SCM ، حافظه کلاس استوریج ، storage class memory

SCM یا حافظه کلاس استوریج چیست و چه کاربردی دارد؟

SCM یا حافظه کلاس استوریج (storage class memory) و حافظه ماندگار (persistent memory) توانایی آوردن داده‌­های ماندگار حتی نزدیک تر به CPU و توسعه ظرفیت حافظه‌ی فرّار با استفاده از ذخیره سازی فلش را دارد. در این مقاله قصد داریم که انواع حافظه کلاس استوریج را بررسی کنیم.

هر ساله و یا هر فصل سازندگان کامپیوترها و ریزپردازنده‌ها، محصولات جدید خود را به دنیای دیجیتال ما می‌آورند تا هر سال کامپیوتر ما قابلیت‌هایی داشته باشد که سال قبل حتی فکرش را هم نمی‌کردم. در این میان بنیان‌گذار شرکت اینتل (Intel)، گوردن مور (Gordon Moore) این پدیده و پیشرفت را 50 سال پیش حدس زده بود. به گفته او تعداد ترانزیستور‌های ریز پردازنده‌ها هر 18ماه به دو برابر افزایش می‌یابد. گفته او به صورت قانونی به نام قانون مور درآمد.

طبیعی است که این 2 برابر شدن تعداد ترانزیستورها (خواه در یک سال باشد یا در 18 ماه) به معنای این است که ابعاد ترانزیستورها در حال نصف شدن است. این امر بدان معنی است که به سرعت به جایی خواهیم رسید که محدودیتهای فیزیکی اجازه این نصف شدن ابعاد را نخواهند داد. این یعنی نزدیک شدن به پایان قانون مور، هر چند احتمالا این قانون تا حدود 10 سال دیگر همچنان معتبر خواهد بود.

بر اساس قانون مور سرعت پردازش کامپیوترها روز به روز بیشتر می‌شود. به ویژه ریزپردازنده‌­ها و حافظه­‌ها مرزهای عملکرد و سرعت خود را افزایش می‌­دهند. ذخیره‌سازی ماندگار یا Persistent storage همواره در جایی که یک I/O (ورودی/خروجی) برای دیسک لازم است از DRAM بارگذاری و یا در آن ذخیره می‌کند. ذخیره سازی فلش یا Flash storage توان عملیاتی و تاخیر را در سطح مدیا بهبود بخشید، درحالی که NVMe در خود پروتکل ذخیره سازی شروع به بهینه سازی در زمینه آدرس دهی کرد. NVMe و ذخیره سازی محلی نقش مزایای حرکت مدیا ماندگار نزدیک به CPU را پررنگ تر می‌کند. کاهش مسیرهای I/O (ورودی/خروجی) و تغییر مسیر ذخیره‌سازی به یک باس ارتباطی با دسترسی مستقیم حافظه از بهبود و مزایای حاصل از NVMe می‌باشد. SCM یا حافظه کلاس استوریج (storage class memory) و حافظه ماندگار (persistent memory) توانایی آوردن داده‌های ماندگار حتی نزدیک تر به CPU و توسعه ظرفیت حافظه‌ی فرّار با استفاده از ذخیره سازی فلش را دارد.

 

حافظهSCM سری ذخیره سازی NVMe:

اولین حافظه کلاس استوریج  به نام NVMe مخفف Non-Volatile Memory Express می‌باشد. NVMe مشخصه باس ارتباطی جدیدی است که می‌توان با استفاده از آن دسترسی بسیار سریع تری به هاردهای SSD  داشته باشیم و نوع این ارتباط PCI-Express می‌باشد. Non-Volatile Memory به حافظه‌ای گفته می‌شود که داده‌های موجود آن با قطعی جریانهای الکتریکی از بین نمی‌روند و اصلا فرار نمی‌باشند. قابلیت NVM Express سرعت عمل هاردهای SSD را افزایش می‌دهد. البته نوع دیگری از این قابلیت با نام NVM وجود دارد که سرعت بسیار پایین تری نسبت به ارتباط NVMe دارد.

