Твердотельные накопители Samsung: набирая обороты

    Время идет, все вокруг меняется и технологии — не исключение. Если еще несколько лет тому назад хостинг на твердотельных накопителях был новинкой, то сейчас это уже норма. Не так давно SSD накопители даже небольшого объема стоили хороших денег, потому хостеры, как правило, в целях экономии предоставляли «гибридный» SSD хостинг: размещали базы данных клиентов на твердотельных накопителях, а остальные файлы сайтов на обычных жестких дисках. Когда же SSD накопители стали более доступными, компании начали переводить свою хостинг инфраструктуру полностью на твердотельные накопители. Высокая пропускная способность и низкая латентность транзакций диктуют многим ЦОДам делать выбор в сторону использования твердотельных накопителей (SSD), вместо жестких дисков (HDD). В свою очередь это позволяет избежать задержки в производительности, поднимает эффективность работы и надежности серверной фермы, а также дает возможность снизить эксплуатационные расходы. Мы не стали исключением и уже довольно долго предоставляем виртуальный хостинг на сверхбыстром хранилище SSD.



    Часто выбор нужного SSD для ЦОД являет собой долгий и сложный процесс, необходимо изучить и оценить множество различных поставщиков, типов SSD, так как известно, что не все предоставляемые на рынке накопители и типы флеш-памяти NAND одинаковы. Неправильный выбор твердотельных накопителей для долгосрочного использования на серверных фермах чреват не только финансовыми негативными последствиями. Накопитель может выйти из строя раньше времени, постоянная скорость записи будет снижаться, в то время как задержки в массиве накопителя, наоборот, будут увеличиваться.

    Во многих наших серверах, которые мы предоставляем клиентам используются твердотельные накопители компании Samsung. Еще в 2014 году компания Samsung Electronics заявила о начале массового производства первой флеш-памяти 3D NAND (известной как V-NAND) в сериях 850 Pro и 850 EVO SATA SSD. SSD 850 Pro cтал первым серийным флеш-накопителем, который был выполненный на базе 32-слойной технологии MLC 3D V-NAND.

    Вплоть до 2013 года компания Samsung Electronics являлась единственным изготовителем SSD на TLC NAND. Известная модель 840 EVO с 19 нм TLC NAND и плотностью кристалла 128 Гбит успешно занимала высокие позиции на рынке начиная с 2011 года. На данный момент компания заслужено является не только лидером по производству потребительских SSD, а также главным новатором в данной сфере. Уверенно можно заявить, что за несколько последних лет, Samsung завоевала этот рынок. Согласно данным аналитической компании Trendfocus доля компании достигла почти 40% мирового рынка по выпуску твердотельных накопителей.

    Одними из первых твердотельных накопителей, которые привели продукт компании Samsung к, так сказать, «золотому стандарту» были серии SSD 830 (2011 год) и 840 Pro (2014 год). Эти продукты быстро заняли свою нишу и получили звание лучших SATA SSD для высокопроизводительных персональных компьютеров верхнего ценового сегмента. Для массовых пользователей были выпущены накопители серии 840 и 840 EVO. Новаторством стало использование в накопителях трехбитовой TLC NAND. Благодаря применению данной технологии, стоимость продукта удалось значительно снизить, а компания опередила своих конкурентов на пару лет. Разработанный компанией контроллер MDX и TLC NAND обеспечили высокую производительность модели 840 PRO.

    Со временем Samsung запустила в серийный выпуск трехмерную флеш-память, известную как 3D V-NAND. Благодаря ей была решена проблема масштабируемости кристаллов флеш-памяти, а дальнейшее наращивание плотности хранения данных в кристаллах стало возможным путем размещения ячеек в трех плоскостях. Как уже упоминалось, в 2014 году компания Samsung Electronics заявила о начале массового производства первой флеш-памяти 3D NAND в сериях 850 Pro и 850 EVO SATA SSD. В свою очередь SSD 850 Pro cтал первым серийным флеш накопителем, который был выполнен на базе 32-слойной технологии MLC 3D V-NAND.



