данных, объем которых ограничен лишь количеством имеющихся в наличии flash- накопителей. Одно плохо – не обошлось и тут без недостатков. Во-первых, форматов flash-устройств много, что накладно для владельца разнородных гаджетов, а во-вторых, все-таки ограничение на количество циклов перезаписи – свойство вполне реальное. Однако ж недостатки, как известно, существуют лишь для того, чтобы подчеркнуть достоинства, а их у flash-устройств много
Универсальность
Аббревиатура USB означает, что для подключения этих устройств не требуются специальные «дисководы» или адаптеры, кроме имеющегося в каждом современном компьютере или ноутбуке USB порта. Это является одной из причин того, что с самого начала своего возникновения флеш-накопители завоевали большую популярность среди пользователей. Практически все операционные системы, установленные на вашем оборудовании, автоматически распознают флеш-накопитель как дополнительный съемный диск.
Компактность
Стандартный размер USB Flash-drive 70 х 20 х 10 мм (некоторые модели больше, некоторые намного меньше). При этом вес флешки не превышает 20-30 грамм.
Надежность
Внутри устройств отсутствуют механические движущиеся части, что делает их более устойчивыми к механическим воздействиям (вибрациям и ударам) по сравнению с другими носителями информации и во много раз снижает энергопотребление. Кроме того корпуса флеш-накопителей изготавливаются из разных удароустойчивых материалов (пластик, кожа, металл, резина).
Скорость передачи данных
- Интерфейс USB 1.1 - до 12 Мбит/с.
- Интерфейс USB 2.0 - до 480 Мбит/с.
- Анонсированный в 2008 году (но пока не запущенный в использование) Интерфейс USB 3.0 - до 4,8 Гбит/с.
Объем и плотность записи
Объемы памяти современных флеш-накопителей начинаются от 256 Мб. Самые распространенные емкости на сегодняшний день - 2-4 Гб. Максимальная емкость - 128 Гб. Другими словами - объемы памяти флешек на любой вкус и для любых задач, от использования их в качестве «ключей» для входа в базы данных, до хранения разнообразных фильмов в формате DivX.
При этом у всех флеш-накопителей высокая плотность записи информации (значительно выше чем у CD или DVD).
Защита данных
Защита данных, хранящихся на флешке, может производиться как с помощью механического воздействия, так и на программном уровне. В первом случае - некоторые флеш-карты имеют специальный механический переключатель защиты от записи (он обозначается двумя пиктограммами: открытым и закрытым замочком). Во втором случае, с помощью специального программного обеспечения, часть или все данные закрываются паролем и обратиться к этой области флеш-карты или отформатировать ее можно только зная пароль доступа.
Функция загрузочного диска
Как и у CD дисков, у большинства USB flash drive предусмотрена возможность использования их в качестве загрузочного устройства наподобие системного диска. Некоторые производители предлагают вместе с флеш-накопителем специальное программное обеспечение, которое позволяет сделать флешку «загрузочной».
Работоспособность в специальных условиях
Флеш-накопители способны безотказно работать в широком диапазоне температур (от -40 до +70 0С) и относительной влажности (5% - 90 %).
Дизайн и дополнительные функции
Внешний вид флеш-накопителей - очень разнообразный и многогранный. Это различные материалы корпуса и широкая цветовая гамма, элементы ювелирной отделки и флешки с прозрачным корпусом, наполненным разноцветной жидкостью, в форме корпоративного логотипа или муляжа любой продукции…
Заслуживают внимание и дополнительные функции нестандартных флеш-накопителей: фонарик, лазерная указка, флешка-шариковая ручка, флешка-силиконовый браслет и многое другое.
Недостатки флешек
Цикличность записи-стирания
Флеш-накопители имеют ограниченное число циклов записи-стирания перед выходом из строя. Приблизительное количество циклов - 100 тысяч. То есть, если вы 10 раз в день на 1 Гб флешку будете записывать и стирать информацию объемом 1 Гб - она выйдет из строя через 25-26 лет.
Скорость передачи данных
Существует мнение, что скорость записи/чтения информации с флешки уменьшается со временем. Возможно это и так, однако официального подтверждения этой информации пока не существует.
