虽然由NAND Flash构成的固态硬碟(Solid State Disk;SSD)一直是近年来的热门资讯应用,如USB随身碟与iPod nano随身听等。但谁也没有想过可将SSD运用于电脑等装置上,直到麻省理工学院媒体实验室(MIT Media Lab)于2005年提出OLPC新兴国家学童电脑计划。
在那之后,除厂商开始推搭载SSD的电脑设备外,其应用范畴亦从原先的资料存取晋升成程式执行。更甚者,就连企业运算也考虑使用SSD,如EMC与HDS等储存业者皆在其的顶级产品中加入NAND Flash、至于IBM与惠普(HP)等伺服器业者则为其伺服器产品推出SSD选购方案。
但笔者以为,无论是电脑设备或企业用硬体设备皆处于跌撞、摸索SSD的阶段。不相信?让我们一起看看以下产业现况。
将SSD用于电脑 Wintel不同调
在电脑运用SSD这点,微软(Microsoft)与英特尔(Intel)有不同的想法。
在英特尔方面,该公司是提出研发代号为Robson(编按:之后的正式名称为Intel Turbo Memory的技术作法)的技术,期望做到让NAND Flash成为电脑设备的硬碟快取。亦即所有的资料都将先从NAND Flash内查询、抓取,其后才会到硬碟抓取,并用NAND Flash来执行作业系统、应用程式。
至于实现上述愿景的作法是,在电脑设置1个Mini PCIe槽,并于Mini PCIe子卡上安装NAND Flash记忆体晶片及SSD控制器晶片。
至于在微软则是与硬碟厂商合作推出混合式硬碟(Hybrid Hard Drive;HHD)。微软的想法是在电脑硬碟原有的控制电路板上追加NAND Flash,以达到与Robson相同的功效。
不过,无论是英特尔的Robson或者是微软的HHD都没有成功。举例来说,虽然英特尔企图透过追加NAND Flash容量的方式提升Robson的加速效果,但因成效不大,因此,英特尔转考虑直接在南桥晶片上以硬体线路的方式内建Robson的快取演算。不过,可能是因为技术复杂性与权衡投资报酬率等因素,该公司最后仍决定作罢。
HHD也发生类似的状况,微软也因驱动程式未达当初设定的加速目标,而不再持续发展(编按:虽然Windows Vista有支援HHD,但将在Windows 7时取消)。
上述发展验证了Wintel放弃硬碟快取这个说词。当然,英特尔也全心全意的发展SSD。
讽刺的是,NAND Flash不但不足以充当硬碟快取,反而还需要快取支援。由于SSD出现存取出现瓶颈会造成整个电脑短暂停顿(又称卡机或窒机),解决上述问题的方法是,额外为SSD控制器配置1个较快速且较大容量的缓冲记忆体--DRAM,此称为DRAM Cache。
实现介面的紊乱
不只在电脑设备上设置SSD引发不少争议,要在企业后端的伺服器等硬体设备采用NAND FlashSSD亦引发不少讨论。
目前比较常见的方式是取出并放入SSD。如EMC公司即将STEC公司的固态硬碟放至该公司原有的储存系统中。
另一种作法是以PCIe介面取代SATASAS硬碟介面,如IBM与Fusion-IO的合作。该种作法的好处是传输速率交大幅提升,但缺点是没有支援磁碟阵列(RAID),因此无法以平行存取的方式获得更大的加速性。
无法支援磁碟阵列意味着该产品有资料安全性的顾虑,IBM目前是以发展可支援固态硬碟映像档(Image File)的虚拟化软体因应之--只要固态硬碟卡发生故障,即会由另一个固态硬碟卡即时接手运作。未来的储存系统设备可能会演变成直接将固态硬碟整合至控制系统上,成为整体储存系统中的“快取”而非单纯的“硬碟”。
由于采行PCIe介面是为了取得比SATASAS更高的传输率,因此开始有业者评估并尝试以更快的介面来介接SSD,例如使用资讯系统中DRAM记忆体的DIMM介面。由这来看,未来即便有HyperTransport、QPI等介面的企业级SSD出现也不奇怪。
结论
从上不难明了已有许多业者开始研发与端出企业用SSD等动作,但现有的磁碟存取方式、磁碟阵列设计真的适合SSD吗?答案是否定的。
理由在于SSD在随机读写、循序读写等特性均与传统硬碟不同。这点光在单颗硬碟上即可看到明显的差异,以此推想,对那种光是一个子系统即得用上数颗硬碟的企业后端大型系统来说,不但会有更多的差异,适用与否也不言而喻。
而这意味着主控端的存取方式得要花不少时间重新设计、验证、调修,才能大幅改善SSD的效能、彻底发挥其价值。
另外一个值得注意的是,随着网路时代的来临,串流、视讯运用日益普及,各类传输介面的新修订版也将比过往更重视时效性传输(Isochronous Transfer),SATA 3.0与USB 3.0等皆是如是进行强化。这代表在可见的未来,企业后端系统将因应该趋势进行调整,而也也将导致SSD的新存取设计更具困难、复杂性。