Bộ nhớ lớp lưu trữ: cuộc cách mạng sắp tới

Một trong những chủ đề lớn nhất tại các hội nghị công nghệ phần cứng năm nay là chúng ta đang đứng trước sự thay đổi mạnh mẽ trong cách lưu trữ và truy cập dữ liệu của hệ thống. Chắc chắn, chúng ta đã thấy bộ nhớ nhanh hơn theo thời gian và đã thấy bổ sung lưu trữ flash hoặc thậm chí thay thế ổ cứng trong nhiều ứng dụng, nhưng "bộ nhớ lớp lưu trữ" mới hứa hẹn một sự thay đổi cơ bản hơn nữa. Chủ đề này đã thu hút được sự chú ý tại nhiều hội nghị trong năm nay, khi chúng ta đến gần hơn với các sản phẩm vận chuyển của Intel và Micron dựa trên bộ nhớ 3D XPoint của họ. Đó là một chủ đề lớn tại Hội nghị thượng đỉnh bộ nhớ Flash tuần trước.

Trong nhiều năm, khá nhiều kể từ buổi bình minh của máy tính, chúng tôi đã có hai cách cơ bản để lưu trữ mọi thứ. Lưu trữ ngắn hạn là nhanh, tương đối đắt tiền và dễ bay hơi, có nghĩa là khi mất điện, dữ liệu sẽ biến mất. Đây chủ yếu là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động (DRAM) và số lượng bạn có thể đính kèm vào máy tính bị hạn chế. Ngoài ra, khá nhiều kể từ buổi bình minh của CPU dựa trên bóng bán dẫn, chúng tôi cũng đã có bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh (SRAM) được tích hợp trong chính CPU, thậm chí còn nhanh hơn, thậm chí đắt hơn và chỉ có sẵn với số lượng tương đối nhỏ. Chúng tôi cũng đã lưu trữ liên tục, cho dù thẻ đục lỗ, băng, ổ cứng hoặc lưu trữ flash, ít tốn kém hơn nhưng cũng chậm hơn nhiều và thường có sẵn với dung lượng lớn hơn nhiều.

"Chén thánh" cho ngành công nghiệp bộ nhớ sẽ là một thứ gì đó có tốc độ DRAM nhưng dung lượng, chi phí và sự bền bỉ của bộ nhớ flash NAND. Đó vẫn chỉ là một ý tưởng. Ảo mộng. Sự thay đổi từ SATA sang các giao diện nhanh hơn như SAS và PCI-Express sử dụng giao thức NVMe đã khiến SSD nhanh hơn nhiều, nhưng không ở đâu gần tốc độ của DRAM. Các DIMM không bay hơi (NV-DIMM), đặt bộ nhớ flash trên bus bộ nhớ nhanh hơn, đang cố gắng thu hẹp khoảng cách trong khi công việc tiếp tục trên các dạng bộ nhớ mới nổi như 3D XPoint và các thiết bị thay đổi pha khác, ReRAM (RAM điện trở) và STT-MRAM (RAM từ tính chuyển động xoay tròn).

Tại Hội nghị thượng đỉnh bộ nhớ Flash, dường như hầu hết mọi diễn giả đều thể hiện một biểu đồ nói về việc "bộ nhớ lớp lưu trữ" hoặc "bộ nhớ liên tục" mới phù hợp với hệ thống lưu trữ trong hệ thống. Điều này bao gồm Hiệp hội Công nghiệp Mạng lưu trữ (SNIA) trong slide trên và Western Digital ở một ở đầu bài. (Lưu ý rằng không ai nói về băng hoặc thậm chí Blu-Ray được sử dụng để lưu trữ). SNIA đang thúc đẩy một tiêu chuẩn cho NV-DIMM như một thứ có thể được thêm vào các hệ thống ngày nay. Điều này có nghĩa là một tiêu chuẩn công nghiệp với các công nghệ cơ bản khác nhau. Nó có thể được sử dụng với sự kết hợp giữa flash NAND và DRAM dựa trên pin, vì vậy nó sẽ nhanh như DRAM nhưng vẫn bền bỉ, nếu đắt hơn DRAM.

Ứng cử viên rõ ràng nhất cho một lượng lớn bộ nhớ liên tục trong thời hạn tương đối gần là bộ nhớ 3D XPoint, bộ nhớ thay đổi pha được phát triển bởi Intel và Micron.

