Tallennusluokan muisti: tuleva vallankumous

Yksi tämän vuoden laitteistotekniikkakonferenssien suurimmista teemoista on, että olemme dramaattisten muutosten partaalla tapaa, jolla järjestelmät tallentavat ja käyttävät tietoja. Toki, olemme nähneet, että muisti nopeutuu ajan myötä, ja että flash-tallennustila täydentää tai jopa korvata kiintolevyjä monissa sovelluksissa, mutta uusi "tallennusluokkamuisti" lupaa vielä perusteellisemman muutoksen. Aihe on saanut huomion useissa konferensseissa tänä vuonna, kun pääsemme lähemmäksi Intelin ja Micronin lähetystuotteita heidän 3D XPoint -muistinsa perusteella. Se oli iso aihe viime viikon Flash Memory Summit -kokouksessa.

Vuosien ajan - melko paljon tietojenkäsittelyn auringonnoususta lähtien - meillä on ollut kaksi perustietoa tavaroiden säilyttämiseen. Lyhytaikainen tallennus on nopeaa, suhteellisen kallista ja epävakaata, mikä tarkoittaa, että kun virta sammuu, tiedot katoavat. Tämä on ollut enimmäkseen dynaamista hajasaantimuistia (DRAM), ja tietokoneeseen liitettävä määrä on rajoitettu. Lisäksi melko paljon transistoripohjaisten prosessorien auringonnousun jälkeen, myös itse prosessoriin on rakennettu staattinen hajasaantimuisti (SRAM), joka on vielä nopeampi, vielä kalliimpi ja jota on saatavana vain suhteellisen pieninä määrinä. Meillä on myös pysyvää tallennusta - olipa kyseessä sitten rei'ityskortteja, nauhoja, kiintolevyjä tai flash-muistia, mikä on paljon halvempaa, mutta myös paljon hitaampaa ja yleensä saatavana paljon suuremmalla kapasiteetilla.

Muistiteollisuuden "pyhä graali" olisi keksiminen jotain, jolla on DRAM-nopeus, mutta NAND-flash-muistin kapasiteetti, hinta ja pysyvyys. Se on kuitenkin vain idea. Fantasia. Siirtyminen SATA: sta nopeampiin rajapintoihin kuten SAS ja PCI-Express, käyttämällä NVMe-protokollaa, on tehnyt SSD: t huomattavasti nopeammiksi, mutta läheskään DRAM: n nopeuteen. Haihtumattomat DIMM-moduulit (NV-DIMM), jotka asettavat flash-muistin nopeampaan muistiväylään, yrittävät täyttää aukon, kun työ jatkuu esiin nousevien muistimuotojen, kuten 3D XPoint ja muiden vaihemuutoslaitteiden, ReRAM (resistiivinen RAM), kanssa. ja STT-MRAM (Spin-Transfer Torque Magnetic RAM).

Flash-muistikokouksessa näytti siltä, ​​että melkein jokainen puhuja esitti kaavion, joka puhui siitä, kuinka uusi "tallennusluokkamuisti" tai "pysyvä muisti" mahtuu järjestelmän tallennushierarkiaan. Tähän sisältyy SNIA) yllä olevassa diassa ja Western Digital viestin yläosassa. (Huomaa, että kukaan ei puhu nauhasta tai edes Blu-Ray-levystä, jota käytetään arkistointia varten). SNIA ajaa NV-DIMM-standardia standardina, jota voitaisiin lisätä järjestelmiin tänään. Tämän on tarkoitus olla alan standardi, jolla on useita erilaisia ​​taustalla olevia tekniikoita. Sitä voitaisiin käyttää NAND-salaman ja akkukäyttöisen DRAM-yhdistelmän kanssa tänään, joten se olisi yhtä nopea kuin DRAM, mutta silti pysyvä, jos kalliimpi kuin DRAM.

Ilmeisin ehdokas suurelle määrälle pysyvää muistia suhteellisen lyhyellä aikavälillä on 3D XPoint -muisti, vaiheenmuutosmuisti, jonka ovat kehittäneet Intel ja Micron.