Внешний вид
Большинство стандартных флеш-накопителей имеют колпачок, закрывающий USB разъем и предотвращающий его повреждение. Недостатком этого элемента флешки является то, что он постоянно теряется или забывается. Иногда производитель изготавливает вместо колпачка специальный механизм скрытия разъема - колпачок уже потерять нельзя (так как его нет), однако механическая конструкция больше подвержена износу.
Учитывая все вышеизложенные преимущества и недостатки флеш-накопителей можно прийти к следующему выводу - данный вид накопителей являются одними из самых оптимальных устройств для хранения и переноса данных.
Мы предлагаем флешки только с оригинальными комплектующими от заводов производителей. На всю продукцию даётся гарантия 1 год. На это следует обратить особое внимание, по причине массового появления на Российском рынке некачественных флешек. Наши флешки выгодно отличаются высокой работоспособностью и отсутствием дефектов. Они поддержат Вашу репутацию и закрепят долгосрочность Ваших отношений с Партнёрами.
Мы предлагаем множество решений для придания изделиям неповторимости Вашего фирменного стиля!
Наш девиз: качество, индивидуальность и практичность!
Мы делаем Ваш Бизнес узнаваемым!!
Вадим Болотнов, директор Центра решений КРОК на базе технологии EMC.
Сегодня все более острым становится вопрос ускорения работы ИТ-сервисов при постоянно растущих объемах данных. Для многих приложений решением является перенос хранилищ на флэш-память. Основная задача состоит в том, чтобы определить, для каких приложений в ЦОД малое время отклика действительно критично. После их перемещения на флэш-накопители приложения, оставшиеся на «традиционных» дисках, также получат прирост производительности.
Жесткий диск против флэш-памяти
Современный сервер - это электронное устройство, где почти нет движущихся механических частей. Исключение составляют разве что жесткий диск (HDD) и вентиляторы охлаждения. Технологическим пределом при передаче информации между электронными устройствами является скорость света, но у жесткого диска предел скорости ограничивается максимальной механической скоростью вращения шпинделя. Поэтому он обрабатывает информацию в сотни и тысячи раз медленнее, чем процессоры и память. Пока скорость процессоров увеличивалась в десятки раз, жесткие диски эволюционировали гораздо медленнее. Сейчас они на том же уровне, что и в конце 20 века. Из-за этого многие приложения, для которых строятся центры обработки данных, работают медленнее, чем могли бы. В результате дорогостоящие высоконагруженные серверы простаивают, пока информация считывается и записывается на жесткий диск.
.png)
Рис. 1. Относительный рост скорости процессоров и механических жестких дисков
Актуальность флэш-памяти
Объемы информации и скорость ее обработки растут, и наши требования в связи с этим тоже только повышаются. Жизнь в современном мире становится все быстрее, и не в последнюю очередь благодаря технологиям. У нас нет желания тратить время на ожидание, пользуясь электронными услугами через Интернет, банкомат или стоя в очереди в кассу супермаркета. Низкая скорость работы системы, которая так раздражает нас, может быть следствием медленного функционирования дисковой подсистемы на центральном сервере.
Проблему ввода-вывода способна решить флэш-память, она обладает гораздо большей скоростью отклика. В лабораторных условиях оптимальный жесткий диск обрабатывает запрос в среднем 6-7 миллисекунд, а флэш-память - 0,1 миллисекунду. При этом она может обрабатывать в десятки и сотни раз больше транзакций по сравнению с жестким диском, имеющим ограничение в 150-200 операций в секунду.
Но это не означает, что жесткий диск «умер» и от него надо отказаться. Вот уже многие годы предрекают смерть магнитной ленте в системах резервного копирования. Флэш-память пока дороже, чем обычный HDD. Ее лучше использовать для ограниченного круга задач, ведь не всем приложениям нужна высокая скорость отклика. Стоимость флэш-памяти может тоже варьироваться. Есть как дорогая и надежная SLC (Single-level cell) флэш-память, так и бюджетная MLC (Multi-level cell), но с меньшим сроком службы. В ячейку SLC записывается один бит информации, в ячейку MLC - два. В промышленных решениях часто используют SLC флэш-память, в потребительских же товарах - менее дорогую MLC. Но сейчас тенденция меняется, и MLC-память начинают использовать в корпоративных СХД.
