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HGST zeigt 'Phase Change Memory'-SSD mit 3 Millionen IOPS

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HGSTPhase Change Memory (PCM) gilt als Nachfolger der aktuellen NAND-Technologie in SSDs und soll zahlreiche Vorteile gegenüber klassischen Flash-Speichern besitzen. HGST, eine Tochter von Western Digital, hat nun eine PCI-Express-SSD im Prototypen-Status präsentiert, welche mit PCM in Komponenten von jeweils 1 Gb arbeitet.

Verbaut sind diese in 45 nm gefertigten 1-Gb-PCM-Chips auf einer PCI-Express-Platine, welche über vier PCI-Express-x4-Lanes angebunden ist. Großer Vorteil von PCM gegenüber NAND sind die geringen Zugriffzeiten. Diese liegen bei rund 1,5 µs und bedürften eines völlig neuen Interfaces zwischen Controller und den Speicherchips selbst. Entwickelt wurde die 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.

Direkt vergleichen lassen sich die IOPS nicht wirklich, aber grobe Anhaltspunkte können gegeben werden. So erreichen Server-SSDs, in diesem Fall ebenfalls auf Basis von PCI-Express, bis zu 500.000 IOPS. Im Consumer-Bereich sind 100.000/70.000 IOPS für das Lesen/Schreiben von 4K-Daten inzwischen üblich. Die von HGST genannten 3 Millionen IOPS sind also zunächst einmal nur eine grobe Richtung, in die es gehen soll.

Bis erste marktreife Produkte auf Basis von PCM erscheinen, wird wohl noch einige Zeit verstreichen. Derzeit testen zahlreiche Hersteller die dazugehörigen Technologien und dazu gehört neben dem eigentlichen Speicher selbst auch die Infrastruktur in Form von Controllern und Protokollen.

Technischer Hintergrund zu Phase Change Memory (PCM)

Die Speicherung von Daten erfolgt über ein Material, dass 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 elektrische Widerstand aus. Wird jedoch eine bestimmte Spannung überschritte, wird das Material wieder gut leitend. Diese Eigenschaft nennt sich "Dynamic on State".

512 Megabit PCM LPDDR2 MCP von Micron
512 Megabit PCM LPDDR2 MCP von Micron

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.

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Kommentare (12)

#3
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Registriert seit: 12.05.2013

Flottillenadmiral
Beiträge: 5063
Naja bei NAND SSDs haben sie den Anschluss verpasst, nochmal wollen sie den Fehler nicht begehen und die merken wohl auch das die Platten Ära langsam aber sicher zu ende geht (dauert zwar noch aber mit der Zeit....)
#4
Registriert seit: 17.06.2010

Oberstabsgefreiter
Beiträge: 402
Es ist gut möglich das die Flash-Ära zu Ende geht bevor die Plattenära wirklich endet. Der Grund dafür ist das NAND-Flash nur noch ein begrenztes Entwicklungspotenzial bietet und wohl innerhalb der nächsten 5 Jahre an einem Punkt angelangt ist an dem es nicht mehr möglich ist die Speicherdichte weiter zu erhöhen. Das heißt aber noch lange nicht das SSDs dann nicht mehr weiterentwickelt werden- man muss eben auf andere Speicherchips setzen. Neben dem hier beschriebenen PCRAM der vor allem von HGST/WD, Samsung und Micron entwickelt wird kommen als Flash Nachfolger auch noch etwa FeRAM oder MRAM in Frage. PCRAM bzw. PCM wirkt aus meiner Sicht am ausgereifsten.

Angesichts der enormen Geschwindigkeit der Speicherzellen un niedrigen Latenzen im Vergleich zu Flash wäre es eventuell sinnvoll den Speicher ähnlich wie Arbeitsspeicher direkt an den Hauptprozessor anzubinden, eventuell zusätzlich zum DRAM etwa über eine RAMBUS artige Schnittstelle oder einfach zusätzliche DDR Speicherkanäle.
#5
Registriert seit: 05.01.2003
Bayern
Bootsmann
Beiträge: 520
Ich hätte am liebsten jetzt schon 128GB RAM, dann würde mir auch eine einzige Platte reichen.
#6
Registriert seit: 05.07.2010

Admiral
Beiträge: 12068
Zitat Superwip;22491834
Es ist gut möglich das die Flash-Ära zu Ende geht bevor die Plattenära wirklich endet. Der Grund dafür ist das NAND-Flash nur noch ein begrenztes Entwicklungspotenzial bietet und wohl innerhalb der nächsten 5 Jahre an einem Punkt angelangt ist an dem es nicht mehr möglich ist die Speicherdichte weiter zu erhöhen.
Möglich, aber erstmal kommt nun das 3d NAND und dann wird man sehen, wann man keine Erhöhung der Speicherdichte mehr schafft. Das Problem ist nur, dass alle Alternative auch keine größere Speicherdichte versprechen, meist sogar eine geringere.

