Rusko chystá vlastní lokální NVMe SSD s vlastními PCIe 4.0 řadiči. Ale dopadlo to jako vždycky

11. 7. 2022

Vedle vlastních procesorů se Rusko pokouší nahradit dovoz technologií i vlastním SSD. Lokální výrobce Kraftway vyvinul nejen samotné SSD, ale pozoruhodně i vlastní NVMe řadiče. Dokonce i s podporou PCI Expressu 4.0, jenže jinak jsou hodně pozadu za „západní“ technologií.

Už před tím, než mu kvůli válce rozpoutané proti Ukrajině nic jiného nezbývá, se Rusko snažilo po vzoru Číny o soběstačnost v počítačových technologiích. Dlužno říct, že s podstatně menším úspěchem, ale teď aspoň v jedné oblasti ruské firmy pokročily: představily vlastní lokálně vyrobená SSD, a zejména NVMe řadiče, na kterých jsou založená. Dokonce podporují PCI Express 4.0, i když trošku potěmkinovsky a na světovou úroveň mají co dohánět.

Minulý týden se v Rusku konala výstava Innoprom 2020, na níž se prezentovala také firma Kraftway, která sídlí v Jekatěrinburgu a ukázala SSD s vlastním v Rusku vyvinutým řadičem. Celá SSD nejsou samozřejmě kompletně v Rusku vyrobená, protože potřebují zahraniční čipy NAND a také řadič je vyráběný v zahraniční továrně na čipy. Ale to je i případ ruských procesorů, jako je Baikal.

První generace byl řadič pro MLC NAND, který přišel s křížkem po TLC

Firma představila řadiče rovnou dva. Její první generace řadiče pojmenovaná „ASIC v1“ má dnes už zastaralé rozhraní jen PCIe 2.0 ×4, což asi svědčí o tom, že jde o už dávněji započatý projekt. Ale pro výkony, které dosahuje, není verze PCIe moc důležitá, jak uvidíme. Řadič také používá protokol NVMe 1.2.1, což je také už starší věc. Dnešní SSD jsou typicky NVMe 1.4 a začíná se objevovat NVMe 2.0.

Řadič je osmikanálový a pro různé operace používá čtyři jádra ARM Cortex-R5 licencovaná ze západu. Podporuje NAND typu MLC – starou planární i vrstvenou – od Micronu nebo Toshiby s rozhraním ONFI 3.0 a Toggle NAND 2.0, maximální kapacita SSD může být až 2 TB. Výroba měla být na 40nm LP procesu TSMC.

Kvůli tomu, že MLC se už přestala běžně vyrábět pro masové použití, už se ale pravděpodobně tento starší řadič v praxi neobjeví. Používají se v něm jen poměrně nesofistikované ECC algoritmy pro korekci chyb a zvýšení životnosti buněk (BCH kódování, které se dle specifikací výrobce dokáže vyrovnat jen s asi 96 chybnými bity z 1000), takže k použití s TLC NAND by se už nehodil. Ta totiž pro rozumný výkon a zapisovací životnost potřebuje schopnější algoritmy a běžná SSD ovládla masově až poté, co přišly řadiče s algoritmy typu LDPC (Low Density Parity Check).

Ani výkon není moc – náhodné čtení mělo být jen asi 55 000 IOPS a náhodný zápis 65 000 IOPS, což je na NVMe řadič dost málo a překonávala to i lepší SATA SSD. Sekvenční čtení pak má být až 830 MB/s se zápisem 680 MB/s (zda se používá zápis do pseudoSLC cache, není jasné), takže by vlastně stačily i dvě linky PCI Express 2.0. Řadič má podle Kraftway průměrnou spotřebu 3,5–4,0 W.

Specifikace SSD řadičů Kraftway (zdroj: Kraftway, via: ComputerBase)

Kraftway ASIC v2: v plánu až milion kusů ročně

Tento řadič podle výrobce prošvihl svou šanci, protože byl připraven až v momentě, kdy Toshiba a Micron přestaly nabízet čipy MLC NAND, pro které byl navržen. Místo něj chce teď firma začít stavět SSD na druhé generaci „ASIC v2“ a nemá malé plány – plánuje výrobu až milionu kusů SSD ročně s tímto čipem. To ale má být až za nějaké dva tři roky.

Na ruském webu ServerNews.ru (měla by to být odnož známějšího 3DNews.ru) se objevily fotografie zřejmě prototypů těchto SSD. Mají provedení nikoli slotu M.2, ale karty do slotu PCI Express ×4. Podle rozměru pouzdra řadiče a pouzder s čipy NAND asi spotřebitelská SSD v provedení M.2 hned tak možná nebudou. Tato úložiště ale asi jsou zamýšlena hlavně pro ruské servery, pracovní stanice (včetně lokálních modelů s procesory Elbrus) a podobná nasazení.

