SCM (Storage-Class Memory) Nedir?
1. SCM (Storage-Class Memory) Nedir?
Veri depolama alanında hız deneyimini artıran yeni bir teknoloji beklentilerimizin üstünde bir performans ile bizi karşılamaya hazırlanıyor. Bilinirliği teknolojinin yaygınlaşması ile artıyor, ihtiyacımıza göre disk boyutlarının artması ve maliyetler noktasında öngörülebilir bir noktaya gelindiğinde teknolojinin yaygınlaşması beklenmektedir.
En yüksek veri erişimi DDR-SDRAM gibi bellek yongalarında bulunur. Ancak yüksek kapasite ihtiyacına göre pahalı bir çözümdür. Önemli ölçüde fiyat/performans dengesini daha düşük maliyet ve yüksek hız deneyimi ile sunan Storage-Class Memory (SCM) bellekler günümüzde yavaşta olsa veri depolama ünitelerinde yerini almakta ve popüler olma yolunda ilerlemektedir.
SCM, veriyi DRAM olarak ele alır ve onu donanımın bellek alanına dahil eder. Konum olarak DRAM ile NAND Flash bellek yapıları arasında konumlanacağını düşünebiliriz.
SCM, mevcut DIMM yuvasındaki kalıcı bellek alan özelliğine sahiptir. Kalıcı bellek özelliği, veri depolama birimi üzerinde güç kaybı yaşandığında verilerin korunacağı anlamına gelir. Bu özellik, DRAM’e göre büyük bir avantaj sağlamaktadır. Standart DRAM gibi görünür ve çalışır. Sistem kapatıldığında veri alanı korunu ve veri alanını korumak için öncesinde O/S üzerinde herhangi tanım veya değişiklik yapılmasına gerek duyulmaz.
Yatırımlarımızı belirlemede maliyet, güvenlik ve hız her zaman önemli önceliklerimiz olmuştur. DRAM, kapasite olarak limitli bir yapıya sahiptir. Ayrıca, maliyetinden dolayı kalıcı veri saklamada birinci depolama alan hizmeti sunamamaktadır.
Veriye daha düşük gecikme sürelerinde erişim ihtiyacı günümüzde NAND SSD’ler çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır. Günümüzde bu ihtiyaç ağırlıklı olarak; arabirimlerini SATA ve SAS’tan PCIe veri yolu kullanan NVMe (Non-Volatile Memory Express) disk teknolojisi üzerinde oluşturmaya başladı.
NVMe kullanan SSD’ler 100 mikrosaniye kadar düşük erişim gecikme sürelerine sahiptir. Ancak, bu halen DRAM’den çok daha yavaştır. SCM diskler, NAND Flash sürücülerden 10 kata kadar daha hızlı veri okuyup yazabilir ve DDR SDRAM’in yaklaşık yarısı kadar maliyete sahiplerdir.
SCM Temel Teknoloji Özellikleri:
· Direct Access Storage (DAS): Storage Class Memory (SCM) ve Persistent Memory (Kalıcı Bellek), kalıcı verileri CPU’ya daha da yakınlaştırma ve flash depolama kullanarak geçici belleğin kapasitesini artırma yeteneği sunar.
· Byte Accessible Storage (BAS): Bellek ve depolama birimi arasındaki temel farkı vurgulayan bayt adreslenebilirliği, tek bir karakterin herhangi bir bellek baytından okunabileceği veya herhangi bir bellek baytına yazılabileceği anlamına gelir. Kelime adreslemenin avantajı, aynı sayıda bitte daha fazla hafızanın adreslenebilmesidir.
· Persistent Memory (PM): Bellek veri yolunda bulunan katı hal (solid state) yüksek performanslı bayt adreslenebilir bir bellek aygıtıdır. Bellek veri yolunda olmak, PM’nin verilere DRAM benzeri erişime sahip olmasına izin verir. Bazı önemli avantajları:
o Flash SSD’lerden daha düşük gecikme süresi sağlar.
o Verimi flash veri depolamadan daha fazla artırır.
o DRAM’den daha ucuzdur.
o PM önbelleğe alınabilir. Bu, CPU’da önbelleğe alınamayan PCIe ara bağlantısına göre çok büyük bir avantaj sağlar.
o Veriler, flash diskler gibi güç kesintisinden sonra bellekte kalır.
· Non-Volatile Memory (NVM): Kalıcı bellek, güç kesildiğinde bile içerdiği veriyi koruyan bellektir. SSD’ler geçici olmayan depolama alanlarıdır. Veri depolamak için güce ihtiyaç duymaz. Diğer uçucu olmayan ortamlar arasında; flash sürücüler, NVRAM, ROM, disketler, manyetik bant, optik diskler bulunur.
2. SCM Avantajları
SCM ile kurumlar, erişim alanına güvenli ve hızlı olarak erişebilmektedir. Ayrıca, yüksek dayanıklılık, düşük gecikme süresi ve yüksek düzeyde veri tutarlılığı gerektiren kritik veritabanları ve uygulamalar için ideal ortam oluşturmaktadır.
SCM, bellek modunda veya depolama olarak çalışmak üzere ayarlanabilen daha büyük bir adreslenebilir bellek alanı sağlar. SCM’ye yerleştirilen veriler daha kısa bir G/Ç yolundan geçer ve büyük veri bloklarında Garbage-Collection ile oluşan iş yükünü azaltır.
