Werbung
Fast alle Speicher-Hersteller arbeiten derzeit an neuen Technologien, welche die Speicherdichte, Geschwindigkeit und Lebensdauer klassischer Flashspeicher erhöhen sollen. Phase Change Memory (PCM) gilt als nächste Generation in all diesen Bereichen. HGST hat das Flash Memory Summit 2015 zum Anlass genommen seine aktuelle Entwicklung im Bereich des PCM zu erläutern.
Demonstriert wurde der Zugriff auf den Speicher mittels RDMA (Remote Direct Memory Access) und Infiniband. Es ging darum die geringen Zugriffszeiten zu demonstrieren, denn per besagtem Fernzugriff wurde auf eine Datenbank zugegriffen. Die Reaktionszeit lag bei nur 2,3 µs, die gleiche Abfrage aus dem Arbeitsspeicher würde nur 1,9 µs benötigen. Damit seien PCM-SSDs natürlich für den Server-Einsatz im Bereich der Datenbanken prädestiniert.
Die von HGST verwendete PCM-SSD bestand aus einer PCI-Express-Karte, auf der sich 2 TB an Speicher befinden. Besondere Herausforderungen stellt der PCM hinsichtlich der Anbindung zwischen den Speicherchips und dem Controller. Selbst NVMe sei hier laut HGST zu langsam und weise einen zu großen Overhead auf. Entwickelt wurde eine neue Schnittstelle gemeinsam mit der Universität von Kalifornien in San Diego. Der Öffentlichkeit vorgestellt wurde das neue Interface-Protokoll Anfang 2014 auf der Usenix-Konferenz File and Storage Technologies (FAST). Durch die geringen Zugriffszeiten werden bis zu 3 Millionen IOPS (Random Reads von 512-Byte-Blöcken) erreicht. Zum Vergleich: Erst gestern zeigte Samsung die PM1725, die auf eine Million IOPS für das Lesen von Daten kommt.
Theoretisch sei es bereits heute möglich, eine solche PCM-SSD in eine Server zu integrieren. Den dazugehörigen Kernel-Treiber könnte HGST in Linux einpflegen. Allerdings wird es noch einige Zeit dauern, bis solche Produkte die Marktreife erlangen. HGST spricht von zwei bis drei Jahren.
[h3]Technischer Hintergrund zu Phase Change Memory (PCM)[/h3]
Die Speicherung von Daten erfolgt über ein Material, das sich entweder in einem kristallinen oder amorphen Zustand befindet. Diese Zustände repräsentieren das Low- und High-Level aus der Flash-Technologie. Über einen elektrischen Stromfluss, der mehrere hundert Mikroampere stark ist und etwa 50 Nanosekunden andauert, wird das Chalcogenide genannte Material zunächst in den amorphen Zustand überführt. In diesem kann es durch eine schnelle Abkühlung verbleiben und kristallisiert nicht erneut aus. Dieser Zustand zeichnet sich beim Lesen der Daten durch einen hohen elektrischen Widerstand aus. Wird jedoch eine bestimmte Spannung überschritten, wird das Material wieder gut leitend. Diese Eigenschaft nennt sich "Dynamic on State".
Soll das Chalcogenide wieder in den kristallinen Zustand überführt werden, wird ein kleiner Strom (20 bis wenige hundert Mikroampere) über einen längeren Zeitraum (100 Nanosekunden) angelegt. Das amorphe Material wird über seine Kristallisationstemperatur gebracht, Kondensationskeime bilden sich aus und das Material wird wieder kristallin. Auch hier reicht wieder ein kleiner Stromfluss, um den elektrischen Widerstand zu bemessen und somit den Zustand auszulesen. Ein kleiner Stromfluss erlaubt also das Auslesen des jeweiligen Zustands. Dies und der geringe Strom beim Schreiben der Daten sind neben den geringen Latenzen die größten Vorteile von PCM gegenüber den klassischen Flash-Technologie.