Giriş: Modern Depolamanın Gizli Beyinleri

Her seferinde bir dosya veya bir işletim sistemini, küçük bir mikroişlemci depolama cihazının içinde tüm hafıza teknolojileri toplarken, bu işlemciler, veri depolama devriminin bir veya daha fazla mikroişlemci tarafından desteklenen - gerçek dünya performansı, güvenilirlik ve dayanıklılık. Katı-devlet sürücüleri (SSD) ve yüksek hızlı teknolojilere yol açıyorlar, bu işlemciler her şeyi yanlış çeviriden yanlış düzeltmeye, veri depolama devriminin herhangi bir kahramanını yaparak, onları bir veya daha fazla mikroişlemci haline getirirler.

Geleneksel sert disk sürücülerinin basit bilgisayar döngülerinden farklı olarak, modern depolama mikroişlemciler NVMe, PCIe ve GPU gibi protokolleri ile iletişim kurarlar.In storage requests, low-end CPUs in complex. They manage multiple kanalları of NAND flash memory, real-time algoritmaları for wear leveling and çöp koleksiyonu, and communicate with the host system through protokolleri such NVMe, PCIe, ve akıllı. As storage requests - with AI workloads, high-frenancy trade, and 8K video düzenleme

SSD'lerdeki Mikroişlemcilerin Orta Rol

Bir SSD'de, mikroişlemcinin beyni olarak hareket eder, doğrudan NAND flash hafızasını kontrol eden bir yazılımdır. Bu işlemci, basit bir bellek serisinden modern bir SSD'yi ayırt eden tüm kritik işlemlerden sorumludur.Eğer yetenekli bir mikroişlemci olmadan, flaş belleği yavaş, güvenilmez ve erken başarısızlıklara eğilimli olacaktır.

Flash Translation Katman (FTL)

En temel görev Flash Translation Katmanı (FTL) Flash hafıza doğrudan yazılamaz; yeni veriler yazılabilir ve silinmelidir. Mikroişmanlık FTL algoritmaları, işlemcinin düşük seviyeli flaş operasyonlarına bağlı olarak, düşük seviyeli dosya sistemi komutlarını işlemek için mantıksal olarak kullanılmalıdır.

Multi-Channel Data Management

Yüksek performanslı SSDs, bant genişliğini artırmak için paralel olarak çalışan çok sayıda NAND kanalı kullanıyor. Mikroişman orkestraları bu kanallarda şeritlenen veriler, şişeleri dağıtmayı ve ayrıca kendi devlet makinelerini ve bubell yönetimi gerektiren her kanalla, tüm zaman zaman zamanlayıcıları, merkezi mikroişlemci E18 veya Samsung'un ev tasarımlarında – sekiz veya on sekiz kanala kadar – kendi devlet makinelerini ve bubelli yönetimini de yönetiyor.

DRAM ve Cache Hierarchy

Çoğu yüksek uç SSD, otomatik olarak masaları depolamak ve sıklıkla erişimli verileri depolamak için bir DRAM önbellekleri ve önbellekleri arasındaki tahkim, otomatikleme ve tahkimleri kontrol eder. Ayrıca, satış dayanıklılıklarını hız için uygular, bu uçucu önbellek verilerinin özel donanım kapasitörler kullanarak güvenli NAND'ye indirgenmesini sağlar.

Data Storage Cihazlarında Mikroişlemcilerin Anahtar Fonksiyonlar

Temel flaş yönetiminin ötesinde, bir depolama cihazındaki mikroişlemci genel performansı, güvenilirliğini ve uzunluğu tanımlayan birkaç görev-kritik işlevi yerine getirir.

Hata düzeltme ve Data Integrity

NAND flash bellek doğal olarak güvenilmez; süreç düğümleri ve hücreler yıpranma işlemi olarak biraz hata artırılır. Modern mikroişlemciler, düşük seviyeli Parity-Check (LDPC) ve BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) gibi güçlü hata düzeltme kodları uygularlar (ECC) ve bu kontroller genel amaçlı kumandanlar, genel amaçlı anahtarlamalar ile ilgili olarak özel donanım hızlandırıcıları kullanır.

Örneğin, 1e-15 veya daha iyi bir şekilde düzeltilmiş veri koruması ve tüketici sürücüleri artık düzeltilmemiş bir miktar hata oranı elde edebilir (UBER) çünkü mikroişlemciler hafıza aşınmasına, sıcaklıklara ve işletim saatlerine göre hata düzeltme gücüne uyum sağlayabilir.

