Lagringsklasse minne: den kommende revolusjonen

Et av de største temaene på maskinvareteknologikonferanser i år er at vi er på grensen til en dramatisk endring i måten systemer lagrer og får tilgang til data. Jada, vi har sett at minnet blir raskere over tid, og vi ser flash-lagring som supplement eller til og med erstatte harddisker i mange applikasjoner, men nytt "lagerklasse-minne" lover en enda mer grunnleggende endring. Dette emnet har fått oppmerksomhet på mange konferanser i år, da vi kommer nærmere Intel og Micron fraktprodukter basert på deres 3D XPoint-minne. Det var et stort tema på forrige ukes Flash Memory Summit.

I årevis - ganske mye siden datamaskinens morgen - har vi hatt to grunnleggende måter å lagre ting på. Kortvarig lagring er rask, relativt dyr og ustabil, noe som betyr at når strømmen går ut, blir dataene borte. Dette har stort sett vært dynamisk tilfeldig tilgangsminne (DRAM), og mengden du kan knytte til en datamaskin er begrenset. Dessuten, ganske mye siden begynnelsen av transistorbaserte CPUer, har vi også hatt statisk random access-minne (SRAM) innebygd i selve CPU-en, noe som er enda raskere, enda dyrere og kun tilgjengelig i relativt små mengder. Vi har også hatt vedvarende lagring - enten det er hullkort, kassetter, harddisker eller flashlagring, noe som er mye rimeligere, men også mye tregere og vanligvis tilgjengelig i mye større kapasitet.

Den "hellige gral" for minnebransjen ville være å komme med noe som har hastigheten til DRAM, men kapasiteten, kostnadene og utholdenheten til NAND-flashminne. Det er imidlertid bare en idé. Fantasi. Overgangen fra SATA til raskere grensesnitt som SAS og PCI-Express ved å bruke NVMe-protokollen har gjort SSD-er mye raskere, men ikke i nærheten av hastigheten til DRAM. Ikke-flyktige DIMM-er (NV-DIMM-er), som setter flash-minne på den raskere minnebussen, prøver å bygge bro mellom gapet mens arbeidet fortsetter med nye former for minne som 3D XPoint og andre faseendringsenheter, ReRAM (resistive RAM) og STT-MRAM (magnetisk RAM-spinn-overføringsmoment).

På Flash Memory Summit virket det som om nesten alle høyttalere viste en graf som snakket om hvordan nytt "lagerklasminne" eller "vedvarende minne" passet inn i hierarkiet for lagring i et system. Dette inkluderer Storage Network Industry Association (SNIA) i lysbildet over og Western Digital i den øverst i innlegget. (Merk at ingen snakker om tape eller til og med Blu-Ray brukt til arkivlagring). SNIA presser en standard for NV-DIMM-er som noe som kan legges til systemer i dag. Dette er ment å være en industristandard med forskjellige forskjellige underliggende teknologier. Den kan brukes med en kombinasjon av NAND-blits og batteristøttet DRAM i dag, så det ville være like raskt som DRAM, men fortsatt vedvarende, om dyrere enn DRAM.

Den mest åpenbare kandidaten for en stor mengde vedvarende minne på relativt kort sikt er 3D XPoint-minne, et faseendringsminne som utvikles av Intel og Micron.

Intel hadde tidligere sagt at den forventet å selge Optane SSD-er med dette minnet innen utgangen av året under merket Optane med DIMM-er med teknologien en gang senere. På utstillingen kunngjorde Micron at det skulle merke sine produkter under navnet QuantX, og fokusere på NVMe-standarden for å koble slike stasjoner til hovedsystemet. Micron sa at stasjonene kan levere mer enn ti ganger antall inngangs- / utgangsoperasjoner (IOP) enn NAND, og ​​gi mer enn fire ganger minnefotavtrykket til DRAM.

Intel holdt en presentasjon der detaljene om NVMe-standarden ble lagt merke til at overhead av tradisjonelle SAS- og SATA-busser for harddisker har blitt en flaskehals i SSD-ytelse; og hvordan flytting til den nye tilkoblingsstandarden ville ha en god ytelsesforbedring for tradisjonelle NAND-flash SSD-er, men var avgjørende for de nye minnene, ettersom de er så mye raskere.

Verken Intel eller Micron har gitt eksakte kapasiteter eller priser ennå, men har snakket tidligere om hvordan det til slutt skal være mellom DRAM og NAND flash-priser. Flere analytikere spekulerte i at produksjonskostnaden for 3D XPoint i dag faktisk er høyere enn DRAM, men de fleste tror det vil endre seg hvis teknologien kan nå et høyt nok volum.

Det er andre teknologier som er interessert i å bli generelle alternative minner.

STT MRAM finnes i små volum i dag, brukes mest i veldig spesialiserte miljøer som krever veldig holdbart, langvarig minne i ganske små mengder. I dag tilbyr et slikt minne mye raskere skriver enn NAND, men med svært begrenset kapasitet, bare opptil 256 megabit. Til sammenligning snakker NAND-produsentene om chips på 256 GB og 512 GB (eller 64 GB). Everspin har lovet en 1Gb-versjon innen utgangen av året. Det er lett å forestille seg at dette blir mer populært, men kapasiteten er sannsynligvis ikke nok for breddistribusjon.

Fujitsu har diskutert ferrorelectric random access memory (FRAM), egentlig en ikke-flyktig type RAM, men det er bare vist i veldig små tettheter.

En rekke selskaper jobber med varianter av Resistive RAM (ReRAM), og faktisk er dette teknologien som WD (som nå inkluderer det som tidligere var SanDisk) sa mest lovende ut for lagringsklasse-minne. Men det er uklart når slike teknologier vil ramme markedet.

Et stort problem som står overfor alle disse minnene, er å utvikle systemene som virkelig kan dra nytte av dem. Gjeldende systemer - alt fra applikasjoner til operativsystemer til sammenkoblinger mellom minnesystemer - er designet for den tradisjonelle inndelingen mellom minne som drives med masse og butikker, og vedvarende lagring programmert i blokker. Alt som må endres for at noen av disse teknologiene skal bli mainstream. Flere foredragsholdere diskuterte mulige tidlige applikasjoner, med Huawei som snakket om kognitiv databehandling og Micron diskuterte applikasjoner for finansielle tjenester - som alle har en tendens til å ha enorme datamengder i relativt raskt minne.

Det vil være fascinerende å se hvordan dette spiller ut de neste årene.