Speicherklasse Speicher: Die kommende Revolution

Eines der größten Themen bei Hardware-Technologie-Konferenzen in diesem Jahr ist, dass sich die Art und Weise, wie Systeme Daten speichern und auf Daten zugreifen, dramatisch ändert. Sicher, wir haben gesehen, dass Speicher mit der Zeit schneller wird und dass Flash-Speicher in vielen Anwendungen Festplatten ergänzt oder sogar ersetzt, aber der neue "Speicher der Speicherklasse" verspricht eine noch grundlegendere Änderung. Dieses Thema hat in diesem Jahr auf vielen Konferenzen Beachtung gefunden, da wir uns den Versandprodukten von Intel und Micron auf der Grundlage ihres 3D-XPoint-Speichers nähern. Es war ein großes Thema beim Flash Memory Summit der vergangenen Woche.

Seit Jahren - so ziemlich seit dem Beginn des Computerbetriebs - haben wir zwei grundlegende Möglichkeiten zum Speichern von Dingen. Kurzzeitspeicherung ist schnell, relativ teuer und flüchtig. Wenn der Strom ausfällt, gehen die Daten verloren. Dies war meistens ein DRAM (Dynamic Random Access Memory), und die Menge, die Sie an einen Computer anschließen können, ist begrenzt. Seit den Anfängen der Transistorbasierten CPUs haben wir auch einen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM) in die CPU eingebaut, der noch schneller, noch teurer und nur in relativ geringen Mengen verfügbar ist. Wir hatten auch dauerhaften Speicher - ob Lochkarten, Bänder, Festplatten oder Flash-Speicher, der viel billiger ist, aber auch viel langsamer und in der Regel mit viel größerer Kapazität verfügbar ist.

Das "Allerheiligste" für die Speicherindustrie wäre, sich etwas auszudenken, das die Geschwindigkeit von DRAM hat, aber die Kapazität, die Kosten und die Beständigkeit von NAND-Flash-Speichern. Das bleibt aber nur eine Idee. Fantasie. Durch die Umstellung von SATA auf schnellere Schnittstellen wie SAS und PCI-Express mithilfe des NVMe-Protokolls wurden SSDs viel schneller, jedoch bei weitem nicht so schnell wie DRAM. Nichtflüchtige DIMMs (NV-DIMMs), die Flash-Speicher auf den schnelleren Speicherbus setzen, versuchen, diese Lücke zu schließen, während die Arbeit an neuen Speicherformen wie 3D XPoint und anderen Phasenänderungsgeräten, ReRAM (resistives RAM), fortgesetzt wird. und STT-MRAM (Spin-Transfer Torque Magnetic RAM).

Auf dem Flash Memory Summit schien es, als würde fast jeder Redner eine Grafik zeigen, in der dargelegt wird, wie sich neuer "Storage Class Memory" oder "Persistent Memory" in die Speicherhierarchie eines Systems einfügt. Dies schließt die Storage Network Industry Association (SNIA) in der oberen Folie und Western Digital in der oberen Folie ein. (Beachten Sie, dass niemand über Band oder Blu-Ray spricht, das für die Archivierung verwendet wird.) SNIA drängt auf einen Standard für NV-DIMMs, der heute zu Systemen hinzugefügt werden könnte. Dies soll ein Industriestandard mit verschiedenen zugrunde liegenden Technologien sein. Es könnte heute mit einer Kombination aus NAND-Flash und batteriegepuffertem DRAM verwendet werden, wäre also so schnell wie DRAM, aber immer noch beständig, wenn es teurer als DRAM wäre.

Der naheliegendste Kandidat für eine relativ große Menge an persistentem Speicher ist der 3D-XPoint-Speicher, ein von Intel und Micron entwickelter Phasenwechselspeicher.

