Память класса памяти: грядущая революция

Одна из главных тем конференций по аппаратным технологиям в этом году - это то, что мы стоим на пороге кардинальных изменений в способах хранения и доступа к данным. Конечно, мы видели, как со временем память ускорялась, и во многих приложениях флеш-память дополняла или даже заменяла жесткие диски, но новая «память класса хранения» обещает еще более фундаментальные изменения. Эта тема привлекает внимание на многих конференциях в этом году, поскольку мы приближаемся к продуктам Intel и Micron, выпускаемым на основе их памяти 3D XPoint. Это была большая тема на саммите Flash Memory на прошлой неделе.

В течение многих лет, почти с момента появления компьютеров, у нас было два основных способа хранения вещей. Кратковременное хранение быстрое, относительно дорогое и нестабильное, то есть когда питание отключается, данные исчезают. В основном это динамическая оперативная память (DRAM), и количество, которое вы можете подключить к компьютеру, ограничено. Кроме того, в значительной степени с момента появления транзисторных процессоров у нас также была встроенная статическая память с произвольным доступом (SRAM), которая является еще более быстрой, даже более дорогой и доступной лишь в относительно небольших количествах. У нас также было постоянное хранилище - будь то перфокарты, ленты, жесткие диски или флэш-хранилище, которое намного дешевле, но также намного медленнее и обычно доступно в гораздо большей емкости.

«Святой Грааль» для индустрии памяти - это создание чего-то, что имеет скорость DRAM, но емкость, стоимость и постоянство флэш-памяти NAND. Впрочем, это всего лишь идея. Фантазия. Переход от SATA к более быстрым интерфейсам, таким как SAS и PCI-Express с использованием протокола NVMe, сделал SSD намного быстрее, но далеко не со скоростью DRAM. Энергонезависимые модули DIMM (NV-DIMM), которые помещают флэш-память в более быструю шину памяти, пытаются сократить разрыв, пока продолжается работа над новыми формами памяти, такими как 3D XPoint и другими устройствами с фазовым переходом, ReRAM (резистивная RAM) и STT-MRAM (магнитная RAM с вращающим моментом).

На саммите по флэш-памяти казалось, что почти каждый докладчик демонстрирует график, говорящий о том, как новая «память класса хранения» или «постоянная память» вписывается в иерархию хранения в системе. Это включает Ассоциацию индустрии сетей хранения данных (SNIA) на слайде выше и Western Digital в верхней части поста. (Обратите внимание, что никто не говорит о ленте или даже Blu-Ray, используемых для архивного хранения). SNIA выдвигает стандарт для NV-DIMM как нечто, что можно добавить в системы сегодня. Это должен быть отраслевой стандарт с различными технологиями. Сегодня его можно использовать с комбинацией флэш-памяти NAND и DRAM с батарейным питанием, поэтому он будет таким же быстрым, как DRAM, но все еще постоянным, хотя и более дорогим, чем DRAM.

Наиболее очевидным кандидатом на создание большого количества постоянной памяти в относительно ближайшей перспективе является память 3D XPoint, память с фазовым переходом, разрабатываемая Intel и Micron.

Ранее Intel заявляла, что планирует продать твердотельные накопители Optane с этой памятью к концу года под маркой Optane с модулями DIMM с этой технологией. На выставке Micron объявил, что будет брендинг своей продукции под названием QuantX и сосредоточится на стандарте NVMe для подключения таких накопителей к основной системе. Компания Micron заявила, что ее накопители могут обеспечивать в 10 раз больше операций ввода-вывода (IOP), чем NAND, и в 4 раза превышать объем памяти DRAM.

Intel выступила с презентацией, в которой подробно рассказали о преимуществах стандарта NVMe, отметив, что накладные расходы традиционных шин SAS и SATA для жестких дисков стали узким местом в производительности SSD; и то, как переход к новому стандарту подключения мог бы улучшить производительность традиционных SSD-накопителей с флэш-памятью NAND, но имело решающее значение для новых модулей памяти, поскольку они намного быстрее.

Ни Intel, ни Micron еще не указали точных мощностей или цен, но в прошлом говорили о том, как это в конечном итоге должно быть между DRAM и NAND флэш-ценами. Некоторые аналитики предполагают, что стоимость производства 3D XPoint сегодня на самом деле выше, чем DRAM, но большинство полагает, что это изменится, если технология сможет достичь достаточно большого объема.

Существуют и другие технологии, претендующие на то, чтобы стать основным альтернативным воспоминанием.

STT MRAM сегодня существует в небольших объемах, используемых в основном в очень специализированных средах, которые требуют очень прочной, длительной памяти в довольно небольших количествах. Сегодня такая память предлагает намного более быструю запись, чем NAND, но с очень ограниченной емкостью, всего около 256 мегабит. Для сравнения, производители NAND говорят о чипах 256 ГБ и 512 ГБ (или 64 ГБ). Everspin пообещал версию на 1 Гб к концу года. Легко представить, что это становится все более популярным, но емкости, вероятно, недостаточно для широкомасштабного развертывания.

Fujitsu обсуждала ферроэлектрическое оперативное запоминающее устройство (FRAM), по сути, энергонезависимое ОЗУ, но оно было показано только в очень малых плотностях.

Разнообразные компании работают над вариантами Resistive RAM (ReRAM), и, действительно, именно эта технология, по словам WD (которая теперь включает в себя то, что раньше было SanDisk), выглядит наиболее перспективной для памяти класса хранения. Но неясно, когда такие технологии появятся на рынке.

Одна большая проблема, с которой сталкиваются все эти виды памяти, - это разработка систем, которые действительно могут ими воспользоваться. Современные системы - от приложений до операционных систем и межсоединений между системами памяти - разработаны для традиционного разделения памяти, работающей с нагрузками и хранилищами, и постоянного хранилища, запрограммированного в блоках. Все это должно измениться, чтобы любая из этих технологий стала основной. Ряд ораторов обсудили возможные ранние приложения: Huawei рассказала о когнитивных вычислениях, а Micron - о приложениях для финансовых услуг, причем все они стремятся получить огромные объемы данных в относительно быстрой памяти.

Будет интересно посмотреть, как это закончится в ближайшие несколько лет.