SSD con memoria ReRAM, una nuova architettura ibrida


Un gruppo di ricercatori giapponesi ha sviluppato un’architettura ibrida di SSD impiegando accanto a tradizionali chip di memoria NAND flash, la nuova memoria ReRAM, realizzata grazie alle recenti scoperte scientifiche legate al memristore.

La nuova architettura, presentata in occasione del 2012 Symposium on VLSI Circuits, consente di migliorare le prestazioni, estendere il ciclo di vita e ridurre il consumo energetico rispetto alle soluzioni SSD realizzati in maniera convenzionale.

Nel caso della memoria NAND flash, l’unità minima utilizzabile per scrivere dati, altresì chiamata “pagina” ha dimensioni di 16 kilobyte e non è possibile sovrascrivere dati sulla stess apagina. Per questo motivo un accesso casuale che sovrascrive 512byte di dati dovrà scrivere 16KB in un’area differente e canellare il dato originale. Questo particolare sistema di funzionamento mostra il fianco nel momento in cui gli SSD vengono utilizzati in applicazioni che richiedono un elevato numero di accessi casuali, come ad esempio nei server di istituzioni finanziarie, con la conseguenza di avere un abbassamento delle prestazioni di scrittura ed un incremento del consumo energetico.

Il gruppo di ricercatori, coordinato dal professor Ken Takeuchi, ha invece progettato un SSD ibrido che combina 256GB di memoria NAND flash assieme a 8 gigabit di memoria ReRAM che viene utilizzata sia come cache, sia come storage. La memoria ReRAM è in grado di supportare accessi casuali ad elevata velocità, caratteristica che permette non solo di migliorare le prestazioni dell’SSD e di ridurre il consumo energetico, ma anche di incrementare la vita del prodotto utilizzando la ReRAM per la scrittura di piccoli dati.

Nello specifico la scrittura dei dati viene controllata utilizzando tre algoritmi. Dapprima l’algoritmo Anti-Fragment scrive piccoli dati in unità di settori della ReRAM. Quando una pagina di dati è stata stoccata nella ReRAM, viene scritta nella memoria NAND Flash. Ciò comporta una riduzione nella frequenza di accesso casuale alla memoria NAND flash. Tuttavia, dal momento che la capacità della memoria ReRAM è limitatia, è possibile che dati che occupano il 60% delle dimensioni di una pagina vengano scritti direttamente sulla memoria NAND flash, in relazione allo spazio libero presente sulla ReRAM.

In secondo luogo, per sovrascrivere una piccola quantità di dati nella memoria NAND flash dopo aver scritto una pagina di dati in essa, entra in gioco l’algoritmo Reconsider as a Fragmentation che trasferisce la pagina di dati sulla ReRAM in maniera tale che i dati non siano frammentati nella memoria NAND Flash.

Infine l’algoritmo Most Recently Used Table va a conservare nella ReRAM i dati di frequente accesso. Questo algoritmo registra un certo numero degli ultimi indirizzi che sono stati usati per scrivere dati e mandati all’host, in maniera tale che i dati corrispondenti a quegli indirizzi vengano scritti nella ReRAM. Questo algoritmo si basa sull’assunto che gli indirizzi dei dati di frequente accesso sono conservati negli ultimi record.

Il gruppo di ricerca ha realizzato un prototipo di controller per queste funzioni e ha testato il tutto mediante un emulatore che ha confermato la possibilità di incrementare di 11 volte le prestazioni di scrittura, ridurre del 93% il consumo energetico ed incrementare di 6,9 volte la vita del prodotto.

E’ proprio quest’ultimo aspetto che ha il maggiore impatto sul mondo degli SSD. Quando questi vengono utilizzati nei datacenter, infatti, devono essere sostituiti con una certa periodicità per via del degrado, nel corso del tempo, delle prestazioni delle celle di memoria flash. Per questo motivo la possibilità di disporre di soluzioni SSD con un ciclo di vita più ampio consente di ridurre notevolmente i costi di allestimento.