Glabāšanas klases atmiņa: gaidāmā revolūcija

Viena no lielākajām tēmām aparatūras tehnoloģiju konferencēs šogad ir tā, ka mēs esam uz dramatisku izmaiņu robežas, kādā sistēmas glabā un piekļūst datiem. Protams, mēs esam redzējuši, ka atmiņa laika gaitā kļūst ātrāka, un daudzās lietojumprogrammās ir redzama zibatmiņas krātuves papildināšana vai pat aizstāšana ar cietajiem diskiem, taču jaunā “krātuves klases atmiņa” sola vēl fundamentālākas izmaiņas. Šī tēma šogad ir pievērsusi uzmanību daudzās konferencēs, jo mēs tuvināmies Intel un Micron piegādes produktiem, pamatojoties uz viņu 3D XPoint atmiņu. Tā bija liela tēma pagājušās nedēļas augstākā līmeņa sanāksmē par zibatmiņu.

Gadiem ilgi - gandrīz kopš skaitļošanas rītausmas - mums ir bijuši divi galvenie lietu glabāšanas veidi. Īstermiņa glabāšana ir ātra, salīdzinoši dārga un nepastāvīga, kas nozīmē, kad strāvas padevei beidzas, dati tiek zaudēti. Tas lielākoties ir bijis dinamiskās brīvpiekļuves atmiņa (DRAM), un datoram var pievienot tikai nelielu daudzumu. Arī kopš tranzistoru bāzes procesoru rītausmas mums ir bijusi statiska brīvpiekļuves atmiņa (SRAM), kas iebūvēta pašā CPU, kas ir vēl ātrāka, vēl dārgāka un pieejama tikai salīdzinoši nelielā daudzumā. Mums ir bijusi arī pastāvīga glabāšana - vai nu perfokartes, lentes, cietie diski vai zibatmiņas atmiņas, kas ir daudz lētāka, bet arī daudz lēnāka un parasti pieejama daudz lielākā ietilpībā.

Atmiņas nozares "svētais grāls" būtu nākt klajā ar kaut ko tādu, kam ir DRAM ātrums, bet NAND zibatmiņas ietilpība, izmaksas un noturība. Tomēr tā joprojām ir tikai ideja. Fantāzija. Pāreja no SATA uz ātrākiem interfeisiem, piemēram, SAS un PCI-Express, izmantojot NVMe protokolu, SSD ir padarījusi daudz ātrāku, taču ne tuvu DRAM ātrumam. Negaistošie DIMM (NV-DIMM), kas liek zibatmiņu ātrākai atmiņas kopnei, mēģina novērst šo plaisu, turpinot darbu pie jaunām atmiņas formām, piemēram, 3D XPoint un citām fāzes maiņas ierīcēm, ReRAM (rezistīvā RAM). un STT-MRAM (griezes momenta magnētiskā atmiņa).

Zibatmiņas samitā šķita, ka gandrīz katrs runātājs parādīja grafiku, kurā runāja par to, kā jaunā “atmiņas klases atmiņa” vai “pastāvīgā atmiņa” iekļaujas sistēmas glabāšanas hierarhijā. Tas ietver krātuvju tīkla nozares asociāciju (SNIA), kas atrodas iepriekš redzamajā slaidā, un Western Digital - augšējā slaidā. (Ņemiet vērā, ka neviens nerunā par lenti vai pat par Blu-Ray, ko izmanto arhīva glabāšanai). SNIA izvirza standartu NV-DIMM kā kaut ko tādu, ko šodien varētu pievienot sistēmām. Tas ir domāts kā nozares standarts ar dažādām dažādām pamatā esošajām tehnoloģijām. Mūsdienās to varētu izmantot kopā ar NAND zibspuldzi un ar akumulatoru nodrošinātu DRAM, tāpēc tas būtu tikpat ātrs kā DRAM, taču joprojām noturīgs, ja dārgāks par DRAM.

Visredzamākais kandidāts uz lielu pastāvīgās atmiņas daudzumu salīdzinoši tuvākajā laikā ir 3D XPoint atmiņa, fāzes maiņas atmiņu izstrādā Intel un Micron.