قابلیت NVMe استانداردی برای تسریع عملکرد هارد درایوهای مبتنی بر کانکتور M.2 و SATA Express و همچنین SSD هایی که به شکل کارتهای PCI Express هستند می‌باشد و پورت جدیدی محسوب نمی‌شود. استاندارد NVM Express یا به اختصار NVMe استاندارد جدید برای دسترسی به حافظه‌های SSD می‌باشد که استفاده از این استاندارد باعث کاهش تأخیر، افزایش تعداد عملیات ورودی و خروجی در ثانیه و نیز کاهش مصرف انرژی می‌شود. تکنولوژی NVMe (Non-Volatile Memory Express) در واقع یک رابط کاربری برای مدیریت دستگاه‌های ذخیره سازی است که برای اتصال دستگاه‌های SSD از آن در اینترپرایز و کامپیوترهای خانگی استفاده می‌شود. این رابط از باس PCIe برای اتصال بهره می‌برد.

اتصال NVMe در واقع راه حل جایگزین برای SCSI و SATA به شمار می‌رود که در حال حاضر به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. دستورالعمل‌های مربوط به SATA و SCSI در زمانی طراحی شده است که از هارد دیسک ها (HDD) و دستگاه‌های ذخیره سازی نواری برای نگه‌داری اطلاعات استفاده می‌شد، NVMe به نوعی طراحی شده تا از مدیا‌ پرسرعت تر پشتیبانی کند. مزیت اصلی دستگاه‌های ذخیره‌سازی SSD با اتصال NVMe تسبت به SATA کاهش میزان زمان تاخیر است. در واقع این درگاه با کاهش تاخیر و افزایش ورودی و خروجی دستور العمل از هر ثانیه (IOPS)، باعث کاهش مصرف انرژی و زمان می‌شود. این مقدار کاهش رابطه مستقیمی با اندازه استاندارد (Form Factor) و البته تعداد خطوط PCIe در حال استفاده دارد. NVMe می‌تواند از انواع مختلفی SSD که از مدل‌های متفاوت حافظه Non-Volatile مثل NAND یا 3D XPoint استفاده می‌کنند پشتیبانی کند. تکنولوژی 3D XPoint توسط اینتل و میکرون به صورت مشترک ساخته شده است. این تکنولوژی می‌تواند میزبان اندازه‌های استاندارد مختلفی مثل M.2، کارت‌های PCIe و دستگاه‌های SSD با اندازه U.2 باشد. درایور های منبع این تکنولوژی توسط سیستم عامل‌های مختلف مثل ویندوز و لینوکس پشتیبانی می‌شود و برای استفاده از آنها مشکلی وجود ندارد.

SCM ، حافظه کلاس استوریج  ، storage class memory

حافظه ماندگار و حافظه SCM:

حافظه کلاس استوریج  دوم حافظه‌ی ماندگار به معنای هاست نمودن تعدادی بیشتری VM در ازای هر سرور با عملکرد بهبودیافته می‌باشد. ارزش حافظه‌ی ماندگار محدود به دیتابیس‌ها نمی‌باشد.  هنگامی‌که ماشین‌های مجازی بر روی Intel Optane DC Persistent Memory جای داده شوند، به دلیل ظرفیت حافظه‌ی بیشتر و بهبود عملکرد VMها، می‌توان به ازای هر سرور، تعداد VM بیشتری را هاست نمود.

با توجه به آنکه امرزه مقدار داده‌هایی که تولید و ذخیره می‌شوند، روزبه روز درحال افزایش هستند، جهت تسریع در استخراج داده های Actionable Intelligence یا به عبارتی هوش عملی، به حافظه بیشتر و عملکرد بهتری نیاز است. راهی برای افزایش بسیار زیاد مقدار حجم حافظه سرور ایجاد شده است؛  آن هم حافظه‌ای که نه تنها سریع، بلکه ماندگار (Persistent) نیز ‌باشد که این حافظه برای Storage و RAM، مزایای بزرگی را برای سیستم‌عامل‌ها و برنامه‌های کاربردی موجود به‌دنبال دارد. حالا دیگر می‌شود دیتابیس‌ها را یک‌بار برای همیشه بر روی حافظه‌ی ماندگار بارگذاری نمود تا Bottleneck بارگذاری دوباره‌ی داده‌ها برروی حافظه به ازای هربار بوت‌شدن سرور، از بین برود.  این یعنی صرفه‌جویی آنی؛ سروری را درنظر بگیرید که به‌جای 20 دقیقه، می‌تواند در 2 دقیقه آماده‌به‌کار باشد.  علاوه براین، به‌جای گذر از I/O Bus، حافظه‌ی ماندگار به کاربر اجازه‌ی دسترسی به داده‌های ذخیره شده برروی Memory Bus را می‌دهد که این امر به کاهش میزان تأخیر می‌انجامد. این موضوع به کاربر بینش سریع‌تری می‌بخشد که خود به دستیابی به نتایج بهتر کسب‌وکاری ختم می‌شود.

