หน่วยความจำระดับหน่วยเก็บข้อมูล: การปฏิวัติที่กำลังจะมาถึง

หนึ่งในธีมที่ใหญ่ที่สุดในการประชุมเทคโนโลยีฮาร์ดแวร์ในปีนี้คือเรากำลังจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากในวิธีที่ระบบจัดเก็บและเข้าถึงข้อมูล แน่นอนว่าเราได้เห็นหน่วยความจำเร็วขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปและเห็นการเสริมหน่วยความจำแฟลชหรือแม้แต่แทนที่ฮาร์ดไดรฟ์ในแอพพลิเคชั่นมากมาย หัวข้อนี้ได้รับความสนใจในการประชุมจำนวนมากในปีนี้เนื่องจากเราเข้าใกล้ผลิตภัณฑ์ Intel และ Micron ที่จัดส่งตามหน่วยความจำ 3D XPoint ของพวกเขา มันเป็นหัวข้อใหญ่ในการประชุมสุดยอดหน่วยความจำแฟลชของสัปดาห์ที่แล้ว

เป็นเวลาหลายปีมาแล้วที่เราเริ่มเก็บคอมพิวเตอร์ - มีวิธีการพื้นฐานสองวิธี การจัดเก็บระยะสั้นนั้นรวดเร็วมีราคาค่อนข้างแพงและไม่แน่นอนซึ่งหมายความว่าเมื่อไฟฟ้าดับข้อมูลจะหายไป นี่คือหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (DRAM) แบบไดนามิกส่วนใหญ่และจำนวนเงินที่คุณสามารถแนบกับคอมพิวเตอร์นั้นมี จำกัด นอกจากนี้สวยมากตั้งแต่รุ่งอรุณของซีพียูที่ใช้ทรานซิสเตอร์เรายังมีหน่วยความจำแบบ Random access access (SRAM) ที่ติดตั้งอยู่ในซีพียูเองซึ่งเร็วกว่ามากยิ่งขึ้นมีราคาแพงกว่าและมีให้ในปริมาณที่ค่อนข้างน้อย เรายังมีที่จัดเก็บข้อมูลแบบถาวรไม่ว่าจะเป็นการ์ดเจาะรูเทปฮาร์ดไดรฟ์หรือที่เก็บแฟลชซึ่งมีราคาไม่แพงมาก แต่ก็ช้ากว่ามาก

"จอกศักดิ์สิทธิ์" สำหรับอุตสาหกรรมหน่วยความจำจะมาพร้อมกับสิ่งที่มีความเร็วของ DRAM แต่ความจุราคาและการคงอยู่ของหน่วยความจำแฟลช NAND นั่นเป็นเพียงความคิด จินตนาการ การเปลี่ยนจาก SATA เป็นอินเตอร์เฟสที่เร็วกว่าเช่น SAS และ PCI-Express โดยใช้โปรโตคอล NVMe ทำให้ SSD เร็วขึ้นมาก แต่ไม่มีที่ไหนใกล้กับความเร็วของ DRAM DIMM ที่ไม่ลบเลือน (NV-DIMM) ซึ่งวางหน่วยความจำแฟลชบนบัสหน่วยความจำที่เร็วกว่ากำลังพยายามเชื่อมช่องว่างในขณะที่งานยังคงดำเนินต่อไปในหน่วยความจำรูปแบบใหม่เช่น 3D XPoint และอุปกรณ์เปลี่ยนเฟสอื่น ๆ ReRAM (Resive RAM) และ STT-MRAM (แรมแรงบิดแม่เหล็กแบบสปินโอน)

ที่การประชุม Flash Memory Summit ดูเหมือนว่าเกือบทุกลำโพงจะแสดงกราฟที่พูดถึงว่า "หน่วยความจำคลาสหน่วยเก็บข้อมูล" หรือ "หน่วยความจำแบบถาวร" ใหม่เข้ากับลำดับชั้นของหน่วยความจำในระบบได้อย่างไร ซึ่งรวมถึงสมาคมอุตสาหกรรมเครือข่ายการจัดเก็บ (SNIA) ในสไลด์ด้านบนและ Western Digital ในหนึ่งที่ด้านบนของโพสต์ (โปรดทราบว่าไม่มีใครพูดถึงเทปหรือแม้กระทั่ง Blu-Ray ที่ใช้สำหรับการจัดเก็บข้อมูลเก่า) SNIA กำลังผลักดันมาตรฐานสำหรับ NV-DIMM เป็นสิ่งที่สามารถเพิ่มเข้าไปในระบบได้ในปัจจุบัน นี่เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมที่มีเทคโนโลยีพื้นฐานที่แตกต่างหลากหลาย มันสามารถใช้งานร่วมกับแฟลช NAND และ DRAM ที่สำรองแบตเตอรี่ได้ในวันนี้ดังนั้นจึงเร็วพอ ๆ กับ DRAM แต่ก็ยังคงอยู่ต่อไปหากราคาแพงกว่า DRAM

ตัวเลือกที่ชัดเจนที่สุดสำหรับหน่วยความจำถาวรจำนวนมากในระยะเวลาอันสั้นคือหน่วยความจำ 3D XPoint ซึ่งเป็นหน่วยความจำเปลี่ยนเฟสที่พัฒนาโดย Intel และ Micron

