«Открытые системы»
На наших глазах виниловые пластинки были вытеснены компакт-дисками, фотопленка уступает место «цифре». Диски с вращающимися шпинделями могут продолжить этот ряд. Сегодня они продаются миллионами, но рано или поздно им на смену придут твердотельные диски
В компании Samsung Semiconductor считают, что жестким дискам осталось жить недолго, и они с неизбежностью будут заменены флэш-памятью

Современные компьютеры пред?ставляют собой довольно странное сочетание электроники и механики. Понятно, что скорость работы механических деталей радикально ниже электронных. Так, адаптер порта, выполненный по технологии Fibre Channel, обеспечивает скорость передачи данных, равную 1 Гбит/с, что гарантирует интенсивность обмена данными в пределах от 15 до 30 тыс. операций обмена в секунду (IOPS). Для сравнения: подключаемый к нему диск, вращающийся со скоростью 10 тыс. оборотов в минуту обеспечивает интенсивность обмена всего 130 IOPS, повышение скорости вращения до 15 тыс. оборотов в минуту, дает 180 IOPS. Ограничение интенсивности обмена в свою очередь препятствует росту емкости дисков, с увеличением объема ухудшается относительная доступность записанных на диск данных.

По оценкам аналитиков, с 1992-го по 2002 год производительность процессоров возросла в 30 раз, а производительность дисков в среднем всего в два с половиной — три раза. Особенно важно то, что хотя скорость обмена росла на 40% в год, а интенсивность, выраженная в IOPS, всего на 16%, к тому же, если отнести емкость новых дисков к интенсивности, то она и вовсе уменьшилась. В целях обеспечения необходимой для серьезных приложений интенсивности обмена данными отдельные диски объединяются в RAID-массивы. Несложные расчеты показывают: чтобы в полной мере нагрузить порт Fibre Channel, к нему нужно подключить порядка сотни дисков. Следовательно, вовсе не обязательно комплектовать RAID-массивы дисками большой емкости, с точки зрения эффективности обмена важнее их количество. Если нельзя увеличить скорость выполнения операций ввода/вывода, то можно сократить их число, поэтому альтернативными способами решения проблемы «бутылочного горла», расположенного между серверами и накопителями, являются кэширование и увеличение объемов памяти в серверах.

Но и RAID-массивы, и кэш-буферы, и ограничение работы с оперативной памятью — это всего лишь паллиативы, а радикальным решением является отказ от вращающихся дисков в пользу твердотельных устройств. Последние, как это ни забавно, называются Solid State Disk, то есть «твердотельные диски». Эти накопители имеют несравненно более высокую скорость обмена, лишены основных недостатков вращающихся дисков, но вплоть до настоящего времени они остаются на порядки дороже самых дорогих жестких дисков.

Признанный лидер в той области — компания Te?xas Memory Systems. Ее новая модель RamSan-400, выпущенная в 2005 году, способна выполнять 400 тыс. случайных операций ввода/вывода в секунду; показатели младшей модели RamSan-325c скромнее — примерно 112,5 тыс. IOPS. Эти и все остальные члены семейства накопителей RamSan построены на основе памяти типа SDRAM (Synchronous Dynamic RAM). Несомненное достоинство таких накопителей — быстродействие, но стоят они очень дорого. К примеру, цена RamSan-325 при емкости всего 16 Гбайт составляет более 36 тыс. долл., то есть удельная стоимость достигает 2 тыс. долл. с лишним за гигабайт (и это, можно сказать, недорого, совсем недавно удельная стоимость за гигабайт превышала 6 тыс. долл.). Нет ничего удивительного в том, что SSD-накопителями комплектуют системы специального назначения, где цена не самый важный фактор. Недавно Texas Memory Systems осуществила поставку накопителя с рекордной емкостью 2,5 Тбайт; нетрудно представить себе, в какую сумму он обошелся. Помимо стоимости в ряду недостатков SSD, построенных на модулях динамической памяти, следует указать их энергозависимость — они теряют содержимое при отключении питания. Поэтому инженеры Texas Memory Systems уделяют большое внимание проблемам резервного питания и создания резервных копий.

По всей видимости, SSD так и оставались бы атрибутами систем специального назначения, если бы не появились накопители на флэш-памяти, хорошо знакомой по картам памяти, используемым в различных мобильных устройствах, а также «флэшкам», фактически убившим дискеты.

Технология флэш-памяти была предложена корпорацией Intel в 1988 году. Существует два типа такого рода элементов — NOR и NAND; микросхемы первого из них хорошо работают совместно с оперативной памятью RAM, поэтому чаще используются для BIOS.

Базируясь на технологии NOR, с середины 90-х годов несколько небольших компаний (Adtron, Bitmicro Networks, Memtech, M-Systems и ряд других) стали поставлять SDD-устройства на 2,5 и 3,5 дюйма, созданные по флэш-технологии, в основном для систем оборонного назначения. Достоинство этих дисков заключается также в том, что нет предела для емкости единичного диска, ее рост не влияет на эффективность обмена. В качестве интерфейсов используются хорошо знакомые SATA или SCSI. По скорости работы флэш-диски уступают SDRAM-дискам, но они существенно превосходят механические (среднее время доступа: у SDRAM — 10-50 мкс, у флэш-памяти — 50-100 мкс, у жестких дисков — 5-10 тыс. мкс).

Интенсивность обмена, обеспечиваемая флэш-дисками, измеряется десятками тысяч IOPS, то есть она на порядок ниже, чем у SDRAM-дисков, но на два порядка выше, чем у вращающихся дисков. В отличие от SDRAM, флэш-диски подвержены физическому разрушению, но это разрушение практически не влияет на жизнеспособность диска, в лучших образцах за 1 млн. циклов чтения/записи разрушается не более 0,02% памяти. Производители предусматривают специальные средства для мониторинга испорченных блоков и кэширования, которые обеспечивают фактически неограниченно долгий срок эксплуатации. Для обеспечения целостности данных внедряются алгоритмы проверки и исправления ошибок, в выключенном состоянии эти диски сохраняют данные более десяти лет.

Настоящим прорывом на фронте SSD можно назвать объявление компании Samsung, сделанное в мае текущего года. Она намеревается поставлять SSD емкостью 16 Гбайт с параллельным интерфейсом ATA. Диск будет состоять из 16 микросхем стоимостью около 55 долл. каждая, так что общая стоимость диска составит примерно 900 долл. Основное преимущество новых дисков, предназначенных для ноутбуков — низкое энергопотребление и устойчивость к внешним воздействиям. Поставки таких накопителей и дисков меньшей емкости — 4 и 8 Гбайт — планируются на осень. Предполагаемая цена вполне реальна для массовых промышленных и военных приложений, но, разумеется, еще слишком велика для обычных пользователей. Однако, если учесть, что обычная внешняя память дешевеет в год на 20%, а флэш-память, как минимум, вдвое быстрее, то рано или поздно и на эти диски появятся конкурентоспособные цены.