نوسانات:

DRAM یک عامل نوسان در سیستم است. هنگامی که سرور خاموش یا راه اندازی مجدد می­گردد، انتظار می­رود محتوای موجود از دست برود. یک سرور در زمان راه اندازی، تمامی اسلات­های حافظه را جهت تعیین ظرفیت حافظه نوسان در دسترس اسکن می­کند. این اطلاعات سپس به سیستم عملگر  یا operation system داده می­شود. سرورهایی با PM نصب شده نیازمند تغییراتی در BIOS سرور و سیستم عملگر در جهت بهبود بهره­وری فنی هستند.  این گزینه در بسیاری از موارد حافظه کلاس استوریج ارائه شده است.

 NVDIMM:

ماژول حافظه پایدار (NVDIMM) گونه ای از حافظه های با دسترسی تصادفی می باشد. که در برخی از انواع حافظه کلاس استوریج  به کار رفته است . حافظه پایدار، حافظه ای است که در صورت قطع برق نیز داده را در خود حفظ می کند. برای مثال می توان به قطع برق ناگهانی، اختلال در کارکرد سیستم، و یا خاموش شدن طبیعی سیستم اشاره داشت. حافظه های پایدار (NVDIMM) کارایی نرم افزارها، امنیت داده، و زمان بازیابی سیستم در مواقع بروز اختلال را نیز بهبود و پایداری و قابلیت اطمینان درایوهای ذخیره سازی جامد (SSD) را به دلیل کاهش تبادل داده با آن ها ارتقاء می بخشند.

این حافظه ها در حالت عادی ممکن است از بخش حافظه اصلی مرسوم استفاده کنند و داده را در حافظه پایدار خود ذخیره کنند به همین خاطر به عنوان حافظه کلاس استوریج بسیار پر مصرف هستند. در صورت بروز خطا در سیستم برق از یک منبع تغذیه پشتیبان موجود بر روی برد اصلی استفاده می کنند. حافظه های فرار سریع تر از NVDIMM ها بوده، به صورت بایت آدرس دهی می شوند و می توان بدون نگرانی نسبت به طول عمر دستگاه به طور دلخواه اطلاعات را بر روی آن ها نوشت. در عین حال داشتن حافظه های پایدار (و منبع تغذیه آن بر روی برد اصلی) هزینه تمام شده را در مقایسه با حافظه های فرار افزایش می دهند.

بر اساس دسته بندی سازمان استاندارد JEDEC، انواع حافظه های پایدار یا NVDIMM به سه دسته تقسیم می شوند:

  • NVDIMM-F: ماژول حافظه دوخطی به همراه حافظه Flash. کاربران استفاده کننده از این نوع نیاز خواهند داشت تا از یک ماژول حافظه دوخطی ذخیره ساز در کنار یک حافظه مرسوم با دسترسی تصادفی استفاده کنند. این حافظه ها از سال ۲۰۱۴ در دسترس هستند.
  • NVDIMM-N: ماژول حافظه دوخطی به همراه حافظه Flash و حافظه های دسترسی تصادفی مرسوم بر روی یک ماژول. در این نوع، سیستم به حافظه های مرسوم DRAM به صورت مستقیم دسترسی دارد. در صورت بروز خطا در سیستم برق، ماژول اطلاعات را از حافظه DRAM بر روی حافظه پایدار فلش کپی کرده و در صورت برگشت به حالت عادی این اطلاعات به حافظه DRAM بازخواهند گشت. این ماژول از یک منبع تغذیه کوچک بهره می برد.
  • NVDIMM-P: مشخصات فنی این محصول در سال ۲۰۱۸ توسط JEDEC منتشر خواهد شد. این استاندارد قادرخواهد بود تا اطلاعات را با استفاده از فناوری ReRAM و رابط DDR5 درون حافظه اصلی ذخیره کند. این حافظه، یک حافظه پایدار از نوع DRAM را دارا خواهد بود و می تواند برای ذخیره سازی موقت داده های پر کاربرد به حافظه های فلش خارجی نیز دسترسی داشته باشد.

