Napęd hybrydowy - Hybrid drive
W obliczeniowej , A napęd hybrydowy ( półprzewodnikowy napęd hybrydowy - sshd ) jest logiczne lub fizyczne urządzenie magazynujące , które łączy się szybciej nośniku danych, takim jak dysk półprzewodnikowy (SSD) o wyższej wydajności dysku twardego (HDD). Intencją jest dodanie części szybkości dysków SSD do opłacalnej pojemności tradycyjnych dysków twardych. Zadaniem dysku SSD w napędzie hybrydowym jest działanie jako pamięć podręczna dla danych przechowywanych na dysku twardym, poprawiając ogólną wydajność poprzez przechowywanie kopii najczęściej używanych danych na szybszym dysku SSD.
Istnieją dwie główne konfiguracje wdrażania dysków hybrydowych: systemy hybrydowe z dwoma dyskami i hybrydowe dyski półprzewodnikowe. W systemach hybrydowych z dwoma dyskami fizycznie oddzielne urządzenia SSD i HDD są instalowane w tym samym komputerze, a optymalizacja rozmieszczenia danych jest wykonywana ręcznie przez użytkownika końcowego lub automatycznie przez system operacyjny poprzez utworzenie „hybrydowego” urządzenia logicznego. W hybrydowych dyskach półprzewodnikowych funkcje SSD i HDD są wbudowane w pojedynczy element sprzętowy, w którym optymalizacja rozmieszczenia danych jest wykonywana albo w całości przez urządzenie (tryb samooptymalizacji), albo poprzez „wskazówki” dotyczące rozmieszczenia dostarczane przez system operacyjny ( tryb wskazywany przez hosta).
Rodzaje
Istnieją dwie główne „hybrydowe” technologie pamięci masowej, które łączą pamięć flash NAND lub dyski SSD z technologią HDD: systemy hybrydowe z dwoma dyskami i hybrydowe dyski półprzewodnikowe.
Systemy hybrydowe z podwójnym napędem
Systemy hybrydowe z dwoma dyskami łączą wykorzystanie oddzielnych urządzeń SSD i HDD zainstalowanych w tym samym komputerze. Ogólnymi optymalizacjami wydajności zarządza się na jeden z trzech sposobów:
- Przez użytkownika komputera, który ręcznie umieszcza częściej używane dane na szybszym dysku.
- Dzięki oprogramowaniu systemu operacyjnego komputera, które łączy dyski SSD i HDD w jeden wolumin hybrydowy , zapewniając użytkownikowi końcowemu łatwiejszą obsługę. Przykłady hybrydowych wolumenów wdrożeń systemów operacyjnych są ZFS „hybrydowe«pul pamięci» Bcache i DM-cache na Linuksie , a firmy Apple ” s Fusion napędu i innych Logical Volume Management implementacje oparte na OS X .
- Przez chipsety zewnętrzne do poszczególnych dysków. Przykładem jest użycie modułów pamięci podręcznej flash (FCM). Moduły FCM łączą użycie oddzielnych dysków SSD (zwykle modułu SSD mSATA ) i komponentów HDD, jednocześnie zarządzając optymalizacją wydajności za pomocą oprogramowania hosta, sterowników urządzeń lub ich kombinacji. Jednym z przykładów jest technologia Intel Smart Response Technology (SRT), która jest realizowana za pomocą kombinacji niektórych chipsetów Intel i sterowników pamięci masowej Intel, jest obecnie najpowszechniejszą implementacją hybrydowych systemów FCM. Tym, co odróżnia ten system z dwoma dyskami od systemu SSHD, jest to, że każdy dysk zachowuje zdolność do niezależnego adresowania przez system operacyjny, jeśli jest to pożądane.
Hybrydowy dysk półprzewodnikowy
Półprzewodnikowy napęd hybrydowy (znany także pod initialism SSHd ) odnosi się do produktów, które zawierają znaczną ilość pamięci NAND flash do dysku twardego (HDD), w wyniku czego w jednym, zintegrowanym urządzeniu. Termin SSHD jest terminem bardziej precyzyjnym niż ogólniejszy napęd hybrydowy , który był wcześniej używany do opisywania urządzeń SSHD i niezintegrowanych kombinacji dysków półprzewodnikowych (SSD) i dysków twardych. Podstawową zasadą projektowania dysków SSHD jest identyfikacja elementów danych, które są najbardziej bezpośrednio związane z wydajnością (dane często używane, dane rozruchowe itp.) i przechowywanie tych elementów danych w pamięci flash NAND. Wykazano, że jest to skuteczne w zapewnianiu znacznie lepszej wydajności w porównaniu ze standardowym dyskiem twardym.
