Nové řadiče, vyráběné na 40nm procesu, mají modulární architekturu, složenou z různých specializovaných bloků v celkem třech úrovních: back-endu, který přímo komunikuje s NAND; jádře, které řeší většinu logických operací včetně rozkládání zátěže, správy volného místa či třeba šifrování; a nakonec frontendu, který obstarává komunikaci s počítačem. Modulární architektura by měla usnadnit vývoj nových verzí řadiče. Specializované bloky na čipu jsou od sebe izolované, a lze je odpojit od napájení, pokud se nepoužívají, aby se ušetřila energie.
Frontend je zajímavý tím, že podporuje dvojí rozhraní – jak SATA s rychlostí 6 Gb/s, tak PCI Express 2.0 (celkem čtyři linky pro přenosovou rychlost až 2 GB/s). Volba režimu by měla být možná firmwarem či dokonce i pouhým fyzickým přepínačem. Na řadičích SandForce SF3700 je tak možné postavit klasické SSD, nebo úložiště do slotu PCI Express, ale i model pro slot mSATA nebo nový formát M.2 a v budoucnu možná i SATA Express.
Díky podpoře rozhraní PCI Express konečně nebudou muset disky založené na nových řadičích být limitovány rychlostí již nevyhovujícího rozhraní SATA. Podle předběžných informací přímo od LSI by sekvenční čtení a zápis měly při zapojení na rozhraní PCI Express ×4 dosahovat rychlosti až 1800 MB/s. S raným firmwarem prý prototypy čtou rychlostí asi 1,45 GB/s, takže po optimalizacích by se SandForce na udávané hodnoty mohlo dostat.
Schéma řadiče SandForce SF3700
Co se výkonu v náhodném přístupu týče, přes rozhraní PCI Express ×4 by disky měly zvládat až 150 000 IOPS při čtení 4KB bloků a 81 000 IOPS při zápise. Jde přitom o výsledek dosažený na obtížně komprimovatelných datech, kdy si SSD nemůže pomoci technologií DuraWrite. Na rozhraní SATA by už byly výsledky horší: jen 94 000 IOPS při čtení a 46 000 IOPS při zápise. Také sekvenční přenosové rychlosti by pochopitelně poklesly (LSI udává 550 MB/s při čtení a 502 MB/s při zápisu). SF3700 by také měl udělat pokroky v stabilitě a vyrovnanosti výkonu. Slibuje stabilní latence bez velkých výkyvů – 99,99 % zápisů má například mít latenci nižší než 170 mikrosekund.
SandForce SF3700 by měl dbát na vyrovnaný výkon a stabilní odezvu
DuraWrite
SF3700 nadále bude používat kompresní technologii DuraWrite, pro čipy SandForce charakteristickou. Ta komprimuje zapisovaná data, díky čemuž může být zápis rychlejší (ovšem rychlost bude různě kolísat). Zároveň však tato technika šetří omezenou přepisovací životnost buněk NAND. V nové generaci řadičů by DuraWrite měla být účinější, takže výkon při práci s daty, které se nechají komprimovat, se ještě o něco zlepší – pomoci by to mělo asi zejména diskům nízkých kapacit s menším počtem čipů.
SandForce SF3700, technologie DuraWrite
Čip by měl vůbec efektivněji spravovat dostupnou NAND, uvolňovat volné místo a podobně. Vedle komprese je řadič vybaven i pro šifrování – má nyní hned dvě jednotky pro provádění algoritmu AES (s klíčem šíře 256 bitů).
Řadiče SF3700 si také zachovávají jednu ze specialit značky SandForce, a to schopnost práce bez cache typu DRAM. Pro tyto účely mají přímo integrované různé buffery (paměť SRAM). Ty jsou u generace SF3700 větší, a čip tak prý i bez DRAM zvládne adresovat zařízení o celkové kapacitě 2 TB.
NAND se k čipu připojuje osmi kanály, z nichž každý má vlastní řadič (generace SF2000 měla jen dva sdílené). K dispozici je ještě devátý kanál, který je určen hlavně pro redundanci – SSD tak může mít hezky kulaté kapacity (256 GB, 512 GB), aniž by tím trpěl objem vyhrazeného rezervního místa. Backend nového SandForce je údajně připraven na všechny možné druhy NAND (Toggle-mode/ONFI, MLC, TLC, SLC) a poradí si s čipy z nejrůznějších výrobních procesů.
Shield a RAISE, aneb proti chybám a opotřebení
Vylepšení doznala také ochrana proti chybám, kterých se s postupem na menší a menší výrobní procesy zřejmě bude vyskytovat víc a víc. SD3700 bude mít inovovanou technologii opravy chyb (ECC), nazvanou Shield. Zajímavé je, že bude používat několik různých technik různé náročnosti a rychlosti, a to s ohledem na stav a věk disku. Na málo používané NAND bude používat algoritmy optimalizované na výkon a rychlou odezvu, zatímco u opotřebovaného SSD přejde SF3700 postupně na opatrnější a náročnější režimy, aby z něj vyždímal maximum.