ساختار استاندارد نشده NVDIMM: این دسته که NVDIMM-X نامیده می شوند از حافظه DDR4 و ذخیره سازهای NAND Flash و حافظه DRAM بر روی یک ماژول بهره می برد. این نوع توسط Xitore توسعه یافته است. از ماه نوامبر سال ۲۰۱۲ میلادی اکثر حافظه های NVDIMM از NAND Flash به عنوان حافظه پایدار استفاده می کردند. فناوری های حافظه نو ظهور به منظور رسیدن به NVDIMM هایی بدون کش و یا دو حافظه مجزا در حال توسعه بودند. اینتل و میکرون اعلام کردند که از فناوری 3D XPoint PCM در NVDIMM-F استفاده می کنند. سونی و وایکینگ تکنولوژی نیز نوعی NVDIMM-N را معرفی کردند که بر پایه فناوری ReRAM ساخته شده است. در سال ۲۰۱۵ سامسونگ و نت لیست NVDIMM-P را معرفی کردند که به طور بالقوه بر پایه Z-NAND ساخته شده است.

ماژول حافظه NVDIMM ساخت HPE: با معرفی خانواده E5-2600 v4 پردازنده های Xeon در اواخر ماه مارس، کمپانی HPE ماژول های حافظه پایدار خود را برای سرورهای ProLiant نسل ۹ خود معرفی کرد. در مقایسه با حافظه DRAM مرسوم، طراحی 8GB NVDIMM از فناوری NVDIMM-N از سازمان استاندارد JEDEC پشتیبانی می کند. مهمترین ویژگی که این محصول ارائه می دهد سرعت بالا در دسترسی سیستم به پایگاه داده و تجزیه تحلیل داده ها می باشد. به طوری که طبق آزمایش های داخلی HPE با استفاده از این مجموعه حافظه بار کاری تکراری و رایج سیستم را به ۲ برابر و در شرایطی دیگر به ۴ برابر خواهد رساند.

SCM ، حافظه کلاس استوریج ، storage class memory

(Storage Class Memory-(SCM

محصولات حافظه­‌های کلاس استوریج (SCM) شیوه نسبتا متفاوتی برای استفاده NAND پیشنهاد می­کنند که در آن ظرفیت موجود DIMM با استفاده از NAND به عنوان ذخیره سازی پشته و DRAM به عنوان cache برای داده­های فعال گسترش می­یابد. راهکارهای SCM مشابه DRAM استاندارد و بدون نیاز به تغییرات BIOS یا O/S استفاده می­شود.

سوالات متداول:

  • LRDIMM یا RDIMM ؟

مانند بسیاری از سوالات در که در صنعت فناوری اطلاعات وجود دارند، پاسخ این سوال دقیقا به نوع استفاده مربوط می‌شود. اگر قصد استفاده از ماژول‌هایی را دارید که حداکثر حجم آنها از 32 گیگابایت فراتر نمی‌رود، در 90 درصد اوقات باید از ماژول‌های RDIMM استفاده کنید. (این ماژول‌ها نسبت به LRDIMM ارزان‌تر هستند.) گرچه اگر معماری سرور به ماژول‌های حافظه با حجمی بیشتر از 32 گیگابایت نیاز دارد، LRDIMM انتخابی مناسب خواهد بود.

  • مزیت­های SCM چیست؟

ارائه دسترسی با تاخیر کمتر نسبت به حافظه­های فلش دارد.

-از DRAM ارزان تر است.

-دسترسی real-time به داده­ها را فراهم می­کند.

  • مزیت­های SCM بر حافظه­های فلش چیست؟

دسترسی با تاخیر کمتری دارد.

– عملکرد را افزایش می­دهد.

No votes yet.
Please wait...

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

منو اصلی