Пам'ять класу зберігання: революція, що настає

Однією з найбільших тем на конференціях з апаратних технологій цього року є те, що ми на порозі кардинальних змін у способі зберігання та доступу до даних систем. Звичайно, ми бачили, що пам'ять з часом швидко прискорюється, і ми бачимо, що флеш-накопичувач доповнює або навіть замінює жорсткі диски у багатьох додатках, але нова "пам'ять класу зберігання" обіцяє ще більш принципові зміни. Цього року ця тема привертає увагу на багатьох конференціях цього року, коли ми наближаємось до продуктів доставки Intel та Micron на основі їх пам'яті 3D XPoint. Це була велика тема минулого тижня на саміті Flash Flash.

Протягом багатьох років - майже з самого зорі обчислень - ми мали два основні способи зберігання речей. Короткочасне зберігання - це швидке, відносно дороге та мінливе значення, тобто коли потужність вимкнеться, дані відходять. Це здебільшого динамічна пам'ять з випадковим доступом (DRAM), і кількість, яку ви можете приєднати до комп'ютера, обмежена. Крім того, з часу зорі на транзисторних процесорах, у нас також була вбудована статична пам'ять з випадковим доступом (SRAM) в сам процесор, яка ще швидша, навіть дорожча і доступна лише у невеликих кількостях. У нас також було постійне зберігання - будь то перфокарти, стрічки, жорсткі диски або флеш-накопичувач, що значно дешевше, але також набагато повільніше і зазвичай доступне в значно більшій ємності.

"Святий Грааль" для галузі пам'яті повинен був створити щось, що має швидкість DRAM, але ємність, вартість та наполегливість флеш-пам'яті NAND. Але це залишається лише ідеєю. Фантазія. Перехід від SATA до більш швидких інтерфейсів, таких як SAS та PCI-Express, використовуючи протокол NVMe, зробив SSD набагато швидшими, але ніде не досягає швидкості DRAM. Енергонезалежні DIMM (NV-DIMM), які ставлять флеш-пам’ять на більш швидку шину пам'яті, намагаються усунути прогалину, поки робота триває над новими формами пам'яті, такими як 3D XPoint та іншими пристроями для зміни фази, ReRAM (резистивна ОЗУ) і STT-MRAM (магнітна оперативна пам'ять Spin-Transfer Torque Magnetic).

На саміті флеш-пам’яті здавалося, що майже кожен оратор демонстрував графік, який розповідає про те, як нова «пам’ять класу зберігання» або «стійка пам'ять» вписуються в ієрархію пам’яті в системі. Сюди входить Асоціація промислової мережі Storage Network (SNIA) на слайді вгорі та Western Digital у верхній частині повідомлення. (Зверніть увагу, що ніхто не говорить про стрічку або навіть Blu-Ray, що використовується для зберігання архівів). SNIA застосовує стандарт для NV-DIMM як щось, що можна додати до систем сьогодні. Це означає бути галузевим стандартом з різними основними технологіями. Сьогодні він може бути використаний із комбінацією спалаху NAND та підтримуваної батареєю DRAM, тому він буде таким же швидким, як DRAM, але все ж стійким, якщо дорожчим, ніж DRAM.

Найбільш очевидним кандидатом на велику кількість стійкої пам'яті за відносно найближчий термін є 3D-пам'ять XPoint, пам'ять із зміною фаз, розроблена Intel та Micron.

Раніше Intel заявляла, що очікує, що продасть Optane SSD з цією пам’яттю до кінця року під торговою маркою Optane з DIMM, що демонструє цю технологію десь пізніше. На виставці Micron оголосила, що буде брендувати свої продукти під назвою QuantX, і зосередиться на стандарті NVMe для підключення таких накопичувачів до основної системи. Компанія Micron заявила, що її накопичувачі можуть забезпечити більш ніж у 10 разів більше операцій введення / виводу (IOP), ніж NAND, і забезпечити більше ніж у 4 рази слід пам'яті DRAM.

Intel зробила презентацію, в якій детально розповіла про переваги стандарту NVMe, зазначивши, що накладні витрати традиційних шин SAS і SATA для жорстких дисків стали вузьким місцем у продуктивності SSD; і те, як перехід до нового стандарту з'єднання, мав би добре покращити продуктивність для традиційних флеш-накопичувачів NAND, але був вирішальним для нових пам’яток, оскільки вони набагато швидші.

Ні Intel, ні Micron ще не давали точних можливостей або цін, але в минулому говорили про те, як це в кінцевому підсумку має бути між цінами на DRAM та NAND flash. Кілька аналітиків припускали, що виробнича вартість 3D XPoint сьогодні насправді вище, ніж DRAM, але більшість вважають, що це зміниться, якщо технологія може досягти досить високого обсягу.

Існують і інші технології, які можуть стати основними альтернативними запам'ятовувачами.

STT MRAM існує в невеликих обсягах сьогодні, застосовується здебільшого у дуже спеціалізованих умовах, де потрібна дуже міцна, довговічна пам'ять у досить малих кількостях. Сьогодні така пам'ять пропонує набагато швидше запису, ніж NAND, але з дуже обмеженою ємністю, лише до близько 256 мегабіт. Для порівняння, виробники NAND говорять про мікросхеми 256Gb та 512Gb (або 64GB). Everspin пообіцяв версію 1Gb до кінця року. Неважко уявити, що це стає все більш популярним, але можливостей, можливо, недостатньо для широкомасштабного розгортання.

Fujitsu обговорив ферорелектричну пам'ять з випадковим доступом (FRAM), по суті, енергонезалежний тип оперативної пам'яті, але це було показано лише в дуже малій щільності.

Різні компанії працюють над варіантами резистивної оперативної пам’яті (ReRAM), і саме ця технологія, за якою WD (яка зараз включає те, що раніше була SanDisk), виглядає найбільш перспективною для пам’яті класу пам’яті. Але незрозуміло, коли такі технології потраплять на ринок.

Одне велике питання, що стоїть перед усіма цими видами спогадів, - це розробка систем, які реально ними можуть скористатися. Поточні системи - все від додатків до операційних систем до взаємозв'язків між системами пам'яті - розроблені для традиційного поділу пам’яті, що працює з навантаженнями і запасами, і стійкого зберігання, запрограмованого в блоках. Все, що доведеться змінити, щоб будь-яка з цих технологій стала мейнстрімом. Ряд доповідачів обговорювали можливі ранні програми, Huawei говорив про когнітивні обчислення, а Micron обговорював додатки для фінансових послуг - всі вони, як правило, хочуть отримати величезну кількість даних у відносно швидкій пам'яті.

Буде захоплююче бачити, як це відбувається протягом наступних кількох років.