Intel trước đó đã nói rằng họ dự kiến ​​sẽ bán SSD Optane với bộ nhớ này vào cuối năm nay dưới thương hiệu Optane với DIMM có công nghệ này sau đó. Tại triển lãm, Micron tuyên bố họ sẽ xây dựng thương hiệu cho các sản phẩm của mình dưới tên QuantX và tập trung vào tiêu chuẩn NVMe để kết nối các ổ đĩa đó với hệ thống chính. Micron cho biết các ổ đĩa của nó có thể cung cấp số lượng hoạt động đầu vào / đầu ra (IOP) nhiều hơn 10 lần so với NAND và cung cấp hơn 4 lần dung lượng bộ nhớ của DRAM.

Intel đã trình bày chi tiết về những lợi thế của tiêu chuẩn NVMe, lưu ý rằng chi phí hoạt động của các thiết bị truyền thống SAS và SATA cho ổ đĩa cứng đã trở thành một nút cổ chai trong hiệu suất SSD; và cách chuyển sang chuẩn kết nối mới sẽ cải thiện hiệu năng tốt cho SSD flash NAND truyền thống, nhưng rất quan trọng đối với những ký ức mới, vì chúng nhanh hơn rất nhiều.

Cả Intel và Micron đều chưa đưa ra năng lực chính xác hoặc giá cả, nhưng đã nói về quá khứ về việc cuối cùng nên định giá giữa DRAM và NAND như thế nào. Một số nhà phân tích suy đoán rằng chi phí sản xuất 3D XPoint ngày nay thực sự cao hơn DRAM, nhưng hầu hết tin rằng điều đó sẽ thay đổi nếu công nghệ có thể đạt được khối lượng đủ cao.

Có những công nghệ khác có xu hướng trở thành những ký ức thay thế chủ đạo.

STT MRAM tồn tại với khối lượng nhỏ ngày nay, được sử dụng chủ yếu trong các môi trường rất chuyên biệt đòi hỏi bộ nhớ rất bền, lâu dài với số lượng khá nhỏ. Ngày nay bộ nhớ như vậy cung cấp khả năng ghi nhanh hơn nhiều so với NAND, nhưng với dung lượng rất hạn chế, chỉ lên tới khoảng 256 megabit. Để so sánh, các nhà sản xuất NAND đang nói về chip 256Gb và 512Gb (hoặc 64GB). Everspin đã hứa hẹn một phiên bản 1Gb vào cuối năm nay. Thật dễ dàng để tưởng tượng điều này trở nên phổ biến hơn, nhưng khả năng có thể không đủ để triển khai trên diện rộng.

Fujitsu đã thảo luận về bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên điện từ (FRAM), về cơ bản là một loại RAM không bay hơi, nhưng nó chỉ được thể hiện ở mật độ rất nhỏ.

Một loạt các công ty đang làm việc trên các biến thể của RAM điện trở (ReRAM), và thực sự đây là công nghệ mà WD (hiện bao gồm những gì từng là SanDisk) cho biết có vẻ hứa hẹn nhất cho bộ nhớ cấp lưu trữ. Nhưng không rõ khi nào các công nghệ như vậy sẽ tung ra thị trường.

Một vấn đề lớn phải đối mặt với tất cả các loại ký ức này là phát triển các hệ thống có thể thực sự tận dụng chúng. Các hệ thống hiện tại, tất cả mọi thứ từ ứng dụng đến hệ điều hành đến các kết nối giữa các hệ thống bộ nhớ đều được thiết kế để phân chia truyền thống giữa bộ nhớ hoạt động với tải và lưu trữ, và lưu trữ liên tục được lập trình theo khối. Tất cả những điều đó sẽ phải thay đổi để bất kỳ công nghệ nào trong số này trở thành xu hướng. Một số diễn giả đã thảo luận về các ứng dụng ban đầu có thể, trong đó Huawei nói về điện toán nhận thức và Micron thảo luận về các ứng dụng dịch vụ tài chính, tất cả đều có xu hướng muốn có lượng dữ liệu khổng lồ trong bộ nhớ tương đối nhanh.

Sẽ thật hấp dẫn khi thấy điều này diễn ra trong vài năm tới.