NAND paměti - flash disky i technologie Intel Robson
20. 9. 2006 07:00 Rubrika: Technologie Autor: Jakub Pavlis
Všichni bezpečně známe flash disky, běžně je používáme, nosíme na klíčích v kapse. Tušíme ale, jak vlastně fungují? Navíc s postupným přibližováním data nové Centrino sady Santa Rosa přichází do technologického hledáčku i technologie Robson, které má snížit spotřebu a přitom zvýšit výkon notebooků. A ta stejně jako flashky využívá NAND paměti. Pojďme se tedy na obojí podívat trochu blíže.
Nejprve si připomeňme technologii Robson. Jejím hlavním posláním je zrychlit načítání nejrůznějších aplikací, zejména však těch, které na počítači či notebooku spouštíme nejčastěji. Jmenovitě to je už při bootování PC operační systém – všichni až příliš dobře známe dlouhé časy, kdy se na obrazovce jen pohybuje modrý proužek pod nápisem Windows. A ani čekací doby v řádu desítek sekund při spouštění náročnějších programů našim nervům neprospívají. U Intelu se na to ve spolupráci s Microsoftem rozhodli reagovat, a protože pouhé zvyšování hrubého výkonu nebo velikosti pamětí příliš nepomohou, přišli s novou technologií.
V podstatě jde o vytvoření „hybridního“ disku, který vedle klasických rotujících magnetických ploten využívá k ukládání dat mnohem rychlejší „flash“ paměti typu NAND. Ty mají radikálně kratší čtecí i zapisovací doby, a to právě při načítání programového kódu oceníme nejvíce. Obecně bude použití Robsonu zaměřeno dvěma směry. Samotné bootování systému – přicházející Windows Vista by měl sám při detekci funkční Robson technologie uložit svá bootovací data na flash čip, takže při každém zapnutí PC bude číst právě z čipu a ne z HDD. Podle zbylého neobsazeného místa (např. u verze s 256 MB ho mnoho nezbude) bude možno využít druhý mód – Aplication boost – nejčastěji používané aplikace budou moci také uložit části svého kódu na flash čip, takže programy jako internetový browser, Adobe Reader, grafické programy ap. budou po spuštění také reagovat mnohem rychleji. Pro ilustraci letos na jaře na veletrhu Computex na Tchaiwanu Intel a Microsoft předvedli demo, které bez použití Robsonu mělo čas spouštění 2 minuty a 45 sekund, s Robsonem pouhou minutu deset!
Schéma postavení Robson čipu v sadě Intel Centrino Santa Rosa
Další plusy souvisí blízce s notebooky, i když ani u desktopu nad nimi nemusíme mávnout rukou – především jsou „non-volatile“, tedy nepotřebují k uchovávání dat napojení ke zdroji elektrického proudu. Jsou menší, mnohem méně fyzicky zranitelné a hlavně – nemají žádné pohyblivé části (elektromotorek roztáčející plotny HDD patří k energeticky nejnáročnějším součástkám počítače). To se projeví třeba i na době výdrže notebooku na baterie – disk se bude méně točit, spotřebuje tedy i méně proudu.
Pochopitelně však NAND paměti mají i své zápory, není jich ani málo, ale daří se je řešit. Jednou z pomalu překonaných je vyšší ekonomická náročnost – cena za bit stále patří k těm vysokým, ale přeci jen už je s velkým rozšířením těchto čipů a pokrokem výrobních technologií na snesitelné úrovni. Odráží se to i na kapacitách NAND pamětí, se kterými se u Robsonu setkáme. Budou od 256 MB po 2 GB, do budoucna se mohou dále zvětšovat, až dorazíme k vytouženému cíli – kompletním NAND pevným diskům. Do té doby zbývá vyřešit i celá řada technických a technologických problémů. Zatím nejpalčivějším je nízký počet přepisovacích cyklů, dnes je garantován většinou cca jeden milion, což je přeci jen kratší životnost, než jakou nabízí magnetický HDD.
Fyzická podoba jednoho z NAND čipů a jeho umístění v notebooku.
Dalším limitujícím faktorem je pouze omezené „random acces“ použití. Přístup a čtení jsou sice plně v režimu kdykoliv kdekoliv, problém nastává při přeprogramovávání, speciálně při mazání. Data jsou totiž na NAND paměti uložena po blocích – číst je sice můžete jednotlivě, i zapsat lze kamkoliv, ale pouze v případě, že máte prázdný celý blok. A máte-li v bloku zapsaná data a chcete-li změnit jen část z nich, je třeba vymazat všechna a zase nahrát celou aktualizovanou podobu dat. A bloky bohužel nejsou nijak malé, typicky se produkují ve velikostech 512 a 2048 B, navíc se přidává 12-16 bytů pro kontrolní součty.
Představa připojení NAND čipu přes sběrnici podle Intelu
Poslední otázkou pro nás bude pochopitelně bezpečnost dat uchovávaných na NAND pamětech. Jak už jsme si řekli, data jsou ukládána do fyzických bloků, je tedy třeba kontrolovat jejich bezchybnost. Kontrola špatný bloků (bad blocks) je u flash pamětí řešena softwarově. Samotná fyzická paměť je vždy lehce naddimenzována právě kvůli potřebě nahradit poškozené fyzické bloky. 1. blok (zero block) je výrobcem garantován jako plně přístupný, a slouží k uchovávání partiton tabulky, která popisuje, kde a v jakém stavu se který blok a data na něm uchovávaná nachází. Kontrolní součty pak jsou schopny obnovit data v případě, že je na bloku poškozen jeden bit. Pokud se tak stane, v alokační tabulce je blok označen jako chybný (bad), ale zrekonstruovaná data se uloží na jiný blok (což je pokrok proti pevným diskům, které podobnou věc umí až v některých RAID zapojeních). U více poškozených bitů už bohužel algoritmus nezafunguje a data jsou částečně ztracena.
Flash paměti vynalezli v japonské Toshibě už v roce 1984, a od té doby urazila tato technologie notný kus cesty. Rapidně narostla kapacita i spolehlivost, zkrátily se přístupové doby a díky vynajití spousty možností použití se rozjela i masová výroba. Díky touhám po NAND pevných discích má tato technologie i růžovou budoucnost. Intelovský Robson je tak vlastně jen dočasné přemostění na cestě k nim. Jejich běžná výroba by se mohla spustit do pěti let, první, sice drahé a nevyzkoušené vlaštovky už výrobci představili.