Принимая решение о внедрении флэш-накопителе в ЦОД, надо понимать, есть ли в компании ИТ-задачи, оперативное выполнение которых позволит заработать больше денег. Например, существует отчет, который хотелось бы запускать ежедневно, но он считается сутки, и поэтому его запускают еженедельно. В итоге, прогноз цен в торговой сети делается некорректно, или партнерам выдается не вполне актуальная информация, или вкладчики уходят в другой банк, недовольные медленной работой банкоматов. Если есть такие задачи, их реализацию практически всегда можно ускорить с помощью флэш-памяти. Очень часто полагают, что проблема - в неправильно написанном приложении, но можно реально ускорить работу с помощью дисковой подсистемы. Серьезно повысить эффективность можно только за счет одних технологий, не переписывая код. Ценность флэш-памяти не в объемах, а в скорости, и надо применять её для подходящих приложений, считая стоимость не в рублях за гигабайты, а в рублях за транзакции (IOPS).
В каких же случаях помогает флэш-память? Большие базы данных, которые сейчас чаще всего размещаются на дисковых массивах старшего класса можно переместить на накопители. Например, когда пользователи SAP жалуются на медленную работу приложения, скорее всего, проблему сможет решить перевод хранилища на флэш-память. Одна СХД с флэш-памятью может заменить одну или даже несколько стоек в ЦОД.
Флэш-память стоит вводить и тогда, когда в компании ведется большой проект по виртуализации рабочих станций. Сама по себе виртуализация рабочих станций - интересная и перспективная технология, у нее масса преимуществ - от упрощения поддержки пользователей до упрощения защиты данных. При этом надо понимать, что виртуализация рабочих станций подразумевает большую нагрузку на СХД. Иногда здесь даже не помогает добавление флэш-дисков в традиционную СХД, так как могут не справляться контролеры. Системы хранения, целиком построенные на флэш-памяти и оптимизированные под нее, справляются с такими задачами гораздо лучше.
Представьте: работа сотен и тысяч пользователей, которые до этого взаимодействовали только со своими жесткими дисками, «ложится на плечи» одной СХД. В своей практике я уже сталкивался с ситуацией, когда счет виртуальных машин шел на сотни, существующая СХД переставала справляться. Одна из популярных технологий, которая позволяет экономить место на СХД при виртуализации рабочих станций, - это использование «золотого образа». Когда необходимо 1000 компьютеров с Windows 7, не надо устанавливать 1000 дистрибьютивов и занимать несколько терабайт файлами операционной системы.
Система виртуализации создаст один, так называемый «золотой», образ операционной системы. При этом все пользователи будут читать с него, а на их виртуальных машинах будут храниться только файлы, отличные, от тех, что хранятся в «золотом образе». Понятно, что на небольшой объем дискового пространства приходится огромное количество операций чтения. И если «золотой образ» как-то серьезно меняется, то это вызывает обновление тысячи рабочих станций и создает очень большую нагрузку на СХД. Будучи в десятки раз быстрее, флэш-память намного лучше справляется с такой задачей.
.jpg)
Рис. 2. Сравнение внедрения VDI на традиционной и flash СХД, на примере Violin Memory.
Конечно, чаще всего в переходе на флэш-память нуждаются большие компании, но этот переход может быть полезен и средним компаниям. Например, чтобы эффективно выполнить задачу, бывает достаточно купить 3-4 флэш-диска вместо 20-40 жестких дисков для важного приложения.
Внедрение флэш-памяти в существующую инфраструктуру хранения
Есть несколько способ внедрения флэш-памяти в существующую инфраструктуру хранения. Первый и самый бюджетный вариант - уставить флэш-память непосредственно в сервере - при помощи флэш-накопителя SSD или карты с интерфейсом PСI Express, содержащей чипы флэш-памяти. Это недорогой способ ускорения работы сервера, но у него есть ряд недостатков, из-за которых большинство компаний в свое время отказалось хранить данные на внутренних дисках и ушли в направлении СХД. В частности, это пониженная отказоустойчивость, сложность в обслуживании, недостаточная емкость, невозможность задействовать флэш-память одновременно для нескольких серверов. Емкость флэш-памяти в рамках одного сервера ограничена количеством PCI-e-слотов и производительностью RAID-контроллера, поэтому вряд ли удастся получить больше 2 Тбайт.