Seviye ve Endurance Yönetimi

Her NAND hücresi, tüm cihazda bile yazan son derece fazla sayıda program-erase döngüsüne dayanabiliyor (SLC, MLC, TLC, QLC) Mikroişlemci sürekli olarak parçalar siliniyor ve tüm cihazı korumak için kullanılan ölçeklendirme algoritmaları uygulayın. Dinamik aşınma seviyesi daha genç olanlara bağlı olarak, statik aşınma seviyesi yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Gelişmiş sürücüler de tahmin edilebilir başarısızlık analizi içerir: Mikroişlemci, silinmiş sayma, program zamanı artış ve biraz hata skew, sonra yedek blok paylaşımı ve veri göçü proaktif olarak ayarlar.ETHFLT:0)Mikron'un ticari SSD belgeleri[FLT], kontrol kontrol kontrolleri, ürün ömrünü yalnızca 20–40% ile akıllı aşınma yoluyla genişletir.

Garbage Collection ve TRIM

Bir dosya işletim sistemi tarafından silindiğinde, SSD hemen şu blokları silmiyor. Mikroişlemci, her iki hız ve dayanıklılıktan sonra geçerli verileri kısmen yerine getirmeli ve koleksiyona karşı yeni yazı yazmaya hazır hale getirmelidir. Etkili çöp toplama olmadan, arsa sahibi TRIM komutunu da ele alır, her iki hız ve dayanıklılık sağlar. Mikroişlemci, koleksiyonu tetikler için gerçek zamanlı çalışma yük analizlerini kullanır ve yükleme analizlerini sağlar.

Host İletişim Protokolü

Mikroişlemci, arayüz için tam protokol yığını uygular - yedek parçaları, SAS veya NVMe üzerinde PCIe. For NVMe, bu, birden fazla gönderimi ve tamamlanma kuyruklarını yönetmek, kömürleri kesmek, güç durumu geçişleri ve NVMe-MI yönetim uç noktaları ile devam etmelidir. Kontrolcüler, veri işaretçileri savunmak ve ev sahibi tarafta DMA transferlerini en az CPU müdahalesini koordine etmek zorundadır.

Güç Yönetimi ve Termal Throttling

SSD'ler ağır iş yükleri altında önemli ısı yaratır, özellikle kompakt M.2 form faktörlerde. Mikroişlemci, PCB ve NAND paketleri arasında sıcaklık sensörlerini izleyebilir, saat hızlarını ayarlayın, gerilim ve aktivite planlamaları, bağlantı sıcaklıklarını spesifikasyon içinde korumak için çalışır. Ayrıca Advanced Power Management özelliklerini yönetir: PCIe 5.0 sürücüleri için aktif güç tüketimi 10W'u geçebilirken, mikroişlemci 5mW'nin altında bırakmalı.

Geleneksel SSD'lerin Ötesinde Hedefler

Depolamadaki mikroişlemcilerin rolü, klasik NAND tabanlı SSD'lerin ötesine geçen yeni teknolojiler olarak hızla gelişmektedir. Bu gelişmeler daha fazla hesaplama gücü ve özel eğitim setleri talep etmektedir.

Kumaşlar Üzerinde NVMe (NVMe-oF)

NVMe-oF, yüksek performanslı NVMe protokolü Ethernet (tek RDMA) gibi ağ kumaşları üzerinde genişletiyor, Fibre Channel veya InfiniBand. Depolama kontrolörünün mikroişlemci artık sadece yerel I/O değil, aynı zamanda ağ paketi işleme, uzaktan doğrudan hafıza erişimi (RDMA) yaşam döngüsü yönetimi ve sıkışıklık kontrolü için gerekli olan bir ağ yığını ve sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kontrol etmek gerekirse.

Intel Optane ve Storage-Class Memory

Intel'in Optane teknolojisi ( 3D XPoint'e göre) hafıza ve depolama arasındaki çizgiyi bulanıklaştırır. Kontrolcüleri yakın hafıza havuzlarında bulunan mikroişlemcilere ihtiyaç duyar ve hem hafıza bazlı SSD'leri (load/store) hem de depolama benzeri olmayan arabirimleri idare eder.

C ⁇ Storage Storage

En büyük değişim, depolama cihazının kendisini doğrudan veri toplama, şifreleme, veritabanı filtreleme veya hatta hafif ML inference gibi şirketler (SmartSSD) ve NGD Systems, verileri sorumlu tutmadan hesaplanan iş yükleri arasında doğrudan işlem yapan ARM veya RISC-V işlemcileri yer alıyor.

[FONT=0]SNIA'nın bilgisayar depolama çalışma grubu[[DÜT:1), cihazın mikroişlemcinin “sahkalama fonksiyonları” ve “komput ekspres” komutları ile gerçekleştirebileceğini tanımlar.Bu yönde mikroişlemciler heterojen hesaplama kümelerine evrimleşir, genel amaçlı anahtarlama için donanım hızlandırıcıları karıştırır, şifreleme ve model eşleştirme için.

