Этот сайт использует идентификационные файлы cookie для предоставления посетителям расширенных функциональных возможностей. Пользуясь данным сайтом, вы даете на это согласие. Мы ценим вашу конфиденциальность и безопасность данных. Ознакомьтесь с нашей Политикой работы с файлами cookie и Политикой соблюдения конфиденциальности, поскольку недавно обе политики были обновлены.

Технический обзор

Что такое R.A.I.S.E.?

Рисунок 1. Схема процессора флеш-накопителя SF-2500 [1]

Отказоустойчивый массив независимых кремниевых элементов (Redundant Array of Independent Silicon Elements, R.A.I.S.E.™) – это технология, дополняющая функции кода коррекции ошибок (Error Correcting Code, ECC) в процессоре флеш-накопителя (FSP); является компонентом технологии LSI® SandForce® DuraClass™.

Флеш-память NAND подвержена битовым ошибкам (BE), естественным образом возникающим при использовании. Во время начала (BOL) и конца (EOL) срока службы флеш-памяти NAND эти битовые ошибки распознаются и исправляются при помощи встроенного компонента кода коррекции ошибок (ECC).

Рисунок 2. Пример экспоненциального роста частоты битовых ошибок памяти NAND

Частота битовых ошибок (BER) определяется производителем флеш-памяти NAND при ее изготовлении и зависит от процесса производства и типа памяти NAND.

BER обратно пропорциональна количеству циклов программирования-стирания, оставшихся для памяти NAND; следовательно, при более частой записи-удалении в устройстве с флеш-памятью NAND, частота битовых ошибок пропорционально увеличивается к концу срока службы NAND.

Как показано на Рисунке 2, частота битовых ошибок накопителя (RBER) экспоненциально растет при выполнении программирования (записи) или стирания с флеш-памяти NAND с начала до конца срока службы, приводя в результате к непригодному состоянию после указанной производителем стойкости к циклам P/E.

В маловероятном случае возникновения битовой ошибки для части данных первой линией защиты становится компонент ECC.

Комплексность ECC зависит от восстанавливаемости битовой длины (например, 1 бит, 2 бита ... 55 бит на 512 байт), используемого кода (например, BCH, Reed Solomon) и помогает в устранении ошибок флеш-памяти и восстановлении правильных данных в компьютере.

Для оценки мощности компонента ECC используется понятие "частота неисправимых битовых ошибок" (UBER), характеризующая частоту возникновения отдельных неисправимых битовых ошибок после применения ECC.

Рисунок 3. Сравнение UEBER контроллера LSI SandForce FSP и стандартного контроллера SSD [2]

Как видно из Рисунка 3, обычной частотой неисправимых битовых ошибок для стандартного контроллера SSD (процессора флеш-накопителя) является 1 битовая ошибка на каждый 1 квадриллион бит (около 0,11 петабайт), что подвергает пользовательские данные повышенному риску возникновения неисправимых битовых ошибок и скрытых ошибок значительно быстрее по сравнению с процессором SandForce SSD (FSP).

Когда BER начинает превосходить возможности ECC в процессоре флеш-накопителя, особенно в конце срока службы флеш-памяти NAND, возрастает вероятность возникновения неисправимой ошибки и повреждение данных может быть неизбежным.

В этом случае в качестве второй линии защиты резервируется небольшой объем флеш-памяти NAND от емкости накопителя SSD для внедрения отказоустойчивого массива независимых кремниевых элементов (R.A.I.S.E.).

Рисунок 4. Отдельная сбойная страница памяти восстанавливается в надежном блоке из информации R.A.I.S.E. [2] [4]

R.A.I.S.E. создан из избыточной информации, хранящейся во множестве страниц флеш-памяти NAND устройств SSD для прозрачного восстановления данных уровня страницы или блока в надежном блоке флеш-памяти NAND, как показано на Рисунке 4.

Эта технология обеспечивает защиту и надежность RAID 5 (избыточного массива независимых дисков) для одного SSD без удвоения операций записи, а также снижение частоты неисправимых битовых ошибок (UBER) примерно в один квадриллион раз по сравнению со стандартным процессором флеш-накопителя SSD без R.A.I.S.E. ™ (1 бит на каждые 100 октиллионов бит (10^-29) или примерно 111022302462515,66 петабайт обработанных данных).

Восстановление на уровне страниц и блоков (один бит на полосу) может занимать 50–100 мс и не влияет на работу пользователя, позволяя выполнять непрерывный процесс исправления ошибок с гарантированной целостностью данных.

С каждым новым поколением снижения площади литографии повышается сложность управления геометрией флеш-памяти NAND и снижается стойкость к циклам программирования-стирания. Поэтому защита R.A.I.S.E. стала рекомендуемым производителями флеш-памяти NAND решением для управления и улучшения надежности флеш-памяти NAND.

Рисунок 5. Уровни защиты данных NAND при использовании ECC, R.A.I.S.E. и CRC-32

В условиях, когда скрытые ошибки могут возникать в случае нераспознанной неисправимой битовой ошибки компонентом, компьютеру могут быть возвращены неверные данные, угрожающие целостности пользовательских данных.

Поскольку ошибка не распознается компонентом ECC FSP, R.A.I.S.E. не может помочь и используется непрерывная 32-битная проверка CRC для поиска данных на лету до того, как целостность данных будет повреждена возвратом неверных данных в компьютер.

В критически важных областях применения, таких как биржевые торги, риск ввода единственного бита поврежденных данных в компьютер может иметь необратимые последствия, если ошибка не будет обнаружена немедленно.

Заключение

Сложность управления флеш-памятью NAND растет экспоненциально с начала до конца срока службы.

Управление увеличивающейся частотой битовых ошибок (BER) требует инновационных решений, таких как LSI SandForce R.A.I.S.E., чтобы гарантировать защиту данных, превышающую ECC для конечной стойкости к циклам программирования-стирания устройства с флеш-памятью NAND.

В случае использования менее сильных средств, чем R.A.I.S.E., дополняющей сложную систему коррекции ошибок и (ECC) и технологию управления флеш-памятью DuraClass LSI SandForce, приведет к риску утери целостности не только пользовательских данных, но и всего накопителя SSD клиентского, корпоративного или промышленного класса применения в течение срока службы накопителя SSD.

Ссылки:
  1. SandForce SF-2600 and SF-2500 Enterprise Flash Storage Processors, 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, LSI Corporation (http://www.lsi.com/technology/duraclass/Pages/RAISE.aspx)

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

  4. SF-2000 Family SSD Processors New Enterprise and Industrial Products, LSI Corporation October 2010 (http://www.lsi.com/)

        Back To Top