Intel jau iepriekš bija teicis, ka līdz gada beigām ir paredzēts pārdot Optane SSD ar šo atmiņu ar zīmolu Optane ar DIMM, kas piedāvā šo tehnoloģiju, vēlāk. Izstādē Micron paziņoja, ka savus produktus zīmolos ar nosaukumu QuantX un koncentrēsies uz NVMe standartu šādu disku savienošanai ar galveno sistēmu. Mikrons sacīja, ka tā diskdziņi varētu nodrošināt vairāk nekā 10 reizes lielāku ievades / izvades operāciju (IOP) skaitu nekā NAND, un nodrošinātu DRAM atmiņas pēdas nospiedumu vairāk nekā 4 reizes.

Intel veica prezentāciju, kurā sīki aprakstīja NVMe standarta priekšrocības, atzīmējot, ka tradicionālo SAS un SATA kopņu piestiprināšana cietajiem diskiem ir kļuvusi par vājo vietu SSD veiktspējā; un kā pārejai uz jauno savienojuma standartu būtu labs uzlabojums tradicionālajiem NAND zibatmiņas SSD diskiem, taču tam bija izšķiroša nozīme jaunajās atmiņās, jo tie ir tik daudz ātrāki.

Ne Intel, ne Micron vēl nav sniegušas precīzas iespējas vai cenu noteikšanu, bet iepriekš ir runāts par to, kā vajadzētu būt starp DRAM un NAND zibspuldzes cenām. Vairāki analītiķi sprieda, ka 3D XPoint ražošanas izmaksas mūsdienās faktiski ir augstākas nekā DRAM, taču vairums uzskata, ka tas mainīsies, ja tehnoloģija var sasniegt pietiekami lielu apjomu.

Ir arī citas tehnoloģijas, kas domā kļūt par vispārpieņemtām alternatīvām atmiņām.

STT MRAM mūsdienās pastāv nelielos apjomos, tos galvenokārt izmanto ļoti specializētā vidē, kurai ir nepieciešama ļoti izturīga, ilgstoša atmiņa diezgan mazos apjomos. Mūsdienās šāda atmiņa piedāvā daudz ātrāk rakstīt nekā NAND, bet ar ļoti ierobežotu ietilpību, tikai līdz aptuveni 256 megabitiem. Salīdzinājumam - NAND ražotāji runā par 256Gb un 512Gb (vai 64GB) mikroshēmām. Everspin ir apsolījis 1Gb versiju līdz gada beigām. Ir viegli iedomāties, ka šī darbība kļūst arvien populārāka, taču kapacitāte, iespējams, nav pietiekama plaša mēroga izvēršanai.

Fujitsu ir apspriedis ferroelektrisko brīvpiekļuves atmiņu (FRAM), kas būtībā ir nemainīgs operatīvās atmiņas veids, taču tā tiek parādīta tikai ar ļoti mazu blīvumu.

Vairāki uzņēmumi strādā pie rezistīvās operatīvās atmiņas (ReRAM) variantiem, un patiešām šī ir tehnoloģija, par kuru WD (kas tagad ietver to, kas agrāk bija SanDisk) teica, ka daudzsološākā šķiet atmiņas klases atmiņa. Bet nav skaidrs, kad šādas tehnoloģijas ienāks tirgū.

Viena liela problēma, ar kuru saskaras visi šāda veida atmiņas, ir tādu sistēmu izstrāde, kuras patiešām var tās izmantot. Pašreizējās sistēmas - viss, sākot no lietojumprogrammām līdz operētājsistēmām un beidzot ar starpsavienojumiem starp atmiņas sistēmām - ir paredzēts tradicionālam sadalījumam starp atmiņu, kas tiek darbināta ar kravām un krājumiem, un pastāvīgu krātuvi, kas ieprogrammēta blokos. Viss, kas būs jāmaina, lai kāda no šīm tehnoloģijām kļūtu par galveno. Vairāki runātāji apsprieda iespējamās agrīnās lietojumprogrammas, Huawei runājot par kognitīvo skaitļošanu un Micron - finanšu pakalpojumu lietojumprogrammas - visi tie parasti vēlas milzīgu datu daudzumu samērā ātrā atmiņā.

Būs aizraujoši redzēt, kā tas izdosies nākamajos gados.