Подсистемы хранения данных
Винчестер без единого гвоздя
Евгений Патий
"Экспресс Электроника"
Высокая производительность, надежность и емкость — вот три основных требования, которым обязан удовлетворять соременный накопитель. Сложно поставить эти характеристики в порядке приоритетности для пользователя, да, впрочем, это и не нужно, ведь для различных задач и приоритеты существенно разнятся. Где требуется колоссальная емкость, не всегда нужна высокая производительность, а надежность зачастую гораздо важнее емкости.
Заметьте, речь идет о накопителях вообще. По сути, нет особой разницы в принципиальной схеме устройства, если от него требуется одно — выполнение определенной задачи. Но существует ли оптимум, золотая середина между производительностью, надежностью и емкостью накопителя вообще, если абстрагироваться от конструкции и задач? Наверное, в привычном понимании термина «накопитель» — нет.
Остается обратиться к непривычным, но с оглядкой на обычные, жесткие диски — современный эталон производительности и емкости.
Чаще всего во главу угла ставится именно производительность, а надежность — это, по большому счету, проблемы производителя. Во все времена именно внешняя память была наименее производительной составляющей системы — остальные компоненты полностью электронные, а тот же жесткий диск включает множество прецизионных механических деталей, что во многом обусловливает «неторопливость» всего узла. Различные ухищрения, например объединение нескольких жестких дисков в RAID-массивы, несколько поправили общее положение дел, но, тем не менее, не поставили на одну ступень оперативную и внешнюю память, при этом внеся в систему избыточный компонент — контроллер массива. С точки зрения схемотехники — все замечательно, производительность в общем случае ограничена скоростью света; зато механика вносит свои безжалостные коррективы: скорость вращения шпинделя диска, время поиска и прочие «механические» величины на корню режут все попытки «взбодрить» жесткий диск как единую систему.
Отсюда решение: полностью исключить механику.
Этим подводим черту под двумя требованиями — производительностью и надежностью, — ведь механические компоненты гораздо уязвимее электронных (достаточно упомянуть хотя бы удар головки чтения-записи о намагниченную поверхность диска, при котором информация может быть безвозвратно потеряна). А решение задач производительности в этом случае полностью ложится на плечи схемотехники.
Это не голая теория или фантазии, накопители на основе чисто электронных компонентов были и есть. Например, твердотельные (solid state) жесткие диски без механических деталей, показывающие отличную производительность, но ограниченные в емкости, и главное, пока еще очень дорогие. Среди ведущих поставщиков подобных решений можно назвать компании Bitmicro и SolidData. Если последняя полностью концентрируется на профессиональных приложениях, то Bitmicro предлагает приводы, доступные в рознице.
Модули памяти в твердотельных накопителях благодаря аккумулятору могут хранить данные некоторое время после отключения питания. Иначе без постоянной электрической подпитки ячейки памяти не запомнят свое состояние. В принципе, твердотельные накопители впечатляют: они намного более стойки к вибрации, да и, как можно ожидать, существенно быстрее жестких дисков, особенно по времени доступа. Однако подобные устройства сегодня используются редко — именно в связи со своей высокой стоимостью — и производители пока не берут их на вооружение. Продукт еще не созрел для массового применения, несмотря на высокую скорость считывания и надежность — в дисках solid state нет ни одной механической детали, ломаться попросту нечему. Увы, остается ждать, когда решения solid state подешевеют до приемлемого уровня.
В ожидании этого момента требуется альтернативное решение, и совсем недавно оно появилось — накопитель, буквально построенный из модулей оперативной памяти. В самом деле, модули DDR стоят недорого, и технологически нет препятствий для того, чтобы соорудить накопитель из обычных планок памяти. Но при этом следует учесть: при выключении компьютера вся информация в модулях оперативной памяти стирается, но и эта проблема решаема.
Названные факторы учла компания Gigabyte при разработке интересного продукта под названием i-RAM. Данное устройство представляет собой привычную карту расширения с PCI-интерфейсом, оснащенную четырьмя гнездами для модулей DDR-памяти (с четырьмя 184-контактными слотами DIMM). Поддерживаются модули от DDR266 до DDR400. Тем не менее реальная частота работы не зависит от типа используемой памяти и составляет фиксированные 100 МГц. Тому есть причины: в качестве внешнего интерфейса передачи данных применяется протокол SATA 150. При работе на данной частоте обеспечивается стабильная пропускная способность на уровне 160 Мбайт/с, что уже превышает пороговое значение пропускной способности стандарта SATA 1.0.