SCM veri saklama yapısında hız faktörünün CPU’ya yaklaştırıldığı, NVMe de olduğu gibi benzer yöntemin devam ettiğini görebiliriz.
Yüksek performanslı depolama iş yükleri için idealdir. SCM ile bellek ve depolama alanı arasında daha az verinin taşınması anlamına gelir. Bu, işlem yükünü azaltacağı gibi verimi (throughput) artırır.
Diğer avantajlar şunlardır:
· Geleneksel flash depolamaya göre daha düşük uygulama gecikmesi ve daha iyi performans sağlar
· Çevrimiçi işlem işleme (OLTP) iş yükleri gibi yoğun yazma gerektiren iş yüklerinin daha hızlı işlenmesini sağlar
· Flash depolamaya kıyasla daha yüksek verim, DRAM depolamadan daha düşük maliyet sunar.
· Elektrik kesintileri veya sistem çökmeleri nedeniyle oluşabilecek veri kaybı olasılığını ortadan kaldırır
· Geleneksel flash sürücülerden daha uzun süre dayanır.
· Teknoloji yatırımı DRAM bellek almaktan daha uyguna gelmektedir.
3. Volatile vs. non-volatile memory
Uçucu bellek ile kalıcı bellek arasındaki temel fark, geçici belleğin güç kesildiğinde verileri saklayamamasıdır. Uçucu olmayan bellek, bir elektrik kesintisi veya sistem çökmesi durumunda verileri saklar.
RAM ve SSD’ler, sabit disk ve bant gibi diğer depolama alternatiflerinden daha hızlıdır. Ancak RAM’i SSD’lerle karşılaştırırsak, RAM çok daha hızlıdır. NAND Flash SSD’ler kalıcıdır ve nispeten ucuzdur ancak yavaştır. DRAM ise bin kat daha hızlı olan ve CPU’ya yakınlığından yararlanan geçici bir bellektir. Farklı hızlara sahip olmalarının nedeni, farklı topolojilerinden kaynaklanmaktadır.
NAND, boyutu en az 128 KB olan hücre bloklarına bölünür. NAND’da yazmak için bloklardaki verilerin silinmesi gerekir, ardından yeni veriler eklenir ve tüm blok tekrar yazılır. Örneğin, SSD’ye 4KB yazmak istiyorsanız ve SSD’de zaten veri varsa, bloklardan birindeki verilerin tamamen silinmesi gerekir, ardından 4KB zaten var olan verilere eklenir ve mevcut veriler ve yeni 4 KB boş bloğa tekrar yazılır. Aksine, DRAM’de bu sınırlama yoktur. Benzer olarak, SCM teknolojileri, silme ve Garbage Collection işlemi gerektirmez.
Volatile memory: DRAM bellek türü enerji kesintisinde verileri saklayamaz. Uygulamaların ihtiyaç duyduğu bilgiler, geçici verilere bir örnektir. DRAM, flash temelli disklerden daha hızlıdır, ancak daha pahalıdır ve sınırlı ölçeklenebilirliğe sahiptir.
Non-volatile memory: Düzenli olarak erişim sağlanan verileri kalıcı olarak depolar. Bu veri türü saklama alanında, kullanıcı verileri, meta veriler ve bir bilgisayarın işlevlerini yürüten boot dosyaları ve diğer işletim sistemi (OS) verilerini içerir.
Flash depolama ünitelerinde en yaygın NVRAM türü kullanılır. Uçucu olmayan RAM (NVRAM), PCIe veri yolunda bulunur. NVRAM cihazlarında, veri kalıcılığını sağlamak için tipik olarak bir yedek pil ünitesi kullanır.
4. Use Cases
· In memory veritabanları (In-memory database)
· Grafik işleme (Graph-processing)
· Yapay zeka uygulamaları (Artificial intelligence)
· Nesnelerin interneti (Internet of things)
· Disk temelli darboğaz yaşanan uygulamalar
· Online veri işleme platformları (Online transaction processing)
· Büyük veri analitiği (Big Data)
· Dolandırıcılık, fidye tespit veri analitiği uygulamaları (Fraud detection)
5. Sonuç
Kullanıcı taleplerini karşılamak için yeni bir teknolojiye duyulan ihtiyaç giderek daha önemli hale geliyordu. SCM, bu boşluğu doldurmak için piyasada ve teknoloji anlamında yerini almaktadır.
Bazı avantajlara rağmen günümüzde, SCM disklerin ortalama fiyatı, performans ve teknik uygunluklarına rağmen bir dezavantajdır. Sistem üzerinde DRAM oranını azaltmak, giderlerin azalmasına katkı sunabilir. Ancak, bir SCM diski benzer bir NVMe yapılandırmasından 10 kat daha pahalı olabilir.
SSD diskler fiyat avantajı ile bu konuda yaygınlığını sürdürmektedir. Kullanıcı memnuniyeti; enerji kesintilerinde veri kaybının önlenmesi, düşük erişim gecikmeleri ve yüksek verimlilik ile şu an devam edebilmektedir.
Kaynaklar
1. https://www.purestorage.com/knowledge/what-is-storage-class-memory.html
2. https://www.techtarget.com/searchstorage/definition/storage-class-memory
3. https://www.architecting.it/blog/what-are-scm-and-pm
4. https://blocksandfiles.com/2018/11/28/2019-the-year-of-storage-class-memory