SandForce SF3700, korekce chyb Shield
Zároveň Shiled s postupujícím opotřebením může zvětšovat prostor, použitý pro opravné kódy. Tím vzroste účinnost ECC a zařízení se tak bude schopno vypořádat s vzrůstajícím počtem chyb způsobených opotřebením. To sice znamená, že postupem času na SSD bude ubývat reálné ložné plochy, zase ale bude moci sloužit déle. V podstatě tímto umožní na stejných buňkách NAND fungovat déle, než by jejich průměrná papírová životnost normálně umožňovala. Tato možnost ale dost možná bude vyžadovat podporu operačního systému – pokud by se totiž snížila viditelná kapacita, bylo by třeba zmenšit souborový systém. Prostor pro ECC by ale teoreticky mohl být také ukrojen z rezervy pro zápis, pak by snad mohlo vše fungovat transparentně.
Na 19nm a menší NAND údajně lze podobnými metodami značně zvednout počet užitečných přepisů, a to z nějakých 3000 až na 18 000. LSI se chlubí, že její ochrana ECC je nejlepší mezi všemi řadiči pro SSD.
RAISE (ochrana před náhlým fyzickým selháním)
Vedle ochrany před opotřebením byla vylepšena také ochrana před náhlým fyzickým selháním NAND, pojmenovaná RAISE. Ta funguje na principu podobném polím RAID – data jsou redundantně rozložena tak, aby se dal obsah zrekonstruovat i tehdy, když nějaké bloky nelze přečíst. Čipy SF-2000 uměly režim RAISE úrovně 1, který užíval pro redundanci jeden čip a dokázal tak data udržet naživu při výpadcích jednotlivých stránek či bloků.
SF3700 bude mít i úroveň 2 – ta si vyhradí rovnou dva čipy (jeden z nich ale může být poskytnut pomocným devátým kanálem) a dokáže tak překonat i ztrátu více stránek, případně i celého jednoho fyzického čipu. Pokud se tak stane, řadič umí pro redundanci nově vyhradit další čip, či fungovat nadále jen v režimu Raise 1. SandForce 3700 navíc ochranu Raise zprovozní i na zařízeních s nižším počtem čipů, u nichž dosud nefungovala. U těch se pro redundanci vyhradí jen část čipu, což není tak robustní, ale dosáhne se tak alespoň nějaké ochrany.
Modely
LSI/SandForce bude čipy SF3700 nabízet v několika variantách. Podle toho, které vlastnosti bude firmware podporovat, tak vzniknou modely pro levná SSD, výkoné highendové modely, ale i trh enterprise.
Pro levná a asi zejména notebooková SSD formátu M.2 budou určeny typy SF3719 a SF3729. Tyto modely budou připraveny k použití buď na rozhraní SATA, nebo k připojení pomocí dvou linek PCI Express 2.0 (teoretický strop v rychlosti sekvenčního zápisu a čtení tedy budou mít někde pod 1 GB/s). Tyto modely také budou vyladěny spíše pro co nejnižší spotřebu než pro vysoký výkon.
Modely řadiče SandForce SF3700
Pro výkonnější SSD, ať už typu M.2, nebo běžného 2,5" formátu bude určena varianta SF3739. Ta již bude cílena na výkon a pro připojení do systému nabídne až čtyři linky PCI Express 2.0. Tím by se přenosové rychlosti disků mohly dostat až někam pod 2 GB/s. Tato varianta bude také umožňovat osazení záložního napájení, které disk zajistí proti havárii v důsledku náhlého výpadku dodávky elektřiny. Díky tomu bude SF3739 vhodný i pro levnější disky z kategorie enterprise; pro tento trh ale bude speciálně určena nejvyšší varianta čipu – řadič SF3759.
SandForce SF3700
SSD založená na čipech SandForce SF3700 by se údajně na trhu měla začít objevovat již v první polovině příštího roku. Zdá se, že vzhledem k propracovanosti řadiče by čipy SandForce opět mohly zaujmout přední místo v SSD úložištích pro náročné. Bude to ovšem také záviset na tom, zda diky na nich založené prokážou spolehlivost a stabilitu. Druhé generaci čipů SandForce se totiž nevyhnula řada problémů (naposled například částečně nefunkční šifrování), které značce poněkud pošramotily pověst. Doufejme ale, že společnost LSI (ta SandForce koupila v roce 2011) zajistí řadičům důkladné otestování a odladění, a tentokrát budeme problémů ušetřeni.
Zdroje: The Tech Report, AnandTech
