Revised: PC體系結構靜悄悄地革命

你有沒有關注SSD?對它的印象如何?如果你僅僅是覺得它"能省一點電量"、"容量太小",那麼接下來你可要開始喫驚了。因爲SSD有可能正在醞釀着一場體系結構的革命。先來看兩篇報道(經過了我的編輯篩選的):


Micron的PCIE SSD卡
Micron幾個月前推出了速度達到250MBps的RealSSD,最近他們又把這一記錄刷新,達到了1G/s。但是Micron使用的是雙SSD和高達16位的數據通道,性能超過200000 IOPS(input/output operations per second,輸入輸出操作/秒)這麼快的速度使Micron不得不放棄Serial ATA II 300MB/秒的速度,而改投PCI Express的懷抱。出貨日期和價格待定,跳轉後有視頻欣賞,看看人家實驗的機器和PCI Express接口的的SSD是什麼樣子。http://www.youtube.com/watch?v=m1GBPreUPXk

Fusion-io的PCIE SSD卡
看到上圖那一大片芯片了嗎,那是三星生產的 NAND 閃存,一共 80GB,這張卡是 Fusion-io 的 ioDrive。採用 PCIe 接口,讀寫幾乎沒有延遲時間(Everrest測試是幾十微秒),比目前所有 SATA II SSD 和八顆一萬五千轉的硬盤組成的RAID系統都還要快(按測試是在4Gb/s的水平),總之就是目前地表上最速儲存媒體。這裏有測試報告: http://www.tweaktown.com/reviews/1683/1/exclusive_look_at_fusion_io_iodrive_pcie_solid_state/index.html (強烈建議對測試數字沒概念的人去看測試圖)

存取時間(讀取)

訪問時間(寫入)

讀寫帶寬

我們再來一起回憶一下Peter Norvig這位現任google research director在2001年寫的文章《10年編程無師自通》(爲方便多數人閱讀,找了中譯本):
……
記住在"計算機科學"這個詞組裏包含"計算機"這個詞。瞭解你的計算機執行一條指令要多長時間,從內存中取一個word要多長時間(包括緩存命中和未命中的情況),從磁盤上讀取連續的數據要多長時間,定位到磁盤上的新位置又要多長時間。(答案見後文)
……
答案
各種操作的計時,2001年夏天在一臺典型的1GHz PC上完成:
●執行單條指令            1 納秒 = (1/1,000,000,000) 秒
●從L1緩存中取一個word        2 納秒
●從主內存中取一個word        10 納秒
●從連續的磁盤位置中取一個word    200 納秒
●從新的磁盤位置中取一個word(尋址) 8,000,000納秒 = 8毫秒

距離文章寫成之日已有7年,CPU核心翻倍甚至X4、X8,Cache和RAM速度變快,唯有硬盤還是那樣地慢。現在,加速硬盤的機會終於快要來了。按軟件實測數據來估算(實際上我懷疑軟件實測對於這樣快的存儲設備是否仍然準確):

SSD性能
●從連續的磁盤位置中取一個word    2 納秒
●從新的磁盤位置中取一個word(尋址) 50,000納秒 = 0.05毫秒
●向新的磁盤位置中寫一個word(尋址) 20,000納秒 = 0.02毫秒

在硬盤的讀取帶寬增加幾十甚至上百倍,尋道(其實是尋址)時間降低到幾百分之一,系統啓動的速度,程序加載的速度,硬盤Cache的設計,Page swapping的效率,程序的預讀策略……這些常見的問題都需要從新的角度來考慮了。

比如Page swapping,如果需要5秒種,那麼這肯定是一個問題,因爲它會引起程序的停頓;但如果它只需要5毫秒,那麼對於多數程序來說,這就不再是一個問題了:聯想一下GUI界面的400毫秒定理……(如果覺得我用GUI程序來舉例太過naive的話,請聯想一下GC algorithm和swapping的關係,或者服務器端常見的的RAID壓力問題)

做過系統(軟件系統,硬件系統,軟硬件綜合系統)的人可能都會有這樣的感受:一個數量級的變化足以引發體系結構的革命。

現在,我們面臨的是兩個數量級的改變。所以,我將SSD與HDD的變化稱爲革命,一場會影響軟硬件體系結構的革命。

結果如何,讓我們試目以待……


(P.S.爲了加強鼓吹效果,本文沒有采取中立態度撰寫。其實我自己目前的看法還是"謹慎的樂觀")


更新:有人用24塊三星的SSD組建了一臺計算機,得到了2GBytes/sec的硬盤實測速率;同時打開所有的OFFICE程序只需要半秒鐘;將差不多6GB的700多個文件放入回收站,也就是屏幕一閃的功夫;複製DVD Rip文件,所用的時間……還是不用秒來計算了……根據實測,所用的時間,就是DVD的包裝盒從二層樓高的地方掉到地上所用的時間……
請見視頻:http://www.youtube.com/watch?v=96dWOEa4Djs&feature=player_embedded

再更新:關於Fusion-io的產品的新聞稿
企業級固體硬盤廠商Fusion-io今天宣佈推出新品“ioDrive Duo”,不但容量比此前的ioDrive翻了一番,還號稱是全球速度最快、最創新的固態存儲方案。
ioDrive Duo容量有160GB、320GB、640GB、1.28TB四種,依然基於PCI-E x8或PCI-E 2.0 x4標準接口,原始吞吐量最高可達20GB/s,32KB包大小下持續讀取帶寬1.5GB/s、持續寫入帶寬1.4GB/s,4KB包大小下讀取IOPS 186000、寫入IOPS 167000,平均訪問延遲小於50微秒。
不僅如此,多塊ioDrive Duo組合在一起的性能提升是線性的,所以四塊聯合可以帶來6GB/s的讀取帶寬,以及超過50萬的IOPS。
可靠性方面,ioDrive Duo支持多位錯誤檢測與糾正和正在申請專利的Flashback保護技術,後者可提供芯片級N+1冗餘和自我修復功能,另外還可以在同一塊ioDrive Duo固態硬盤內部的兩個ioMemory模塊之間建立RAID 1鏡像。
ioDrive Duo 160/320/640GB將於2009年4月份出貨,1.28TB型號則要等到下半年。

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