Два следующих варианта внедрения флэш-памяти связаны с наиболее распространенным способом хранения данных - централизованным. Плюс в отказоустойчивости и в том, что можно разделить ресурсы этой дорогой флэш-памяти между несколькими задачами. Я редко в своей практике сталкивался ситуацией, когда серверы могут сильно нагрузить такую СХД, даже если заказчик крупный.
Один из способов связан с вендорами традиционных систем хранения - IBM, HP, EMC, HDS, которые много лет делали СХД на обычных жестких дисках. Так как они уже несколько лет поддерживают SSD, получается довольно простой способ использовать флэш-память для тех, у кого такая система уже есть — можно купить несколько жестких дисков из флэш-памяти и вставить в полки СХД. Плюс в простоте, и в том, что вы покупаете решение у проверенного вендора.
Минус в том, что эти системы пришли из прошлого, у них недостаточно мощные контроллеры, в которых содержатся миллионы строчек кода, «заточенного» под механику. Далеко не всегда эти алгоритмы подойдут для флэш-памяти. Понятно, что вендорам, которые много лет работали с жесткими дисками, сложно сразу перейти на флэш-память, тем более есть много приложений, которые хорошо чувствуют себя на жестких дисках. Поэтому для оптимального использования SSD можно создать многоуровневую систему хранения данных.
Система сама разделяет данные на те, которым быстрый доступ нужен и те которым он не требуется или вообще являются архивными. Принцип простой, система анализирует запросы и те данные, которые запрашиваются чаще, отправляются на флэш-память, а те которые реже на жесткие диски SAS или SATA. Этот подход позволяет оптимальным образом использовать еще пока дорогие флэш-накопители, но при этом у него есть и свои недостатки.
Один из главных минусов - система не может перемещать данные в реальном времени и подстраиваться под непредсказуемый профиль нагрузки. Алгоритм может только прогнозировать на основе статистики, как часто будут запрашиваться те или иные. Следовательно, есть вероятность не угадать, что приведет к замедлению приложения. К тому же флэш-память стремительно дешевеет, и возможно скоро такие сложные алгоритмы будут не так актуальны - например, можно будет положить все данные на флэш-память MLC.
Следующий способ внедрения флэш-памяти также связан с централизованной СХД. Есть ряд новых вендоров, которые начали разработку «с нуля» уже в 21 веке. Их системы создавались конкретно под флэш-память. Они управляют пулом флэш-памяти как единым целым и позволяют минимизировать недостатки - ограничения по количеству циклов перезаписи, недостаточную скорость записи по сравнению с чтением и прочее. Один из самых удачных примеров — Violin Memory, один из лидеров этого рынка. Несколько известных компаний инвестировали в Violin, и один из самых серьезных инвесторов - компания Toshiba, которая изобрела NAND-память.
Если есть высоконагруженное приложение, то можно просто перенести его целиком на такую новую систему хранения, а если оно очень большое, или получается слишком дорого - перенести самые нагруженные тома. Специализированные СХД масштабируются до десятков и сотен терабайт флэш-памяти.
И последний подход — использование не просто СХД с флэш-памятью, а попытка добавить еще один уровень кэш-памяти между серверами и существующими системами хранения. Некоторые производители СХД (EMC, NetApp) предлагают делать это внутри своих СХД. Ряд молодых компаний производит отдельно стоящие кэширующие СХД, которые подойдут к СХД любого вендора. На мой взгляд, в этом случае возникают серьезные риски совместимости и надежности. Если вдруг где-то произойдет малейший сбой, можно потерять данные, и соответственно деньги, время.
Интеграция СХД на флэш-памяти и традиционных систем хранения
Есть множество задач, которым сверхвысокая скорость обработки не нужна. Обычно надо выявить в ЦОД те приложения, которые требуют повышенной скорости дисковой системы, перенести их на флэш-СХД. Оставшиеся на «обычном» дисковом массиве приложения «вздохнут свободнее», и скорость их работы тоже повысится. Т.к. данные неумолимо растут, занять освободившееся место на СХД никогда не представит проблемы.