HGST wird damit aber wenig zu tun haben, die wollten nur mal darauf aufmerksam machen, dass sie auch SSDs fertigen. Die Entwicklung neuer Speichertechnologien in Chips wird von den RAM und NAND Herstellern kommen müssen und die arbeiten da ja auch dran. HGST, WD und Seagate müssen dagegen sehen, wie sie die Datendichte der HDDs steigern, dass ist deren Geschäft, da fertigen sie die Produkte selbst, bei SSDs können sie mangels eigenes Fabs nur immer eine Nebenrolle spielen können, egal ob die nun auf Flash oder sonst was beruhen.
#7
Registriert seit: 13.02.2006
Koblenz
Flottillenadmiral
Beiträge: 5773
Zitat Superwip;22491834
Es ist gut möglich das die Flash-Ära zu Ende geht bevor die Plattenära wirklich endet. Der Grund dafür ist das NAND-Flash nur noch ein begrenztes Entwicklungspotenzial bietet und wohl innerhalb der nächsten 5 Jahre an einem Punkt angelangt ist an dem es nicht mehr möglich ist die Speicherdichte weiter zu erhöhen.


In dem Satz hätte man auch "NAND-Flash" durch HDD ersetzen können... den Magnetplattern wurde in den vergangenen 10 Jahren schon sooft das Ende vorrausgesagt, weil die Datendichte angeblich nicht mehr gesteigert werden konnte... Mittlerweile ist man bei damals noch unvorstellbaren und von vielen als unmöglich bezeichneten 8tb angekommen. Das Gleiche erwarte ich auch bei den NAND-Flash Chips, die Hersteller werden sich alles mögliche einfallen lassen um irgendwie weiter zu kommen.
#8
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Registriert seit: 06.02.2014
Im sonnigen Süden
Admiral
Beiträge: 9451
Kommt ja am ehesten auf die Kosten an. Wenn die neue Technologie nicht teurer als Nands ist, dann werden die Nands mit Sicherheit aussterben.
#9
Registriert seit: 05.07.2010

Admiral
Beiträge: 12068
Micron hat jedenfalls erstmal PCM zugunsten von 3d-NAND aus der Produktion genommen. Was nach NAND kommt muss eine noch bessere Datendichte haben um günstiger produziert werden zu können und da Samsung sein V-NAND schon von 24 Layern bei der ersten 3d-NAND Generation auf 32 bei der zweiten gesteigert hat, dürfte es da noch Luft nach oben geben.
#10
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Registriert seit: 19.05.2006
unterwegs
SuperModerator
Märchenonkel
Jar Jar Bings
Beiträge: 21805
Zitat DerGoldeneMesia;22490632
Schon mal die richtige Richtung wobei noch immer die Schnittstelle zum system fehlt.


Warten wir ab, wie sich HPs "The Maschine" entwickelt. Die basiert schließlich auf einem einzigen Speicher mit PCM in den Speichermodulen: Tschüß RAM, tschüß NAND.
#11
Registriert seit: 05.07.2010

Admiral
Beiträge: 12068
Wer fertigt das PCM für HP? Bisher war Micron der einige Hersteller mit eine Serienfertigung davon und hat diese nun auch noch eingestellt. Dann braucht man auch noch eine Menge davon, wenn man nichts nur das normale RAM damit ablösen will sondern auch gleich die Massenspeicher und bei 512Bit der 1Gigabit pro Chip sind dafür sehr viele Chips nötig.

Mal ehrlich, wenn Du so eine superschnelle SSD mit 8, 16 oder auch 32GB kaufen könntest, wozu wäre die gut? Als Cache ist RAM schneller und billiger.
#12
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Registriert seit: 26.10.2003
Allgäu
Admiral
Beiträge: 10543
das ist doch Zukunftsmusik, bis das zeug für den normal sterblichen erhältlich und dann auch noch bezahlbar ist, fliest noch viel Wasser den Rhein runter.
Nand bleibt uns also noch ne ganze zeit erhalten, sagt doch nicht immer dinge Tod die noch nicht mal das Jugentlichen alter erreicht haben, überlegt mal wie viel zeit vergangen ist von der Vorstellung einer SSD ähnlich wie wir sie heute einsetzen, bist jetzt wo man eine 512GB SSD unter 170€ bekommt.
Da bleiben noch Jahre wo ihr euch mit Nand rum quälen dürft
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