    За время использования, технология 3D V-NAND показала себя с лучшей стороны, благодаря расположению ячеек памяти в стеке площадь чипа используется более эффективно, а на кристалле можно располагать больше ячеек памяти. Первое поколение V-NAND имеет 24 вертикально сложенных слоев ячеек памяти, второе поколение — 32, а третье поколение — 48. К слову, применение в серверах SSD, основанных на V-NAND первого поколения на 20 процентов улучшило производительность, вдвое повысило надежность. Это и стало толчком к следующим новаторским разработкам второго и третего поколения V-NAND.

    SSD серии 850 Pro (на базе 32-слойной MLC 3D V-NAND) характерно значительное увеличение производительности и надежности. Если говорить о его стоимости, то она довольно высока. Поэтому компания занялась разработкой массового продукта, который мог бы сочетать в себе высокую производительность, надежность, но при этом оставаться доступным. Так увидел свет SSD серии 850 EVO, трехмерная флеш-память которого объединила многослойную 3D V-NAND и архитектуру TLC NAND.

    На данный момент 850 PRO и 850 EVO старших объемов — два разных продукта. В 850 PRO используется двухбитовая MLC-память, а в 850 EVO – трехбитовая TLC.

    850 серия твердотельных накопителей постоянно развивалась, в 2015 году компания выпустила SSD объемом 2 ТБ. Емкость применяемых в 850 Pro полупроводниковых кристаллов 32-слойной MLC V-NAND выросла с 86 Гбит до 128 Гбит. В 850 EVO емкость осталась прежней -128 Гбит. Такая емкость кристаллов в 850 EVO еще ранее объяснялась записью в каждую ячейку не двух, а трех бит информации. 


    Позже в 2015 году, компания Samsung объявила о начале массового производства чипов флеш-памяти 3D V-NAND с емкостью 256 Гбит. В них использована V-NAND третьего поколения — 48-слойная трехбитная память ТLC. Благодаря использованию применяемых полупроводниковых кристаллов емкостью в 256 Гбит на одной подложке, появилась возможность производить SSD с емкостью в несколько терабайт. В начале 2016 года планировалось перевести уже существующие серии 850 и 950 на использование V-NAND нового третего поколения. Но переход к новым технологиям оказался не столь быстрым на практике.

    Накопители серии 850 EVO были обновлены новой TLC 3D V-NAND третьего поколения (увеличилось количество слоев и емкость кристаллов). Нужно заметить, что для производства новой TLC 3D V-NAND третьего поколения был применен более тонкий техпроцесс.



    Чипы новой флеш-памяти TLC 3D V-NAND третьего поколения потребляют на 30% меньше энергии, нежели их предшественники, но при этом на 40 % меньше по размерам, что дало возможность уменьшить себестоимость накопителей.

    Использование 48-слойной TLC 3D V-NAND третего поколения позволило нарастить емкость твердотельного накопителя до 4 ТБ при сохранении привычного форм-фактора (2,5 дюйма). В твердотельных накопителях серии 850 с емкостью до 1 ТБ использовался контроллер MGX, а в 2 и 4 ТБ — MHX. Контроллер MHX, который был применен в SSD 850 EVO 2 ТБ, поддерживает 4 ГБ памяти DRAM, потому он также был использован в SSD 850 EVO 4 ТБ. В 850 EVO v2 DRAM идет c более современным типом памяти стандарта LPDDR3. При этом размер его остался таким же, на каждый гигабайт емкости накопителя приходится 1 МБ емкости буфера.



    Казалось бы с ростом технических характеристик твердотельного накопителя, а именно емкости от 1 ТБ до 4 ТБ должна была увеличиться и скорость передачи данных. Но, как мы видим с появлением 4 ТБ Samsung 850 EVO способен считывать и записывать данные со скоростью, близкой к пределу пропускной способности интерфейса SATA 6 Гбит / с, что идентично версиям 850 EVO емкостью 500 ГБ, 1 ТБ и 2 ТБ. Максимальная скорость произвольного чтения/записи на уровне 98000/90000 операций ввода/вывода в секунду (input/output operations per second) для блоков по 4 Кбайт. Энергопотребление такого накопителя — 3,1/3,6 Вт во время активных операций чтения/записи.