Przykładem często mylonego systemu z dwoma dyskami, który jest uważany za dysk SSHD, jest użycie laptopów, które łączą oddzielne komponenty SSD i HDD w ten sam 2,5-calowy dysk twardy, jednocześnie (w przeciwieństwie do dysków SSHD) zachowując te dwa komponenty widoczne i dostępne dla systemu operacyjnego jako dwie odrębne partycje. Typowym przykładem jest napęd Black2 firmy WD; dysk może być używany jako oddzielny dysk SSD i dysk twardy poprzez odpowiednie partycjonowanie lub oprogramowanie może być używane do automatycznego zarządzania częścią dysku SSD i prezentowania dysku użytkownikowi jako jednego dużego woluminu.
Operacja
W przypadku dwóch form hybrydowych technologii pamięci masowej (systemy hybrydowe z dwoma dyskami i dyski SSHD) celem jest połączenie dysków twardych i szybszej technologii (często pamięci flash NAND), aby zapewnić równowagę między lepszą wydajnością a dostępnością pamięci masowej o dużej pojemności. Ogólnie rzecz biorąc, osiąga się to poprzez umieszczenie „gorących danych” lub danych, które są najbardziej bezpośrednio związane z poprawioną wydajnością, w „szybszej” części architektury pamięci masowej.
Podejmowanie decyzji o tym, które elementy danych mają priorytet dla pamięci flash NAND, jest podstawą technologii SSHD. Produkty oferowane przez różnych dostawców mogą to osiągnąć za pomocą oprogramowania układowego urządzenia , sterowników urządzeń lub modułów oprogramowania i sterowników urządzeń.
Tryby działania
- Tryb samooptymalizacji
- W tym trybie pracy dysk SSHD działa niezależnie od systemu operacyjnego hosta lub dysków urządzenia hosta, podejmując wszystkie decyzje związane z identyfikacją danych, które będą przechowywane w pamięci flash NAND. W tym trybie produkt pamięci masowej pojawia się i działa w systemie hosta dokładnie tak, jak tradycyjny dysk twardy.
- Tryb zoptymalizowany pod kątem hosta (lub tryb podpowiedzi hosta)
- W tym trybie pracy dysk SSHD umożliwia rozszerzony zestaw poleceń SATA zdefiniowanych w tzw. funkcji Hybrid Information, wprowadzonej w wersji 3.2 standardu Serial ATA International Organization (SATA-IO) dla interfejsu SATA. Korzystając z tych poleceń SATA, decyzje o tym, które elementy danych zostaną umieszczone w pamięci flash NAND, pochodzą z systemu operacyjnego hosta , sterowników urządzeń, systemów plików lub kombinacji tych składników na poziomie hosta.
- Niektóre specyficzne funkcje dysków SSHD, takie jak tryb wskazywany przez hosta, wymagają obsługi oprogramowania przez system operacyjny. Microsoft dodał obsługę operacji wskazywanej przez hosta w systemie Windows 8.1 , podczas gdy poprawki dla jądra systemu Linux są dostępne od października 2014 r., w oczekiwaniu na ich włączenie do głównej linii jądra systemu Linux .
Historia
Technologia napędu hybrydowego przeszła długą drogę, a nowoczesne wdrożenia poprawiły się w ciągu ostatniej dekady, począwszy od 2007 roku:
- W 2007 roku firmy Seagate i Samsung wprowadziły pierwsze dyski hybrydowe z produktami Seagate Momentus PSD i Samsung SpinPoint MH80. Oba modele były 2,5-calowymi dyskami, wyposażonymi w opcje pamięci flash NAND 128 MB lub 256 MB. Seagate Momentus PSD podkreślił sprawność energetyczną dla lepszego doświadczenia mobilnej i oparła się na Windows Vista „s ReadyDrive . Produkty nie zostały powszechnie przyjęte.