Ruské NVMe SSD Kraftway (zdroj: ServerNews/3DNews)

Řadič ASIC v2 je opět osmikanálový, ale již s podporou NVMe 1.4 a novými typy 3D NAND – podporována je MLC, TLC a QLC, a to od Micronu, Toshiby, ale zejména pak od čínské firmy YMTC. A to je pro Rusko důležité, protože kvůli sankcím nemůže počítat s NAND od japonského a amerického dodavatele. Přechod na čínskou NAND může být jediná možnost vedle nějakého pašování. NAND je podporována s rozhraními ONFI 4.0 a Toggle NAND 3.0 a již je používán ECC algoritmus LDPC se schopností překonat 150 chybových bitů z 1000.

Ruské NVM SSD Kraftway (zdroj: ServerNews/3DNews)

Velmi zajímavé je, že tentokrát již řadič má rozhraní PCIe 4.0 ×4, tedy v podstatě na špičce dnešního vývoje (tedy aspoň na pár měsíců, na podzim už totiž začne éra PCIe 5.0 SSD). Ovšem jak už to s ruskými počítačovými projekty chodí, má to svá ale. Ačkoliv je použito rozhraní PCIe 4.0 ×4 s teoretickou propustností 8 GB/s, řadič nedosahuje zdaleka výkonu, který by toto upotřebil – podle čísel, která Kraftway uvádí, by klidně stačilo rozhraní PCIe 2.0 ×4.

SSD s tímto řadičem mají podle ruské firmy totiž dosahovat sekvenčních rychlostí čtení i zápisu pořád jen 1500 MB/s (opět není řečeno, zda je to stabilní zápis, nebo zápis do pseudoSLC cache). Zlepšil se i náhodný přístup – náhodné čtení 4K bloků má dosáhnout výkonu až 200 000 IOPS a zápis až 150 000 IOPS. Už to nejsou špatná čísla, avšak opět dost za úrovní, které dnes dosahují řadiče zavedených západních nebo východoasijských výrobců.

Výkon prototypu NVMe SSD s řadičem Kraftway (zdroj: ServerNews/3DNews)

Spotřeba tohoto řadiče má být v průměru pod 2,5 W a vyráběn měl být na 28nm HPC procesu TSMC. Nicméně Tchaj-wan také uvalil na Rusko sankce, a v TSMC se proto asi výroba buď zkomplikuje, nebo rovnou znemožní. Kraftway teď údajně pracuje na přenesení výroby k jinému foundry partnerovi, kterým nejspíš bude čínské SMIC. To má použitelný 28nm proces, ale pravděpodobně je třeba netriviální úsilí k převodu návrhu na jeho technologii. Toto tedy pravděpodobně sériovou výrobu zdrží.

Více: Sankce za napadení Ukrajiny se vztahují i na čipy, Rusko odříznuté od západních technologií?

Obcházení potenciálních a po napadení Ukrajiny i reálných sankcí jinak tento řadič provádí ještě na jednom místě. Firma Kraftway už v něm nepoužívá jádra ARM. Místo toho přešla na alternativní jádra RISC-V, celkem je jich v řadiči údajně „4+1“. Jakého typu, není řečeno, ale mělo by asi jít buď o nějakou volně dostupnou architekturu, nebo o jádra licencovaná ze zemí, které s Ruskem jsou ochotné spolupracovat, jako je Čína.

Po ruský hardware zatím platí „pozdě a horší“

Jak úspěšné tyto projekty vlastních SSD budou, zatím těžko odhadovat. Ony plány výroby jednoho milionu kusů SSD Kraftway s tímto řadičem jsou jedna věc, druhá věc je, jestli se je podaří zrealizovat. I pokud ano, půjde ovšem o hardware výkonově zaostávající za konkurencí (téměř řádově). Nicméně státním institucím to nemusí moc vadit a rozhodující pro ně bude domácí produkce, nikoli jak kvalitní je.

Podobně ostatně zatím dopadly pokusy o ruské procesory – sice existují, ale výkon mají o dost horší než ty od globálních hráčů, a ještě se typicky začnou vyrábět i o několik let později. Kraftway se svými SSD tedy asi neznamená nějaký průlom pro ruský technologický průmysl, ale i tak je zajímavé, že i v této oblasti se tamní firmy snaží.