    Пару слов о гарантийном ресурсе накопителя SSD 850 EVO 4 ТБ. На эти накопители Samsung предоставляет гарантию на 5 лет или 300 ТБ записи, выходит не больше чем на SSD 850 EVO 2 ТБ, так что в этом моменте порадовать пользователей нечем. В то же время, благодаря новому третьему поколению V-NAND, четырехтерабайтные твердотельные накопители порадуют некоторыми новшествами. Кроме того, что было увеличено количество уровней с 32 до 48, в разработку под названием «ловушка заряда» (charge-trap), используемую в V-NAND (в конструкции планарной флэш-памяти NAND используется транзистор с плавающим затвором) были внесены некоторые изменения: добавлен дополнительный металлический слой между соединениями, область размещения I/O на кристалле стала более продуманной и компактной, в результате чего плотность ячеек возросла с 1,86 Гбит/мм^2 для 32 -уровневой TLC до 2,6 Гбит/мм^2 для 48-уровневой TLC в SSD 4 ТБ 850 EVO.



    Еще одной «хитростью» Samsung является F-Chip, который компания презентовала на выставке ISSCC в 2015 году. В основном аппаратная архитектура твердотельных накопителей состоит из контроллера, флэш-памяти NAND и DRAM. F-Chip работает по тому же принципу, что и FB-DIMMs (Fully Buffered Dual In-Line Memory Module) для DRAM. Напомним, что FB-DIMM — новый вид серверной памяти, позволяющий при уменьшении количества проводников значительно повысить частоты работы модулей и благодаря последовательному интерфейсу увеличить общий объем памяти на сервере, каждый модуль FB-DIMM содержит микросхему Advanced Memory Buffer, она осуществляет высокоскоростную буферизацию и конверсию всех сигналов, не только данных но и передачи адреса. Так вот, вместо того, чтобы напрямую подключить SSD контроллер к стеку NAND кристаллов с помощью многоточечной шины, используется F-Chip — интерфейс, который соединяет SSD с двумя группами, состоящих из 4 NAND кристаллов. Благодаря тому, что небольшой F-Chip включает в себя те же BGA package, что и NAND стек, для подключение к NAND используется всего 4 чипа вместо 8 или 16. Площадь занимаемая F-Chip — 0,057 мм^2.

    Сравнить его с корпоративными SSD, производительность и показатели которых на порядок выше, чем у потребительских систем? Было бы тоже не совсем верно. Твердотельные накопители такой емкости, как правило, предназначены для серверов и ЦОД, они поддерживают ряд технологий, которые увеличивают надежность и производительность, а, следовательно, и цена на них более высока. Например накопитель PM863 (SATA) производства Samsung емкостью в 3,84 ТБ стоит порядка $2200, а PM1633 (SAS) 3,84 ТБ на рынке от $3092. Не секрет, что предела у цены на твердотельные накопители большей производительности, емкости и выносливости может варьироваться («бесконечность не предел»). Компании уже представили на рынке 2,5-дюймовые SSD объемом свыше 10 ТБ, цена, соответственно, свыше $10 000, за $20 000 и дороже можно заказать специализированные решения. Поэтому $1500 за Samsung SSD 850 EVO 4ТБ вполне сносно и даже выгодно.



    Пару слов о новшествах от Samsung


    2016 год


    В прошлом году Samsung анонсировала свое четвертое поколение 64-слойную 3D NAND. Это четвертое поколение V-NAND в настоящее время находится в массовом производстве и будет поставляться во многие сегменты продуктов в ближайшие месяцы. Большинство продуктов будут использовать либо 256 ГБ, либо 512 ГБ TLC-матрицы.


    64-слойные микросхемы 256 Гбит V-NAND и 1-ТБ M.2 SSD

    По сравнению с 48-слойным V-NAND третьего поколения, 64-слойная V-NAND обеспечивает такую ​же производительность чтения, но демонстрирует на 11% высшую производительность при операциях записи. Улучшены показатели потребления энергии. Samsung утверждает, что их 64-слойная V-NAND TLC рассчитана от 7 000 до 20 000 общего количества циклов чтения/записи. Изготовление 64-слойных чипов 256 ГБ свидетельствует о том, что Samsung на данный момент наращивает объем производства своих чипов V-NAND четвертого поколения, логично ожидать появления новых продуктов на основе таких микросхем (например SSD, карт памяти и т.д.).

    2017 год


    На прошлой неделе Samsung анонсировала 96 слойную V-NAND пятого поколения. Флэш-память пятого поколения от Samsung — QLC NAND (может хранить в одной ячейке четыре бита) емкостью 128 ГБ.

