基本介紹
- 中文名：軟體定義快閃記憶體
- 外文名：Software Defined Flash
- 套用領域：企業存儲和數據中心
- 概念提出者：PMC-Sierra公司
概念簡介,快閃記憶體現狀及趨勢,軟體定義快閃記憶體的起因,解決方案,套用領域及優勢,
概念簡介
具體而言，“軟體定義快閃記憶體”（SDF）解決方案融合了IBM FlashSystem全快閃記憶體陣列產品與IBM軟體定義存儲產品系列IBM Spectrum Storage各自的優勢，並且還融入了IBM Platform Computing在軟體定義計算方面的優秀能力，通過其存儲資源管理、套用調度功能，用戶可根據不同的套用需求對存儲資源進行匹配與套用最佳化，從而最大程度發揮IBM FlashSystem全快閃記憶體陣列產品在容量、I/O性能上的優勢，從而大幅提升用戶在開展高性能計算、大數據分析等套用時的表現。
快閃記憶體現狀及趨勢
隨著大數據套用的興起，在諸如記憶體中分析及資料庫信息處理等套用中，性能一直是關鍵的考量因素。因此，企業級固態盤（SSD）正迅速崛起。然而，隨著全快閃記憶體陣列的性價比不斷改善（包括每次IOP的費用（$/IOP）及每個工作負荷的開銷（$/workload）），也存在著轉向全SSD存儲陣列的趨勢。
基於快閃記憶體的SSD不僅在企業存儲中所占比例有所提升，它還成為了幾乎無所不在的核心存儲部件，通過運用高速快取或存儲分層來確保優異的最終客戶體驗。然而價格仍是阻礙其通用的瓶頸，因此對於SSD產業而言，最合理的趨勢就是力圖通過”技術復用”來滿足客戶所需求的高性價比並增加技術的採納度。
串列SCSi（SAS）市場
串列SCSi（SAS）市場以串列SCSi（SAS）市場為例，有三種截然不同的SSD使用模式（通常用五年間的每日隨機填充（RFPD）或五年間每天填滿整個硬碟xx次的指標來進行衡量）：讀密集型負荷為1-3RFPD，混合型負荷是5-10RFPD，寫密集型負荷為20+ RFPD（如圖）。除此之外，不同的客戶群(企業以及數據中心)對於在其基礎架構中採用何種SSD以進行套用最佳化和擴展都有不同的需求。這些不同通常體現在產品驗證中對服務年限、性能、功耗及對邊緣條件的敏感度等方面的要求。因此，SSD廠家的挑戰在於滿足這種種紛繁多樣的需求的同時，提供性價比優良的解決方案。
此外，在過去幾年中，我們見證了消費者對於快閃記憶體的無限渴求，同時快閃記憶體也迅速創造了10億美元的產業。因此快閃記憶體技術有望成為數據中心領域新的明星。
軟體定義快閃記憶體的起因
近兩年來，軟體定義這個聲音可謂是不絕於耳。無論是IT廠商、用戶還是媒體，都在熱烈討論著它。軟體定義，實質上是通過虛擬化將軟體和硬體分離出來，將伺服器、存儲和網路三大計算資源池化，最終實現將這些池化的虛擬資源進行按需分割和重新組合。
這個概念目前也套用到了快閃記憶體領域，我們稱之為軟體定義快閃記憶體（Software Defined Flash），指的是使用基於快閃記憶體的SSD來運行軟體及固件，以實現從冷存儲到高性能SSD及高性價比高速快取等不同需求。它的出現主要源於以下幾種原因：
1． 隨著控制器開發成本與風險的提升，運用軟體來進行最佳化的理念不僅變得日益風行，而且成為了生存的必需。控制器的開發通常光是晶片就要高達數千萬美金，並且還時常需要多個版本，愈加增大了成本及出錯風險率。
2． 進行高速設計及特定原型最佳化（SAS或NVMe）所需的開發人員並非唾手可得。因此，軟體定義快閃記憶體，即利用處理器上的固件來進行硬體最佳化，就日益成為業界用針對不同套用模式來最佳化快閃記憶體的有效途徑。
3． 產品驗證的費用可能非常龐大，企業級SSD的驗證周期也可能非常漫長，因此，上市時間要求緊迫的解決方案也可以在實際條件許可的前提下，儘可能廣泛地充分利用晶片及固件的復用。
解決方案
要支持從高性價比的冷存儲到用於資料庫套用的高性能SSD等如此多樣的需求，就需要一種精心設計的、靈活的晶片架構來提供軟體定義的解決方案。而解決方案需要支持基於用戶不同需求的軟體最佳化，如：
· 不同密度及超容量NAND級別
· 不同的DRAM數目
· 常需要支持Toggle及ONFI，以便維持NAND使用的靈活度
PMC的12G SAS快閃記憶體控制器可支持多種不同配置：
如圖所示，靈活架構的PMC12G SAS快閃記憶體控制器，可通過改變若干特性，如功率、快閃記憶體密度、DRAM密度、快閃記憶體種類及主機接口頻寬等，來實現採用統一晶片完成各種定製化的方案。因此，通過對固件及存儲作出不同的選擇，PMC12G SAS快閃記憶體控制器可提供從冷存儲（性價比高但性能較差）到高速快取的轉接卡（優質存儲、性能較高）等全方位的解決方案。
套用領域及優勢
通過軟體定義快閃記憶體及靈活的快閃記憶體控制器，可以解決一些常見的快閃記憶體設計難點：
o 快閃記憶體設備之間的原型通信：不僅僅是不同廠商的NAND之間存在差異（ONFI及toggle原型），每個廠商提供的產品中也存在有原型變更。比如，從五位地址改為六位，或在普通命令前添加前綴命令等。利用固件來實現原型即可靈活地適應這些改變。此外，固件定義的原型也讓快閃記憶體廠家具備在產品中設計特殊訪問的能力。
o 快閃記憶體對編程及讀規模的規則參差不齊：基於固件的解決方案可以適應多變的要求，採用快閃記憶體的各種不同變種，甚至可以藉此開發硬體還根本不存在的新快閃記憶體。在固件中既有底層的原型處理，也有編程及讀控制，實現的解決方案因此足夠靈活，可以運用多種多樣的快閃記憶體。
o 微調算法/產品差異化：向上到更高層的算法，如垃圾處理及損耗均衡，快閃記憶體中還有許多複雜的細節處理。在固件中控制自底層向上到這些算法的一切環節，可以微調這些高層算法，使之在不同種類的快閃記憶體上發揮最優。故此，可以充分利用快閃記憶體廠家在產品設計上的差異性，從而針對不同的套用提供最最佳化的方案。
靈活的處理器架構是軟體定義快閃記憶體實行最佳化，支撐不同的使用模式、NAND種類及配置，讓快閃記憶體發揮最大效益的核心所在。此外，軟體定義快閃記憶體的一大優勢是降低成本，這樣一來就加速了基於NAND的SSD的部署，最終改善用戶體驗。相信在未來幾年中，軟體定義的快閃記憶體會有更大的發展。