PCIe 5.0 ve 6.0 Implications

Her yeni PCIe nesli çift bant genişliği sunuyor. PCIe 5.0 64 GB / toplam (X16) ve PCIe 6.0 256 GB /s - hafıza otobüs hızlarını yaygınlaştırmak için.Testing memory s.The microprocessor in the control tasks and data movement, while private Hardware handles and more sofistike DMA engines. Some Controllers now use multiple işlemci çekirdeği (e.g., 4-8 ARMCtex-R serisi çekirdekleri) paralel kontrol görevleri ve verileri hareket etmek için daha hızlı bir şekilde çalışırken, CRC nesli ve TLP işleme işlemleri tekrarlanır.

Depolama Cihazlarında Mikroişlemcilerin Geleceği

Veri nesli üstel olarak büyüdükçe, depolama mikroişlemcilere yerleştirilen talepler yoğunlaşacaktır. Birkaç trend bir sonraki kontrol nesillerini tanımlayacaktır.

AI-Driven Data Management

Makine öğrenme algoritmaları iş yük modellerini tahmin edebilir, flaş blok tahsisini optimize edebilir ve bu modelleri kullanarak işlemcileri doğru bir şekilde uygulamanız gerekir (küçük NPU gibi) hafif kodlu motorlarda doğrudan çalışır ve metadatasını sıcak bir önbellekle tutarken, soğuk veri tabanında daha yavaştır.

Bütünleşik Güvenlik ve Kriptografi

Depolama güvenliği basit AES-XTS şifrelemesinin ötesine geçiyor. Future mikroişlemciler güvenli bir boot, izole infaz ortamları (TrustZone veya eşdeğer) ve tüm aynı mikroişlemci tarafından yönetilen güvenlik ve performans zinciri ile birlikte, kontrol edici robotları kontrol altına alacak.

Multi-Chip Modül (MCM) Mimarlık

CPU ve GPU'lar çipiz tasarımlara taşınırken, depolama kontrolörleri takip edecektir. Yüksek performanslı bir SSD bir hesaplama çiple (Genel amaçlı temellerle), bir bellek arayüzü çiplet (DRAM ve NAND PHYs), bir güvenlik çipleri ve kompresyon /RAID için bir hızlandırıcı çiple iletişim kurabilir.

RISC-V in Storage Controllers

RISC-V, depolama iş yüklerine özel talimatlar ekleme yeteneği olarak trafiğe sahip bir özelliktir. Örneğin, vektör uzantıları iyi kodlayıcı satıcılar (örneğin, LDPC decoding veya NGD Systems) FTL rekleksiyon için RISC-V çekirdeklerini kabul etti. Ekosistemler için özel talimatlar özel olarak ekleyebiliriz.

Performans Metrikleri: Mikroişlemcilerin Çoğu Madde

Pazarlamacılar genellikle açık okuma / yazma hızlarına odaklanır, ancak gerçek dünya performansı, iki çekirdekli bir Klançı (IOPS) ve son derece karışık iş yükleri altında 1.5 milyon rastgele okuma IOPS'a bağlıdır, üç milyon IOPS'yi aşamaya kadar sürebilir. - paralel komut işleme ve daha iyi önbellek kullanımı doğrudan bir sonuç.

Latency, özellikle de yüzde 99.9'luk kuyruk gecikmesi, bilgisayar yürütme gecikmeleri tarafından yönetilir. Mikroişlemci çöp toplama veya zaman duyarlı bir okuma isteği geldiğinde seviyeleme ile meşgulse, geçncy aksakları. Future kontrolörleri mikrosaniyeler içinde ön boş altyapı operasyonları uygular, veritabanı işlemleri veya gerçek zamanlı analitik uygulamalar gibi geç saatlerde hizmet kalitesini garanti eder.

Sonuç: Evolving Brain of Storage

Yüksek hızlı bir depolama cihazının içindeki mikroişlemci artık basit bir gömülü kontrol değildir - karmaşık, çok çekirdekli bir SoC, paralel veri kanallarını yöneten, gerçek zamanlı hata düzeltmesini gerçekleştirir, makine öğrenme algoritmaları tasarlayın ve kontrol edilen yüksek hızlı kumaşlar ile iletişim kurar.Demirlerin bilgisayar depolama, depolama sınıfı hafızaya geçinceye kadar güçle hareket ettikçe, bu işlemcilerin yeteneklerini doğrudan veri depolamadaki yenilikleri belirler.

Daha fazla okuma için, ESRAT:0)Flash Memory Summit), kontrol mimarlıklarında yıllık güncellemeler için yapılan işlemler veya [[ŞUYUÇAYD inceleme arşivleri AnandTech)'te, gerçek dünya performans ölçümleri için, depolamadaki işlemcinin kritik rolünü ortaya koyar.