Intel ได้กล่าวก่อนหน้านี้ว่าคาดว่าจะขาย Optane SSD ด้วยหน่วยความจำนี้ภายในสิ้นปีภายใต้แบรนด์ Optane ที่มี DIMM ที่มีเทคโนโลยีในภายหลัง ในงานแสดงไมครอนประกาศว่าจะสร้างแบรนด์ผลิตภัณฑ์ภายใต้ชื่อ QuantX และมุ่งเน้นไปที่มาตรฐาน NVMe สำหรับการเชื่อมต่อไดรฟ์ดังกล่าวกับระบบหลัก ไมครอนกล่าวว่าไดรฟ์สามารถส่งมอบมากกว่า 10 เท่าของจำนวนการดำเนินการอินพุต / เอาท์พุต (IOPs) มากกว่า NAND และให้หน่วยความจำ DRAM มากกว่า 4 เท่า

Intel ได้นำเสนอรายละเอียดเกี่ยวกับข้อดีของมาตรฐาน NVMe โดยสังเกตว่าค่าใช้จ่ายของบัส SAS และ SATA แบบดั้งเดิมสำหรับฮาร์ดไดรฟ์ได้กลายเป็นปัญหาคอขวดในประสิทธิภาพของ SSD และการย้ายไปยังมาตรฐานการเชื่อมต่อใหม่จะมีการปรับปรุงประสิทธิภาพที่ดีสำหรับแฟลช NAND แฟลช SSD แบบดั้งเดิมได้อย่างไร แต่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความทรงจำใหม่เนื่องจากเร็วกว่ามาก

ทั้ง Intel และ Micron ไม่ได้ให้ความสามารถหรือการกำหนดราคาที่แน่นอน แต่ได้พูดคุยกันในอดีตเกี่ยวกับวิธีการกำหนดราคาแฟลชระหว่าง DRAM และ NAND ในที่สุด นักวิเคราะห์หลายคนคาดการณ์ว่าต้นทุนการผลิต 3D XPoint ในวันนี้สูงกว่า DRAM แต่ส่วนใหญ่เชื่อว่าจะเปลี่ยนแปลงหากเทคโนโลยีสามารถเข้าถึงปริมาณที่สูงพอ

มีเทคโนโลยีอื่นที่พยายามจะเป็นความทรงจำทางเลือกหลัก

STT MRAM มีอยู่ในไดรฟ์ข้อมูลขนาดเล็กในปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้ในสภาพแวดล้อมพิเศษที่ต้องใช้หน่วยความจำที่คงทนและยาวนานในปริมาณที่น้อย ปัจจุบันหน่วยความจำดังกล่าวให้การเขียนที่เร็วกว่า NAND มาก แต่มีความจุ จำกัด มากเพียง 256 เมกะบิตเท่านั้น สำหรับการเปรียบเทียบผู้ผลิต NAND กำลังพูดถึงชิป 256Gb และ 512Gb (หรือ 64GB) Everspin ได้ให้สัญญากับรุ่น 1Gb ภายในสิ้นปีนี้ มันง่ายที่จะจินตนาการว่าสิ่งนี้ได้รับความนิยมมากขึ้น แต่ความจุอาจไม่เพียงพอสำหรับการปรับใช้ในวงกว้าง

ฟูจิตสึได้หารือเกี่ยวกับหน่วยความจำการเข้าถึงแบบสุ่มของเฟอร์ราอิเล็กทริก (FRAM) ซึ่งเป็นแรมแบบไม่ลบเลือน แต่เป็นเพียงความหนาแน่นที่น้อยมาก

บริษัท หลายแห่งกำลังทำงานกับ Resistive RAM (ReRAM) และนี่คือเทคโนโลยีที่ WD (ซึ่งตอนนี้มีสิ่งที่เคยเป็น SanDisk) กล่าวว่าดูเหมือนจะมีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับหน่วยความจำระดับหน่วยความจำ แต่ก็ไม่มีความชัดเจนว่าเทคโนโลยีดังกล่าวจะเข้าสู่ตลาดเมื่อใด

ปัญหาใหญ่อย่างหนึ่งที่เผชิญกับความทรงจำทุกประเภทเหล่านี้คือการพัฒนาระบบที่สามารถใช้ประโยชน์จากพวกเขาได้อย่างแท้จริง ระบบปัจจุบัน - ทุกอย่างตั้งแต่แอปพลิเคชันไปจนถึงระบบปฏิบัติการไปจนถึงการเชื่อมต่อระหว่างระบบหน่วยความจำ - ได้รับการออกแบบสำหรับการแบ่งแบบดั้งเดิมระหว่างหน่วยความจำที่ทำงานกับโหลดและร้านค้าและหน่วยเก็บข้อมูลถาวรที่ตั้งโปรแกรมไว้ในบล็อก สิ่งที่จะต้องเปลี่ยนแปลงเพื่อให้เทคโนโลยีเหล่านี้กลายเป็นกระแสหลัก มีผู้พูดจำนวนหนึ่งพูดถึงแอพพลิเคชั่นในช่วงต้นที่เป็นไปได้โดยที่ Huawei กำลังพูดถึงการคำนวณทางปัญญาและไมครอนพูดคุยเกี่ยวกับแอปพลิเคชันบริการทางการเงินซึ่งทั้งหมดนี้มีแนวโน้มที่ต้องการข้อมูลจำนวนมาก

มันจะเป็นที่น่าสนใจที่จะเห็นว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า