محرك أقراص الحالة الصلبة ذو القناة المفتوحة

محرك الحالة الصلبة ذو القناة المفتوحة هو محرك حالة صلبة لا يحتوي على طبقة ترجمة فلاش البرامج الثابتة (FTL) مُدمجة فيه، بل يترك إدارة وحدة التخزين المادية لنظام تشغيل الحاسوب . ^{[ 1 ] [ 2 ]} تُعد نواة لينكس 4.4 مثالًا على نواة نظام تشغيل تدعم محركات الحالة الصلبة ذات القناة المفتوحة التي تتبع مواصفات NVM Express . تُسمى الواجهة التي يستخدمها نظام التشغيل للوصول إلى محركات الحالة الصلبة ذات القناة المفتوحة LightNVM . ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

بما أن محركات الأقراص الصلبة SSD تستخدم ذاكرة فلاش NAND لتخزين البيانات، فمن المهم فهم خصائص هذه الوسيلة. توفر ذاكرة فلاش NAND واجهة قراءة/كتابة/مسح. تُنظَّم حزمة NAND في تسلسل هرمي من الرقاقات والمستويات والكتل والصفحات. قد تحتوي الحزمة المادية الواحدة على رقاقة واحدة أو عدة رقاقات. تسمح الرقاقة بتنفيذ أمر إدخال/إخراج واحد في كل مرة. يسمح المستوى بتنفيذ أوامر فلاش مماثلة بالتوازي داخل الرقاقة. هناك ثلاثة قيود برمجية أساسية تنطبق على NAND:

1. يجب أن يحتوي أمر الكتابة دائمًا على بيانات كافية لبرمجة صفحة (أو عدة صفحات) كاملة من ذاكرة الفلاش.
2. يجب أن تكون عمليات الكتابة متسلسلة داخل كتلة واحدة.
3. يجب إجراء عملية مسح قبل أن تتم كتابة صفحة داخل كتلة (أو إعادة كتابتها).

عدد دورات البرمجة/المسح (PE) محدود. وبسبب هذه القيود، تكتب وحدات تحكم SSD البيانات إلى ذاكرة NAND الفلاشية بترتيب مختلف عن ترتيب الكتل المنطقية. وهذا يعني أن وحدة تحكم SSD يجب أن تحتفظ بجدول ربط من عناوين المضيف (المنطقية) إلى عناوين NAND (الفيزيائية). يُطلق على هذا الربط عادةً اسم جدول L2P. تُسمى الطبقة التي تُجري عملية الترجمة من العناوين المنطقية إلى الفيزيائية طبقة ترجمة الفلاش أو FTL. ^{[ 6 ]}

توفر محركات الأقراص الصلبة ذات القنوات المفتوحة مرونة أكبر فيما يتعلق بقرارات وضع البيانات، والتخصيص الزائد ، والجدولة، وجمع البيانات المهملة ، وموازنة التآكل . ^{[ 7 ]} ومع ذلك، لا يمكن اعتبار محركات الأقراص الصلبة ذات القنوات المفتوحة فئة موحدة من الأجهزة، حيث تختلف خصائص الجهاز الأساسية، مثل الحد الأدنى لوحدة القراءة والحد الأدنى لوحدة الكتابة، من جهاز لآخر. ^{[ 8 ]} لذلك، لا يمكن تصميم طبقة ترجمة فورية تعمل تلقائيًا على جميع محركات الأقراص الصلبة ذات القنوات المفتوحة.

تحتفظ محركات الأقراص الصلبة التقليدية (SSD) بجدول L2P في ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) الخاصة بها، وتستخدم وحدة المعالجة المركزية (CPU) الخاصة بها لإدارة هذا الجدول. أما في محركات الأقراص الصلبة ذات القنوات المفتوحة (Open Channel SSD)، فيُخزَّن جدول L2P في ذاكرة النظام المضيف، وتتولى وحدة المعالجة المركزية (CPU) الخاصة به إدارته. ورغم أن تقنية Open Channel SSD أكثر مرونة، إلا أنها تتطلب قدرًا كبيرًا من ذاكرة النظام المضيف ودورات وحدة المعالجة المركزية لإدارة L2P. فمع متوسط ​​حجم كتابة يبلغ 4 كيلوبايت، يحتاج محرك أقراص صلبة بسعة 1 تيرابايت إلى ما يقارب 3 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). ^{[ 9 ]}

مع محركات الأقراص الصلبة ذات القنوات المفتوحة، يمكن دمج عملية ربط L2P مباشرةً مع إدارة التخزين في أنظمة الملفات. ^{[ 10 ]} وهذا يتجنب التكرار بين برامج النظام وبرامج تشغيل محركات الأقراص الصلبة، مما يحسن الأداء والمتانة. علاوة على ذلك، تتيح محركات الأقراص الصلبة ذات القنوات المفتوحة تحكمًا أكثر مرونة في ذاكرة الفلاش. ويتم استغلال التوازي الداخلي من خلال تنسيق تخطيط البيانات، وجمع البيانات المهملة، وجدولة الطلبات لكل من برامج النظام وبرامج تشغيل محركات الأقراص الصلبة لإزالة التعارضات، وبالتالي تحسين الأداء وجعله أكثر سلاسة. ^{[ 11 ]}