    Также компания Samsung представила обновленную версию Z-NAND памяти, плюсом которой является обеспечение меньшей задержки, чем в существующей флеш-памяти. Модификация существующей 3D-архитектура V-NAND на основе SLC-ячеек дает латенси чтения — 3µs, что обеспечивает в 15 раз высшую скорость по сравнению с флэш-памятью V-NAND (MLC или TLC). Их первый продукт построенный Z-NAND — Z-SSD SZ985 с суммарной задержкой при операциях чтения менее чем 15µs. Z-SSD SZ985 в 5.5 раз быстрее, чем высокопроизводительные SSD корпоративного класса на базе TLC. Samsung представила второе поколение Z-NAND, на основе MLC NAND вместо SLC. Хотя латенси при операциях чтения составляет 5µs, вместо 3µs, но обеспечивается большая плотность хранения данных. Кроме перспективной новой технологии Z-NAND памяти, компания работает над технологиями памяти на основе фазового перехода и магниторезистивной памяти ST-MRAM.

    Среди представленных SSD (на базе вышеупомянутых технологий V-NAND) — 128-битный 2,5-дюймовый SAS SSD на базе QLC V-NAND. Кристаллы будут упаковываться в 32-кристальные конструкции (стеки), и размещается такой SSD в корпусе типа BGA.

    Samsung предварительно представил форм-фактор для SSD корпоративного класса, который на данный момент называл — NGSFF. Печатная плата размером 30,5 мм х 110 мм значительно шире, чем распространенные форм-факторы M.2. За счет того, что печатная плата постороена на металлическом основании, возможна горячая замена накопителя. Samsung продемонстрировал 1U-сервер под кодовым названием «Mission Peak», где общая емкость 36 SSD накопителей PM983 в форм-факторе NGSFF составила 576ТБ, каждый SSD обьемом 16 ТБ.

    Samsung разрабатывает новую технологию key/value, с помощью которой SSD при обработке не трасформируют данные в блоки. Само название технологии говорит за себя — «key» ключ предоставляет возможность напрямую адресовать местоположение данных, в итоге получаем масштабируемые параметры производительности и емкости, повышение скорости ввода и вывода данных. Enterprice SSD от Samsung поддерживают функцию NVMe 1.3 Controller Memory Buffer и IO Determinism, что позволит избежать блокировку операций с одним набором, операциями с другим набором.

    Время не стоит на месте, создание и внедрение новых технологий, соответственно тоже. На рынке в наше время представлены разнообразные предложения, которые оптимально удовлетворят любого пользователя. Все ограничивается только лишь вашими потребностями и возможностями.

    На правах рекламы. Акция! Только сейчас получите до 4-х месяцев бесплатного пользования VPS (KVM) c выделенными накопителями в Нидерландах и США (конфигурации от VPS (KVM) — E5-2650v4 (6 Cores) / 10GB DDR4 / 240GB SSD или 4TB HDD / 1Gbps 10TB — $29 / месяц и выше, доступны варианты с RAID1 и RAID10), полноценным аналогом выделенных серверов, при заказе на срок 1-12 месяцев, условия акции здесь, cуществующие абоненты могут получить 2 месяца бонусом!

    Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
    ua-hosting.company 163,31
    Хостинг-провайдер: серверы в NL / US до 100 Гбит/с
    Поделиться публикацией
    Комментарии 21
    • 0
      Время идет, все вокруг меняется и технологии — не исключение.

      Может слишком капитанский тезис? :)
      Как раз технологии летят, что остальные не всегда успевают за ними меняться :)

      48-слойная трехбитная память ТLC

      Ого.
      Имеется в виду троичная логика?
      Или все же 3 ячейки по 1 двоичному биту? :)

      П.С.
      Статья показалась какой-то маркетинговой :)
      • +2
        Или все же 3 ячейки по 1 двоичному биту? :)

        нет, на одну ячейку 7 уровней
        • 0
          А что тогда значит трех в трехбитная память? :)
          И откуда взялось 7?
          Почему не 12? :)
          • +3
            А что тогда значит трех в трехбитная память? :)

            Трехбитная потому, что одна ячейка кодирует в себе три бита информации. Семь уровней заряда плюс его отсутствие = информационная емкость трех битов.
            • +1
              Спасибо, вопрос снят :)
      • 0
        Есть ли смысл в сервера ставить EVO-серию, и вообще, какое ваше мнение, в сервера — Samsung или Intel (я про одинаковый ценовой диапазон)?
        • 0
          Для каких задач будут использоваться серверы? В большинстве случаев смысла нет. А там, где есть — лучше взять NVMe накопители и серверы с ними.
          • 0
            А если хочется «оживить» работу старого сервера, у которого NVMe никак не поставить?

