Solid State Drives: design challenges for optimum performance-reliability trade-off

In this work a thorough design space exploration of Solid State Drives (SSD) architectures is presented. Thanks to SSDExplorer, a virtual platform for SSD simulation, designers will get all the elements to understand how to simulate and efficiently design the architecture of an SSD. It will demonstrated that the main figure of merits of these devices, that are the bandwidth, the latency, the quality of service (QoS), the reliability, and the power consumption, are tightly coupled with the features of the underlying storage layer. Moreover, in contrast with nowadays “top-down” design methodologies where the firmware optimization level represents the sole responsible of the SSD behavior, it will be shown that the proposed “bottom-up” design paradigm allows efficiently tuning the memory features with the final user application. As a consequence, the design of extremely high-performing SSD architectures is enabled. Finally, it will be demonstrated that in future SSDs for hyper-scale environments, a “memory-centric” design flow will represent the unique efficient way to build a high-capable and low-power storage device.

In questo lavoro è presentata un esplorazione approfondita dello spazio di progettazione di un disco a stato solido (SSD). Grazie ad SSDExplorer, una piattaforma virtuale per la simulazione di SSD, verranno messi a disposizione dei progettisti tutti gli elementi necessari per simulare e progettare in modo efficiente l’architettura di un SSD. Verrà dimostrato che le principali figure di merito di questi dispositivi, ovvero la banda passante, la latenza, la qualità del servizio, l’affidabilità, ed il consumo di potenza, sono strettamente connesse con le caratteristiche dello storage sottostante. Inoltre, in contrasto con le metodologie odierne di progettazione “top-down” dove il comportamento del disco è influenzato solamente dal livello di ottimizzazione del firmware, verrà dimostrato che l’approccio “bottom-up” proposto permette di tarare in modo efficiente le caratteristiche delle memorie con l’applicazione finale dell’utente. Di conseguenza, è possibile ottenere delle architetture per SSD estremamente efficienti. Infine, verrà dimostrato che nei futuri SSD pensati per i sistemi hyper-scale, un approccio “memory-centric” rappresenterà l’unico modo per costruire un dispositivo di storage capiente e a basso consumo energetico.