יבמ מביאה את אחסון הפלאש לכושר התפקוד הנדרש ברמה הארגונית – חלק א'

כתב: גיל רינגלר, Storage Sales Team Leader , יבמ (IBM) ישראל

לא כל פתרונות הפלאש זהים זה לזה – ובמיוחד חשוב לעמוד על ההבדלים בין מערכות אחסון מבוססות SSD ובין מערכות פלאש ייעודיות דוגמת IBM FlashSystem.

מערכות פלאש מעוררות התלהבות בשוק, בעיקר בזכות האפשרות לקצר את זמן התגובה, הנובע מהיכולת לאחסן נתונים ללא שימוש ברכיבים נעים המאפיינים דיסקים קשיחים – ומהווים מקור מרכזי לכשלים. כך, מקוצצות גם צריכת החשמל  וגם עלויות הקירור.

אחסון בפלאש מציג עקביות שיטתית בזמני הגישה, ללא ה"קנס" בדמות זמן החיפוש והגישה בדיסק קשיח רגיל. טכנולוגיית הפלאש צברה תאוצה בעולם מוצרי הצריכה – טלפונים חכמים, טאבלטים, מצלמות דיגיטליות ונגני MP3. היא מוכרת לכל משתמש במחשב אישי, בדמות Disk-On-Key המתחבר אל שקע ה-USB.
ההיסטוריה של שבבי אחסון מתחילה בזיכרון הצרוב של המחשב – ROM – המאפשר קריאה בלבד של חומר שהוטבע בו בתהליך הייצור. היא מתפתחת ועוברת דרך זיכרון ROM ניתן לתכנות, שזכה לשם PROM, ובהמשך – לשבבים מסוג NOR Flash ומסוג NAND Flash.

יתרונות ה-NAND על פני ה-NOR כוללים צפיפות נתונים גבוהה יותר, מחיקה מהירה יותר ואפשרות כתיבה וקריאה בתהליך סדרתי. כל אלה, הופכים את ה-NAND לטכנולוגיה המתאימה ביותר למערכות הדורשות קיבולת אחסון גבוהה.

מחזור החיים של שבבי האיחסון

טכנולוגיית האחסון הנפוצה ביותר, נשענת על תאי אחסון בריבוי רמות – MLC (ר"ת Multi-Level Cell). אלה, מאפשרים לאחסן בכל תא שתי סיביות ולא רק אחת בודדת. אחסון הסיביות מתבצע על ידי טעינת מתח חשמלי בתאי הפלאש.

רמות שונות של מתח מייצגות את ערך הסיביות בכל תא – 00, 10, 01, 11. כל שבב פלאש מחזיק מיליוני תאים, ומטבע הדברים, קיימת ההסתברות שתאים מסוימים יטענו במתח עודף או חסר, ולאורך זמן תאים מסוימים יתפקדו ברמות שונות, או יפסיקו לתפקד כלל. מערכות פלאש יעודיות צריכות לדעת לסווג את התאים הבעייתיים, את התאים הבריאים, ולהשתמש במידע זה על מנת לאחסן בהם נתונים על פי רמת הפעילות הצפויה להם.

שבבי הפלאש מסודרים במבנה שבו כ-65 אלף תאי זיכרון נקראים דף (Page) ו-512 דפים נקראים בלוק (Block). כתיבת נתונים מתבצעת ברמת התא הבודד. קריאה מתבצעת ברמת דף ואילו מחיקת נתונים מתבצעת ברמת בלוק. לא ניתן לעדכן נתונים בשבבי הפלאש, אלא רק לכתוב למקומות פנויים שנמחקו.

על כן, המערכת נדרשת לכלכל את משק התאים הפנויים על ידי ביצוע תהליכי איחוי, בהם דפים בעלי מידע חי מועברים לבלוקים פנויים על מנת שתתאפשר מחיקת בלוקים המכילים נתונים שפג תוקפם.

התהליך בו בלוק נמחק לאחר איחוי הנתונים נקרא Program/ Erase Cycle. אורך החיים של שבבי הפלאש נמדד בכמות ה-P/E Cycle-ים שניתן לבצע על גבי כל בלוק עד שהשבב נשחק לחלוטין ויוצא משימוש.

הפלאש פוגש את האחסון הארגוני

טכנולוגיית הפלאש ניתנת כיום לשילוב ולאריזה במגוון צורות – החל משבבי DIMM שהם איטיים אמנם מ-DRAM אולם מציעים יציבות ושימור הנתונים גם ללא אספקה קבועה של זרם חשמלי, דרך כונני SSD ועד כרטיסי פלאש ייעודיים.

SSD (ר"ת Solid State Disk) הוא מארז של שבבי פלאש בכונן קשיח כמו זה המשמש דיסקים מסתובבים מסוגים שונים. אריזת שבבי הפלאש בכונני SSD אפשרה ליצרני מערכות האחסון לספק מיידית טכנולוגיית פלאש על גבי מערכות האחסון המסורתיות הקיימות בסל המוצרים, ללא פיתוח מיוחד המתייחס למדיום החדש.

היתרון של כונני SSD, בהיותם משתלבים במערכות אחסון קיימות, טומן בחובו אתגרים רבים הבאים לידי ביטוי בזמינות המערכות ובזמני התגובה. כך למשל, הודעות השגיאה במקרה של תקלה בשבב פלאש או אפילו תקלה בתת-רכיב של השבב, זהות לאלה המתקבלות במקרה של מגע בין הראש המגנטי ובין הדיסק המסתובב ("קריסת דיסק").

בחלק ב' של המאמר אציג את טכנולוגיית ה-FlashCore ומודול האחסון IBM MicroLatency, אשר משולבים בפתרונות הפלאש של יבמ ואת היתרונות העצומים שלהם בקיצור זמני התגובה, שילוש אורך חיי הפלאש, העלאת זמינות המערכות והגדלת הנפח.