Мифы о флэш-памяти
Многие мифы о флэш-памяти связаны с тем, что она развивалась стремительно, практически у нас на глазах. И у многих понятие флэш-памяти ассоциируется с ранними флэш-накопителями USB и SSD. Действительно, их надежность оставляла желать лучшего. Причина в том, что флэш-память может выдержать ограниченное количество циклов «стирание - запись». SLC - примерно 100 000; MLC - 10 000. Это ограниченное количество циклов стираний и последующих записей приводится противниками флэш-памяти, как основной аргумент того, что она хуже жестких дисков.
Но не надо забывать, что жесткий диск - это механическое устройство, у которого тоже может сломаться как механическая, так и магнитная составляющая. А проблема ограниченного количества циклов перезаписи вполне решаема. Для того чтобы флэш-память служила многие годы или даже десятилетия, достаточно просто равномерно ее загружать. Нельзя, чтобы на одном участке было только чтение, а на другом - постоянные изменения. Данную задачу могут решить контроллеры СХД. Механизм, отвечающий за это, называется Wear Leveling (контроль равномерности износа). Так, у упомянутых систем Violin Memory этот алгоритм равномерно «изнашивает» все пространство СХД целиком. В других системах за Wear Leveling отвечает контроллер каждого SSD, что немного менее эффективно.
Еще один миф, что флэш-память подходит для чтения, но не подходит для записи. Это связано с механизмом обработки записи. Для того, что произвести запись в ячейку флэш-памяти предварительно ее надо очистить. Стирание происходит не с одной ячейкой, а с целым блоком, в котором объединяются от 64 до 128 и больше ячеек. И пока идет процесс стирания, все остальные операции останавливаются. Если один диск, на который постоянно что-то пишется, он будет занят процессом очищения для того, чтобы записать новые данные. И его производительность действительно будет намного меньше, чем просто при чтении с диска. Но ситуация меняется, если система хранения довольно большого объема, допустим на несколько терабайт. Тогда контролеры могут перераспределить нагрузку так, что этот эффект блокирования системы перед записью не будет сильно сказываться, и система сможет показывать практически такую же производительность на запись как и на чтение.
Что в итоге?
Флэш-память ускоряет работу серверов, оптимизирует занимаемое место в ЦОД, экономит энергию. Сегодня СХД, целиком построенные на флэш-памяти, являются серьезными конкурентами массивов высшего класса, которые часто наполняют десятками и сотнями жестких дисков, чтобы дать приложению нужную скорость, емкость часто вторична. Помимо первоначальной стоимости такого массива, он занимает довольно много места в ЦОД, требует питания и охлаждения. Если компания платит за аренду коммерческого ЦОД, то экономия на платежах - вполне серьезный довод.
Так как большинство корпоративного ПО - Oracle, SAP и т.д. - лицензируется именно по ядрам, можно сэкономить и на лицензиях за счет оптимизации процессов и уменьшения количества задействованных ядер. Если процессоры будут тратить меньше машинного времени, ожидая СХД, то они смогут производить больше вычислений в единицу времени. В итоге нам нужно будет меньше ядер для решения той же задачи.
И еще один немаловажный момент: срок жизни флэш-памяти намного больше, чем у обычных жестких дисков, и, соответственно, меньше расходы на поддержку, меньше риск потери данных, если выйдут из строя сразу два диска (чему подвержены обычные системы хранения).
По стоимости хранения информации за гигабайт, системы хранения на флэш-памяти еще несколько лет будут проигрывать системам на HDD, но по стоимости обработки информации (стоимости транзакции) они уже сейчас в несколько раз превосходят традиционные системы. Есть масса примеров в российской и мировой практике, когда огромные системы хранения заменялись на маленькие СХД на флэш-памяти, которые были по стоимости в несколько раз меньше, но демонстрировали удивительное ускорение приложений. Рискну предположить, что в будущем место сегодняшних дисков со скоростью вращения 15K и 10K займут SLC и MLC-чипы.