Intel hatte zuvor angekündigt, dass es einige Zeit später Optane-SSDs mit diesem Speicher unter der Marke Optane mit DIMMs mit dieser Technologie verkaufen werde. Auf der Messe kündigte Micron an, seine Produkte unter dem Namen QuantX zu vermarkten und sich auf den NVMe-Standard für den Anschluss solcher Laufwerke an das Hauptsystem zu konzentrieren. Laut Micron könnten seine Laufwerke mehr als das Zehnfache der Anzahl der Eingabe- / Ausgabeoperationen (IOPs) als NAND liefern und mehr als das Vierfache des Speicherbedarfs von DRAM.

In einer Präsentation stellte Intel die Vorteile des NVMe-Standards vor und stellte fest, dass der Overhead der herkömmlichen SAS- und SATA-Busse für Festplatten zu einem Engpass bei der SSD-Leistung geworden ist. und wie die Umstellung auf den neuen Verbindungsstandard eine gute Leistungsverbesserung für herkömmliche NAND-Flash-SSDs bewirken würde, war jedoch für die neuen Speicher von entscheidender Bedeutung, da diese so viel schneller sind.

Weder Intel noch Micron haben genaue Kapazitäten oder Preise angegeben, haben aber in der Vergangenheit darüber gesprochen, wie es irgendwann zwischen DRAM- und NAND-Flash-Preisen liegen soll. Mehrere Analysten spekulierten, dass die Herstellungskosten von 3D XPoint heute tatsächlich höher sind als bei DRAM. Die meisten glauben jedoch, dass sich dies ändern wird, wenn die Technologie ein ausreichend hohes Volumen erreichen kann.

Es gibt andere Technologien, die sich als alternative Erinnerungen etablieren.

STT-MRAM gibt es heute in kleinen Volumina, die meist in sehr speziellen Umgebungen verwendet werden, in denen ein sehr langlebiger und langlebiger Speicher in relativ kleinen Mengen erforderlich ist. Heutzutage bietet ein solcher Speicher viel schnellere Schreibvorgänge als NAND, jedoch bei sehr begrenzter Kapazität nur bis zu etwa 256 Megabit. Zum Vergleich sprechen die NAND-Hersteller von Chips mit 256 Gb und 512 Gb (oder 64 GB). Everspin hat eine 1-GB-Version bis Ende des Jahres versprochen. Es ist leicht vorstellbar, dass dies immer beliebter wird, aber die Kapazität reicht wahrscheinlich nicht für eine umfassende Bereitstellung aus.

Fujitsu hat den ferrorelektrischen Direktzugriffsspeicher (FRAM) erörtert, der im Wesentlichen eine nichtflüchtige Art von RAM ist, der jedoch nur in sehr geringen Dichten gezeigt wurde.

Eine Vielzahl von Unternehmen arbeitet an Varianten von Resistive RAM (ReRAM), und genau diese Technologie sieht WD (zu der jetzt auch SanDisk gehört) für Speicher der Speicherklasse am vielversprechendsten aus. Es ist jedoch unklar, wann solche Technologien auf den Markt kommen werden.

Ein großes Problem bei all diesen Arten von Erinnerungen ist die Entwicklung der Systeme, die sie wirklich nutzen können. Aktuelle Systeme - von den Anwendungen über die Betriebssysteme bis hin zu den Verbindungen zwischen Speichersystemen - sind für die herkömmliche Aufteilung zwischen Speicher, der mit Lasten und Speichern betrieben wird, und in Blöcken programmiertem dauerhaften Speicher konzipiert. All dies muss sich ändern, damit sich eine dieser Technologien zum Mainstream entwickelt. Eine Reihe von Referenten diskutierten mögliche frühe Anwendungen, wobei Huawei über kognitives Computing und Micron über Finanzdienstleistungsanwendungen sprach - alle wollen in der Regel große Datenmengen in relativ schnellem Speicher.

Es wird faszinierend sein zu sehen, wie sich dies in den nächsten Jahren entwickelt.