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Instruções Técnicas

O que é R.A.I.S.E.?

Figura 1. Diagrama de Bloco de Processador de Armazenamento Flash SF-2500 [1]

R.A.I.S.E.™ (Redundant Array of Independent Silicon Elements) é uma tecnologia complementar às capacidades do ECC (Código de Correção de Erro) do FSP (Processador de Armazenamento Flash) encontrado no componente de tecnologia DuraClass™ SandForce® LSI®.

O Flash NAND sofre com uma série de erros de bits (BE) que ocorrem naturalmente durante o seu uso. No Início da Vida (BOL) e o Fim da Vida (EOL) de um Flash NAND, esses erros de bits são detectados e corrigidos pelo componente integrado Código de Correção de Erro (ECC).

Figura 2. Um exemplo do crescimento exponencial do BER do NAND

A Taxa de Erros de Bits (BER) é determinada pelo fabricante do Flash NAND durante a produção e depende muito do processo de fabricação e do tipo de NAND produzido.

A BER é inversamente proporcional aos ciclos de gravação e exclusão restantes no NAND; consequentemente quanto mais o dispositivo Flash NAND é gravado ou apagado, proporcionalmente maior será a Taxa de Erro de Bits ao se aproximar do fim da vida (EOL) do NAND.

Como mostrado na Figura 2, a frequência da taxa de erros de bits incorrigíveis (RBER) cresce exponencialmente à medida que o Flash NAND é programado (gravado) ou apagado do início ao fim de seu ciclo de vida, levando-o por fim, a um estado de inutilidade após o fabricante determinar a duração do ciclo Gravar/Apagar.

Na rara eventualidade de um erro de bit ocorrer em uma parte dos dados, a primeira linha de defesa é o componente ECC.

A complexidade do ECC pode variar dependendo da capacidade de recuperação da extensão de bits (por exemplo, 1 bit, 2 bits ... 55bits por 512 bytes), código usado (por exemplo, BCH, Reed Solomon) e auxilia no reparo dos erros de Flash e na recuperação de dados válidos para o computador host.

Para caracterizar a potência do componente ECC, o termo UBER (Taxa de Erros de Bits Incorrigíveis) é usado para descrever a taxa pela qual um único erro de bit incorrigível ocorre mesmo após a aplicação do ECC.

Figura 3. UEBER FSP SandForce LSI verso Controlador SSD Padrão [2]

Na Figura 3, ocorre tipicamente um UBER (taxa de erro de bit incorrigível) de 1 erro de bit para cada 1 quatrilhão de bits (~0,11 Petabytes) processados em um Controlador SSD padrão (Processador de Armazenamento Flash) e expõe os dados do usuário a um crescente risco de erros de bits e erros silenciosos bem no início da vida útil, comparativamente ao Processador SSD SandForce (FSP). [2] [3]

Uma vez que a BER esgota as capacidades do ECC do Processador de Armazenamento Flash, especialmente no fim da vida útil do Flash NAND, a probabilidade da ocorrência de um erro incorrigível aumenta e a corrupção de dados pode ser iminente.

Nessa circunstância, a segunda linha é uma pequena quantidade de Flash NAND reservada da capacidade da unidade SSD para implementar a proteção R.A.I.S.E. (Redundant Array of Independent Silicon Elements).

Figure 4. Uma única página danificada é recriada para um novo bloco reconhecido como bom a partir de informações redundantes [2] [4]

O R.A.I.S.E. é construído com informações redundantes armazenadas em múltiplas páginas nos dispositivos Flash NAND dos SSD para recriar os dados no nível de página ou bloco de forma transparente para um bloco de Flash NAND reconhecidamente bom como ilustrado na Figura 4.

Esta tecnologia fornece a proteção e a confiabilidade do RAID 5 (Redundant Array Of Independent Disks) em uma única unidade SSD sem dobrar a gravação do overhead da paridade e uma taxa UBER (Uncorrectable Bit Error Rate) de cerca de um quatrilhão de vezes menos do que um Processador de Armazenamento Flash padrão de SSD sem R.A.I.S.E. ou 1 erro de bit para cada 100 octilhões de bits (10^-29) ou ~111022302462515.66 Petabytes de dados processados.

A recuperação em nível de página e bloco (bit único por classe) pode acontecer em 50–100ms e não tem impacto perceptível pelo usuário, permitindo um processo perfeito de recuperação de erro com integridade de dados garantida.

Com cada nova geração de redução da litografia, a complexidade de gerenciar geometrias Flash NAND aumenta e a resistência gravar/apagar diminui. Consequentemente, a proteção R.A.I.S.E. tornou-se a solução recomendada pelos fabricantes de Flash NAND para administrar e melhorar a confiabilidade do Flash NAND.

Figura 5. Camadas de proteção de dados NAND usando ECC, R.A.I.S.E. e CRC-32

Naquelas circunstâncias onde erros silenciosos podem ocorrer devido a não detecção de um erro de bit incorrigível pelo componente ECC, dados inválidos podem ser reconduzidos ao computador host, colocando em risco a integridade dos dados do usuário.

Desde que nenhum erro foi detectado pelo componente ECC do FSP, o R.A.I.S.E. é incapaz de dar assistência e o verificador de redundância cíclica (CRC) de Ponta a Ponta de 32 bits é usado para capturar dados antes que a integridade dos dados seja comprometida pelo retorno de dados inválidos para o host como sendo válidos.

Em aplicações críticas como transações com títulos, o risco de introduzir um único bit de dados corrompidos como válidos para o computador host pode destruir economias inteiras se o erro não for detectado imediatamente.

Conclusão

A complexidade de controle do Flash NAND aumenta exponencialmente do início ao fim da sua vida útil.

A administração da crescente Taxa de Erro de Bits (BER) requer soluções inovadoras como o R.A.I.S.E. SandForce LSI para garantir a proteção de dados além do ECC para a duração limitada de gravação e exclusão do dispositivo Flash NAND.

Usar algo inferior ao R.A.I.S.E. para complementar um complexo sistema de correção de erro (ECC) e a tecnologia Flash DuraClass SandForce, colocaria em risco a integridade não somente dos dados do usuário mas também de todo o SSD in client, nas classes de aplicação industrial e empresarial durante o ciclo de vida do SSD.

Referências:
  1. Processadores de Armazenamento Flash Empresarial SandForce SF-2600 e SF-2500, LSI Corporation (http://www.lsi.com/downloads/Public/Flash-Storage-Processors/LSI_PB_SF-2500_EnterpriseFSP.pdf)

  2. RAISE™ - Redundant Array of Independent Silicon Elements (Matriz Redundante de Elementos de Silício Independente), LSI Corporation (http://www.lsi.com/technology/duraclass/Pages/RAISE.aspx)

  3. Tecnologia DuraClass™ LSI, LSI Corporation (http://www.lsi.com/technology/duraclass/Pages/default.aspx)

  4. Família de Processadores SSD SF-2000 Novos Produtos Empresariais e Industriais, LSI Corporation, Outubro de 2010 (http://www.lsi.com/)

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