            Но хорошо, Intel vs Samsung, если из недорогих выбирать?
            • 0
              И те и те хороши. Мы часто применяем Samsung. Проблем нет. Intel также применяли. Samsung все же оказываются дешевле в каких-то случаях.

              Вот полезный ресурс: ssd.userbenchmark.com/Compare/Samsung-850-Pro-256GB-vs-Intel-730-Series-240GB/2385vs2031

              Но нужно понимать, что это все синтетические тесты, а не тесты на реальных приложениях.
          • 0
            dmitry_ch у нас из порядка 200 дисков из EVO вылетело в течение года их использования. Часть нам поменяли по гарантии, бажную серию можно было определить по определенным значениям нескольких параметров в смарте. Но в целом сейчас у нас почти не осталось EVO, есть немного PRO. Пока не было проблем только с PM серией, они работают. Но ценик у них не такой приятный.
            Интелов за все время пока вылетело всего 2 (полностью без признаков жизни).
          • 0
            А какие RAID-контроллеры рекомендуете использовать для SSD?
            • +1
              В новых платформах мы не закупаем контроллеры отдельно, так как мы используем платформы Dell R730xd стоимостью около 9000 евро habrahabr.ru/company/ua-hosting/blog/329618, в них уже установлен контроллер PERC H730 Mini, он волшебен, но в основном за счёт поддержки DAS Cache, который даёт прирост производительности в 2.5 раза в сравнении с аналогичными серверами HP. Так как мы используем платформу только на 12 накопителей максимум, то возможностей встроенного контроллера более, чем хватает.

              Сейчас эти серверы мы предлагаем в аренду по бросовой цене — 249 / месяц. В США мы можем предложить серверы по этой же цене с поддержкой NVMe SSD, в Нидерландах пока нет.

              По такой цене взять в аренду — это все-равно, что арендуешь, а тебе еще и доплачивают :) Но такое будет совсем не долго еще. Аукцион неслыханной щедрости скоро закончится и на новые заказы цены будут выше.
            • 0
              В ссд меня неустраивает только то что из названия модели совершенно невозможно понять какую скорость чтения\записи случайных блоков по 4Кб я в итоге получу. Чтобы сделать минимально осознаный выбор надо перечетать десяток статей с кучей графиков.
              • 0
                850 EVO — это г-но на палочке. Вечные тормоза и засраный ошибками TRIM dmesg.
                • 0
                  Это у вас какой-то неправильный EVO. У меня 256Г модель уже почти 2 года в бубунте работает. При температуре 55 градусов. Полёт нормальный.
                  • 0
                    Причем тут температура? Да и режим использования у всех разный.
                  • 0
                    А вы RAPID mode на нем включали, кстати? В винду это кнопка в Magician, а в линуксе есть консольная тулза.
                    • 0
                      А почему на заводе его не включают?
                      • 0
                        может я что-то не понимаю, но на сколько я помню EVO в линуксе не поддерживаются консольной утилитой. Может скажите версию которая точно поддерживает и работает?
                        А с прошками еще хуже…
                      • 0
                        у нас куча проблема с самсунгами 850 EVO и 850 PRO были.
                        характеризуется тем, что диск просто отваливается от сервера и не виден пока не перектнешь. емкость показывает в таком случае какие-то петабайты.
                        С тошибой и интелом на тех же серверах проблем не было. Долго мучали поставщика (xcom) сначала нам рассказывали, что это мы дураки и у них в винде все ок по тестам. Потом якобы самсунг признал что часть дисков у нас из бракованной партии и заменил.
                        Но в целом они все равно иногда тупо вываливаются. Так что если много денег — интел, хочется экономить — тошиба.
                        • 0
                          porutchik надо ядро по-новее, там автоматом блеклистится EVO то ли вообще все самсунги (коммит Торвальдсом сделан давно) у них глючный queued trim. А без него трим лучше на реальных задачах вообще не использовать.

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое