Pomnilnik pomnilniškega razreda: prihajajoča revolucija

Ena največjih tem na letošnjih konferencah strojne tehnologije je, da smo na robu dramatične spremembe v načinu, kako sistemi shranjujejo in dostopajo do podatkov. Seveda smo videli, da se pomnilnik sčasoma hitreje spreminja in vidimo, da bliskovni pomnilnik dopolnjuje ali celo zamenja trde diske v mnogih aplikacijah, vendar novi "pomnilniški razred pomnilnika" obljublja še bistveno spremembo. Ta tema je bila letos deležna pozornosti na številnih konferencah, ko se približamo izdelkom Intel in Micron, ki temeljijo na njihovem pomnilniku 3D XPoint. To je bila velika tema na prejšnjem tednu vrha Flash Memory.

Dolga leta - skoraj od zore računalništva - smo imeli dva osnovna načina za shranjevanje stvari. Kratkotrajno shranjevanje je hitro, sorazmerno drago in nestanovitno, kar pomeni, da ko se napajanje izklopi, podatki odpadejo. To je večinoma dinamični pomnilnik z naključnim dostopom (DRAM), količina, ki jo lahko pripnete na računalnik, pa je omejena. Poleg tega smo že od zore tranzistorskih procesorjev imeli v sam CPU vgrajen statični pomnilnik z naključnim dostopom (SRAM), ki je še hitrejši, še dražji in na voljo v le relativno majhnih količinah. Imeli smo tudi obstojno shranjevanje - bodisi udarne kartice, trakove, trde diske ali bliskovne pomnilnike, ki so veliko cenejši, a tudi veliko počasnejši in so običajno na voljo v veliko večjih zmogljivostih.

"Sveti gral" za pomnilniško industrijo bi bil, da ustvari nekaj, kar ima hitrost DRAM-a, vendar zmogljivost, stroške in obstojnost bliskovnega pomnilnika NAND. To pa ostaja samo ideja. Fantazija. Prehod s SATA na hitrejše vmesnike, kot sta SAS in PCI-Express, s pomočjo protokola NVMe, je naredil SSD veliko hitrejše, vendar nikjer blizu hitrosti DRAM-a. Nehlapni pomnilniki DIMM (NV-DIMM), ki bliskovni pomnilnik postavljajo na hitrejši pomnilniški vodila, poskušajo premostiti vrzel, medtem ko se delo nadaljuje na nastajajočih oblikah pomnilnika, kot je 3D XPoint in drugih napravah za spreminjanje faz, ReRAM (uporovni RAM) in STT-MRAM (magnetni RAM Spin-Transfer Momque).

Na vrhu Flash Flash Summit se je zdelo, kot da skoraj vsak govornik prikazuje graf, ki govori o tem, kako se novi "pomnilnik razreda pomnilnika" ali "obstojni pomnilnik" prilega hierarhiji pomnilnika v sistemu. To vključuje združenje industrije skladiščnih omrežij (SNIA) na diapozitivu zgoraj in Western Digital v tistem na vrhu objave. (Upoštevajte, da nihče ne govori o traku ali celo Blu-Rayu, ki se uporablja za arhivsko shranjevanje). SNIA postavlja standard za NV-DIMM kot nekaj, kar bi danes lahko dodali v sisteme. To naj bi bil industrijski standard z različnimi različnimi osnovnimi tehnologijami. Danes bi ga lahko uporabljali s kombinacijo bliskavice NAND in DRAM-a, ki je baterijsko podprt, zato bi bil tako hiter kot DRAM, vendar še vedno obstojen, če bi bil dražji od DRAM-a.

Najočitnejši kandidat za veliko količino obstojnega pomnilnika v relativno bližnjem terminu je 3D XPoint pomnilnik, pomnilnik s fazno spremembo, ki sta ga razvila Intel in Micron.

Intel je že pred časom povedal, da bo pričakoval, da bo Optane SSD s tem pomnilnikom prodal do konca leta pod znamko Optane z DIMM-ji, ki bodo tehnologijo predstavili nekje pozneje. Na razstavi je Micron napovedal, da bo svoje izdelke tržil pod imenom QuantX in se osredotočil na standard NVMe za priklop takšnih pogonov na glavni sistem. Micron je dejal, da lahko njegovi pogoni ponujajo več kot 10-krat večje število vhodno / izhodnih operacij (IOP) kot NAND in zagotavljajo več kot 4-kratni spominski odtis DRAM-a.

Intel je predstavil prednosti NVMe standarda in ugotovil, da so stroški tradicionalnih vodil SAS in SATA za trde diske postali ozko grlo v zmogljivosti SSD; in kako bi prehod na nov standard povezave dobro izboljšal zmogljivosti tradicionalnih bliskovnih diskov NAND, vendar je bil ključen za nove spomine, saj so tako hitrejši.

Niti Intel niti Micron še nista dala natančnih zmogljivosti ali cen, v preteklosti pa sta govorila o tem, kako naj bo na koncu cena med pomnilnikom DRAM in NAND. Več analitikov ugiba, da so danes proizvodni stroški 3D XPoint dejansko višji od DRAM-a, vendar večina meni, da se bo to spremenilo, če tehnologija doseže dovolj velik obseg.

Obstajajo tudi druge tehnologije, ki bi lahko postale glavni alternativni spomini.

STT MRAM danes obstaja v majhnih količinah, večinoma se uporablja v zelo specializiranih okoljih, ki potrebujejo zelo trpežen, dolgotrajen spomin v precej majhnih količinah. Danes tak pomnilnik ponuja veliko hitrejše zapisovanje kot NAND, vendar z zelo omejeno zmogljivostjo, le do približno 256 megabitov. Za primerjavo, proizvajalci NAND govorijo o čipih 256Gb in 512Gb (ali 64GB). Everspin je obljubil različico 1Gb do konca leta. Lahko si predstavljamo, da je to vse bolj priljubljeno, vendar zmogljivosti verjetno niso dovolj za široko uporabo.

Fujitsu je razpravljal o feroelektričnem pomnilniku z naključnim dostopom (FRAM), ki je v bistvu nehlapna vrsta RAM-a, vendar je prikazan le v zelo majhni gostoti.

Različna podjetja delajo na različicah odpornega RAM-a (ReRAM) in res je to tehnologija, za katero je WD (ki zdaj vključuje tisto, kar je bil SanDisk) videti najbolj obetavna za pomnilniški razred pomnilnika. Ni pa jasno, kdaj bodo takšne tehnologije prišle na trg.

Veliko vprašanje, s katerim se soočajo vse te vrste spominov, je razvoj sistemov, ki jih resnično lahko izkoristijo. Trenutni sistemi - vse od aplikacij do operacijskih sistemov do medsebojnih povezav med pomnilniškimi sistemi - so zasnovani za tradicionalno razdelitev med pomnilnikom, ki deluje s tovori in shrambami, in obstojno shranjevanje, programirano v blokih. Vse, kar se bo moralo spremeniti, da bo katera od teh tehnologij postala mainstream. Številni govorniki so razpravljali o možnih zgodnjih aplikacijah, Huawei pa je govoril o kognitivnem računalništvu, Micron pa je razpravljal o aplikacijah za finančne storitve - vsi pa si želijo ogromne količine podatkov v razmeroma hitrem pomnilniku.

Fascinantno bo videti, kako se to dogaja v naslednjih nekaj letih.