Любопытно, что отсутствует жесткое ограничение на тип используемых модулей — они могут быть не только разной емкости, но для разной частоты работы. Словом, i-RAM — абсолютно утилитарное устройство, допускающее использование всех DDR-модулей, которые оказались под рукой в нужный момент. От традиционных жестких дисков накопитель i-RAM выгодно отличает не только потенциально более высокая производительность, но и бесшумная работа, меньшая критичность к нагреву, лучшая надежность, а также нечувствительность к вибрациям.
От традиционных жестких дисков накопитель i-RAM выгодно отличает более высокая производительность, бесшумная работа, меньшая критичность к нагреву
С целью обеспечения сохранности данных во время отключения питания, о чем мы уже упоминали, на плате имеется литий-ионный аккумулятор емкостью 1700 мА·ч, что позволяет устройству обходиться без внешнего питания в течение 16 часов. От напряжения слота PCI в 3,3 В питается не только память (после преобразования в 2,5 В), но и аккумуляторная батарея, служащая источником резервного питания, — она полностью заряжается за 6 часов. Разумеется, при таких условиях нельзя планировать долгосрочное хранение данных на диске i-RAM, однако кое-где эта плата может оказаться весьма полезной. Например, при организации программного интернет-шлюза с прокси-сервером i-RAM идеально подходит на роль хранилища кэша прокси — возможная потеря данных в таком случае не будет критичной, а по производительности подобному прокси-серверу не будет равных.
От напряжения слота PCI в 3,3 В питается не только память, но и аккумуляторная батарея, служащая источником резервного питания
Также i-RAM можно использовать как сверхбыстрый загрузочный диск, как раздел для файла подкачки или базы данных, как оперативное хранилище для аудио- и видеофайлов в системах видеозахвата и редактирования, в файловых, почтовых и веб-серверах и других. Надо сказать, i-RAM специально спроектирован для устройств хранения данных с активным и множественным доступом (благодаря малому времени доступа идеален для серверов и баз данных). Помимо фирменной утилиты Gigabyte поддерживает традиционные утилиты для резервирования и восстановления данных.
Чтобы не терять хранимую в памяти i-RAM информацию, Gigabyte обеспечивает практически бесперебойное питание устройства. Основным источником питания служит слот PCI, в который устанавливается плата. Никаких интерфейсных функций слот PCI в данном случае не несет — весь обмен информацией осуществляется по интерфейсу Serial ATA. Данное устройство совместимо лишь со спецификацией PCI 2.2 (5 В).
В случае настольных систем это не вызывает абсолютно никаких проблем у пользователя, зато попытка применить i-RAM в серверных системах будет обречена на неудачу. Причина в том, что зачастую на серверных системных платах используется интерфейс PCI-X, обеспечивающий только напряжение 3,3 В, а стандартная шина PCI либо вообще отсутствует, либо имеется в виде одного разъема.
Тайминги памяти также представляют собой достаточно тонкое место — необходимость использования конвертера «Память-SATA» делает бесполезным наличие регулировок таймингов, ведь в конечном итоге все временные задержки неизбежно будут нивелированы контроллером.
Теоретически объем i-RAM можно увеличить вдвое, объединив пару устройств в массив RAID 0 средствами контроллера Serial ATA. Этот режим также позволит увеличить скорость работы, хотя у твердотельных накопителей могут быть свои нюансы. Кроме того, компания Gigabyte сообщает, что два i-RAM в режиме RAID 0 не демонстрируют достаточной стабильности, а потому идея далека от реализации.По параметрам быстродействия i-RAM проявляет себя прекрасно, однако максимальная емкость 4 Гбайт (DDR-модули памяти объемом 2 Гбайт еще не доступны в продаже) серьезно ограничивает его возможности. Нужно отметить: цена итогового решения на сегодня такова, что заставляет подумать о целесообразности всей затеи — за схожую цену можно организовать полноценное SAS-хранилище гораздо большей емкости при чуть меньшей производительности.
Редакция журнала "Экспресс Электроника благодарит представительство компании Gigabyte за предоставленное оборудование.