- W maju 2010 roku firma Seagate wprowadziła nowy produkt hybrydowy o nazwie Momentus XT i użyła terminu hybrydowy dysk półprzewodnikowy . Ten produkt koncentrował się na zapewnieniu połączonych zalet punktów pojemności dysku twardego z wydajnością podobną do SSD. Jest dostarczany jako dysk twardy o pojemności 500 GB z 4 GB zintegrowanej pamięci flash NAND.
- W listopadzie 2011 roku firma Seagate wprowadziła coś, co nazwali dyskiem SSHD drugiej generacji, co zwiększyło pojemność do 750 GB i zwiększyło zintegrowaną pamięć flash NAND do 8 GB.
- W marcu 2012 roku firma Seagate wprowadziła na rynek laptopy SSHD trzeciej generacji w dwóch modelach – 500 GB i 1 TB, oba z 8 GB zintegrowanej pamięci flash NAND.
- We wrześniu 2012 r. firma Toshiba ogłosiła swój pierwszy dysk SSHD, zapewniający wydajność i szybkość reakcji zbliżoną do dysków SSD dzięki połączeniu 8 GB własnej pamięci flash SLC NAND firmy Toshiba i innowacyjnych, samouczących się algorytmów o pojemności do 1 TB.
- We wrześniu 2012 roku firma Western Digital (WD) ogłosiła hybrydową platformę technologiczną łączącą opłacalną pamięć flash MLC NAND z dyskami magnetycznymi w celu zapewnienia wysokowydajnych zintegrowanych systemów pamięci masowej o dużej pojemności.
- W listopadzie 2012 roku firma Apple Inc. wypuściła fabrycznie skonfigurowany system hybrydowy z dwoma napędami o nazwie Fusion Drive .
- W październiku 2015 r. TarDisk wprowadził hybrydowy system plug-and-play z dwoma dyskami „TarDisk Pear”, z opcjami rozmiaru pamięci flash do 256 GB.
- W sierpniu 2021 firma Western Digital wprowadziła OptiNAND™, nową architekturę dysków twardych z obsługą pamięci flash. Wykorzystuje nowy system pamięci podręcznej odczytu/zapisu iNAND w celu zwiększenia wydajności. Ta funkcja ma zastosowanie w przypadku utraty zasilania podczas fazy zapisu, aby zapobiec utracie danych. System-on-a-Chip (SoC) napędu OptiNAND, w niecałą sekundę, wykorzysta moc obrotową generowaną przez już obracający się talerz dysku wewnątrz napędu do zasilania wewnętrznych kondensatorów, dopóki dane z pamięci podręcznej iNAND nie zostaną przesłane do nieulotnego NAND.
Benchmarki
Testy porównawcze z końca 2011 r. i początku 2012 r. z użyciem dysku SSHD składającego się z dysku twardego o pojemności 750 GB i 8 GB pamięci podręcznej NAND wykazały, że dyski SSHD nie zapewniały wydajności dysku SSD przy losowym odczycie/zapisie i sekwencyjnym odczycie/zapisie, ale były szybsze niż dyski twarde podczas uruchamiania i zamykania aplikacji .
Benchmark 2011 obejmował ładowanie obrazu systemu, który był intensywnie używany z wieloma aplikacjami, aby ominąć przewagę wydajności świeżo zainstalowanego systemu; w rzeczywistych testach okazało się, że wydajność była znacznie bliższa dyskowi SSD niż mechanicznemu dyskowi HDD. Różne testy porównawcze wykazały, że dysk SSHD znajduje się między dyskiem HDD a SSD, ale zwykle jest znacznie wolniejszy niż dysk SSD. W przypadku wydajności losowego dostępu bez pamięci podręcznej (wiele losowych odczytów i zapisów o wielkości 4 KB) dysk SSHD nie był szybszy niż porównywalny dysk twardy; korzyści mają tylko dane, które są buforowane. Autor doszedł do wniosku, że dysk SSHD był najlepszym rodzajem dysku innego niż SSD ze znacznym marginesem, a im większa pamięć podręczna półprzewodnikowa, tym lepsza wydajność.