Opslagklasse geheugen: de komende revolutie

Een van de grootste thema's op hardwareconferenties dit jaar is dat we aan de vooravond staan ​​van een dramatische verandering in de manier waarop systemen gegevens opslaan en benaderen. Natuurlijk hebben we het geheugen in de loop van de tijd sneller zien worden en hebben we gezien dat flash-opslag in veel toepassingen een aanvulling of zelfs vervanging van harde schijven is, maar nieuw "geheugen van opslagklasse" belooft een nog fundamentelere verandering. Dit onderwerp heeft dit jaar op veel conferenties aandacht gekregen, omdat we dichter bij de verzendproducten van Intel en Micron komen op basis van hun 3D XPoint-geheugen. Het was een groot onderwerp op de Flash Memory Summit van vorige week.

Jarenlang - vrijwel sinds het begin van de computer - hebben we twee basismanieren om dingen op te slaan. Kortetermijnopslag is snel, relatief duur en vluchtig, wat betekent dat wanneer de stroom uitvalt, de gegevens verdwijnen. Dit is meestal dynamisch RAM-geheugen (DRAM) en de hoeveelheid die u aan een computer kunt koppelen, is beperkt. Bovendien hebben we sinds het begin van transistorgebaseerde CPU's ook statisch RAM-geheugen (SRAM) ingebouwd in de CPU zelf, dat nog sneller, nog duurder is en slechts in relatief kleine hoeveelheden beschikbaar is. We hebben ook persistente opslag gehad - of het nu gaat om ponskaarten, tapes, harde schijven of flash-opslag, wat veel goedkoper is, maar ook veel langzamer en meestal beschikbaar in veel grotere capaciteit.

De "heilige graal" voor de geheugenindustrie zou zijn om iets te bedenken dat de snelheid van DRAM heeft, maar de capaciteit, de kosten en de persistentie van NAND-flashgeheugen. Dat blijft echter slechts een idee. Fantasie. De verschuiving van SATA naar snellere interfaces zoals SAS en PCI-Express met behulp van het NVMe-protocol heeft SSD's veel sneller gemaakt, maar lang niet de snelheid van DRAM. Niet-vluchtige DIMM's (NV-DIMM's), die flashgeheugen op de snellere geheugenbus plaatsen, proberen de kloof te overbruggen terwijl het werk aan opkomende vormen van geheugen, zoals 3D XPoint en andere faseveranderingsapparaten, ReRAM (resistieve RAM) doorgaat. en STT-MRAM (magnetische spin RAM-overdracht).

Op de Flash Memory Summit leek het alsof bijna elke spreker een grafiek liet zien over hoe nieuw "opslagklasse geheugen" of "persistent geheugen" past in de hiërarchie van opslag in een systeem. Dit omvat Storage Network Industry Association (SNIA) in de dia hierboven en Western Digital in de dia bovenaan. (Merk op dat niemand het heeft over tape of zelfs Blu-Ray die wordt gebruikt voor archiefopslag). SNIA duwt een standaard voor NV-DIMM's als iets dat vandaag aan systemen zou kunnen worden toegevoegd. Dit is bedoeld als een industriestandaard met verschillende onderliggende technologieën. Het zou vandaag kunnen worden gebruikt met een combinatie van NAND-flitser en DRAM op batterijen, dus het zou net zo snel zijn als DRAM, maar nog steeds persistent, als het duurder is dan DRAM.

De meest voor de hand liggende kandidaat voor een grote hoeveelheid persistent geheugen op relatief korte termijn is 3D XPoint-geheugen, een geheugen voor faseverandering dat wordt ontwikkeld door Intel en Micron.

Intel had eerder gezegd dat het tegen het einde van het jaar verwachtte Optane SSD's met dit geheugen te verkopen onder het merk Optane met DIMM's met de technologie enige tijd later. Tijdens de show kondigde Micron aan dat het zijn producten onder de naam QuantX zou brengen en zich zou concentreren op de NVMe-standaard voor het aansluiten van dergelijke schijven op het hoofdsysteem. Micron zei dat zijn schijven meer dan 10 keer het aantal invoer / uitvoerbewerkingen (IOP's) kunnen leveren dan NAND, en meer dan 4 keer de geheugenvoetafdruk van DRAM kunnen bieden.

Intel heeft een presentatie gegeven waarin de voordelen van de NVMe-standaard worden beschreven, waarbij wordt opgemerkt dat de overhead van de traditionele SAS- en SATA-bussen voor harde schijven een knelpunt is geworden in de SSD-prestaties; en hoe de overstap naar de nieuwe verbindingsstandaard een goede prestatieverbetering zou zijn voor traditionele NAND flash SSD's, maar cruciaal was voor de nieuwe herinneringen, omdat ze zoveel sneller zijn.

Noch Intel noch Micron heeft al exacte capaciteiten of prijzen gegeven, maar hebben in het verleden gesproken over hoe het uiteindelijk zou moeten zijn tussen DRAM en NAND flash-prijzen. Verschillende analisten speculeerden dat de productiekosten van 3D XPoint op dit moment zelfs hoger zijn dan DRAM, maar de meesten geloven dat dit zal veranderen als de technologie een voldoende hoog volume kan bereiken.

Er zijn andere technologieën die strijden om mainstream alternatieve herinneringen te worden.

STT MRAM bestaat tegenwoordig in kleine volumes, meestal gebruikt in zeer gespecialiseerde omgevingen die zeer duurzaam, langdurig geheugen vereisen in vrij kleine hoeveelheden. Tegenwoordig biedt dergelijk geheugen veel sneller schrijven dan NAND, maar met een zeer beperkte capaciteit, slechts tot ongeveer 256 megabits. Ter vergelijking hebben de NAND-fabrikanten het over 256 GB en 512 GB (of 64 GB) chips. Everspin heeft tegen het einde van het jaar een 1 GB-versie beloofd. Het is gemakkelijk voor te stellen dat dit populairder wordt, maar de capaciteit is waarschijnlijk niet voldoende voor grootschalige implementatie.

Fujitsu heeft ferrorelectric random access memory (FRAM) besproken, in wezen een niet-vluchtig soort RAM, maar het is alleen getoond in zeer kleine dichtheden.

Verschillende bedrijven werken aan varianten van Resistive RAM (ReRAM), en inderdaad is dit de technologie die volgens WD (wat nu ook SanDisk was) het meest veelbelovend lijkt voor geheugen van opslagklasse. Maar het is onduidelijk wanneer dergelijke technologieën op de markt zullen komen.

Een groot probleem waarmee al dit soort herinneringen wordt geconfronteerd, is het ontwikkelen van systemen die daar echt gebruik van kunnen maken. Huidige systemen - alles van de applicaties tot de besturingssystemen tot de interconnecties tussen geheugensystemen - zijn ontworpen voor de traditionele verdeling tussen geheugen dat wordt bediend met belastingen en opslag, en permanente opslag geprogrammeerd in blokken. Dat alles zal moeten veranderen voordat een van deze technologieën mainstream wordt. Een aantal sprekers besprak mogelijke vroege applicaties, waarbij Huawei het had over cognitieve informatica en Micron over financiële servicetoepassingen - die allemaal enorme hoeveelheden gegevens in relatief snel geheugen willen hebben.

Het zal fascinerend zijn om te zien hoe dit zich de komende jaren afspeelt.