Intel oli aiemmin sanonut, että se aikoo myydä Optane-SSD-levyt tämän muistin kanssa vuoden loppuun mennessä Optane-tuotemerkillä DIMM-laitteilla, joissa on tekniikka myöhemmin. Micron ilmoitti näyttelyssä, että se tuotetaan tuotteitaan nimellä QuantX ja keskittyy NVMe-standardiin tällaisten asemien kytkemiseksi pääjärjestelmään. Micron sanoi, että sen asemat pystyvät toimittamaan yli 10-kertaisesti tulo- / lähtötoimintojen määrään kuin NAND, ja tarjoamaan yli neljä kertaa DRAM-muistin jalanjäljen.

Intel esitteli NVMe-standardin edut yksityiskohtaisesti ja totesi, että kiintolevyjen perinteisten SAS- ja SATA-väylien yläpuolella on tullut SSD-suorituskyvyn pullonkaula; ja kuinka uudelle yhteysstandardille siirtyminen parantaisi perinteisten NAND-flash-SSD-levyjen suorituskykyä, mutta se oli ratkaisevan tärkeä uusille muistoille, koska ne ovat niin paljon nopeampia.

Intel ja Micron eivät ole vielä antaneet tarkkaa kapasiteettia tai hinnoittelua, mutta ovat aiemmin puhuneet siitä, kuinka sen pitäisi lopulta olla DRAM- ja NAND-flash-hinnoittelun välillä. Useat analyytikot arvasivat, että 3D XPointin valmistuskustannukset ovat nykyään todellisuudessa korkeammat kuin DRAM, mutta useimpien mielestä se muuttuu, jos tekniikka saavuttaa riittävän suuren volyymin.

On myös muita tekniikoita, jotka väittävät tulevan valtavirran vaihtoehtoisiksi muistoiksi.

STT MRAM esiintyy nykyään pieninä määrinä, käytetään enimmäkseen hyvin erikoistuneissa ympäristöissä, jotka vaativat erittäin kestävää ja kestävää muistia melko pieninä määrinä. Nykyään tällainen muisti tarjoaa paljon nopeampia kirjoituksia kuin NAND, mutta erittäin rajallisella kapasiteetilla, vain noin 256 megabittiin. Vertailun vuoksi NAND-valmistajat puhuvat 256 Gt ja 512 Gt (tai 64 Gt) siruista. Everspin on luvannut 1 Gb: n version vuoden loppuun mennessä. On helppo kuvitella tämän yleistyvän, mutta kapasiteetti ei todennäköisesti riitä laaja-alaiseen käyttöön.

Fujitsu on keskustellut ferrosähköisestä hajasaantimuistista (FRAM), lähinnä haihtumattomasta RAM-muistista, mutta se on osoitettu vain hyvin pienillä tiheyksillä.

Useat yritykset työskentelevät resistiivisen RAM-muistin (ReRAM) muunnelmien parissa, ja tämä on todellakin tekniikka, jonka WD (joka sisältää nykyisin SanDiskin) sanoi lupaavimmilta varastoluokkamuistille. Mutta on epäselvää, milloin tällaiset tekniikat tulevat markkinoille.

Yksi iso kysymys kaikenlaisista muistoista on kehittää järjestelmiä, jotka voivat todella hyödyntää niitä. Nykyiset järjestelmät - kaikki sovelluksista käyttöjärjestelmiin ja muistijärjestelmien välisiin yhteyksiin - on suunniteltu perinteiseen jakamiseen kuormien ja varastojen kanssa käytettävän muistin ja lohkoihin ohjelmoidun jatkuvan tallennuksen välillä. Kaikki mitä täytyy muuttaa, jotta jokin näistä tekniikoista tulee valtavirtaan. Useat puhujat keskustelivat mahdollisista varhaisista sovelluksista, Huawei puhui kognitiivisesta laskennasta ja Micron keskusteli rahoituspalveluiden sovelluksista - jotka kaikki haluavat valtavia määriä dataa suhteellisen nopeassa muistissa.

On kiehtovaa nähdä, kuinka tämä toimii seuraavien vuosien aikana.