Lagringsklassminne: den kommande revolutionen

Ett av de största teman vid hårdvaruteknologikonferenser i år är att vi är på gränsen till en dramatisk förändring i hur system lagrar och får åtkomst till data. Visst har vi sett att minnet blir snabbare med tiden och sett flash-lagringstillägg eller till och med ersätta hårddiskar i många applikationer, men nytt "lagringsklassminne" lovar en ännu mer grundläggande förändring. Detta ämne har fått uppmärksamhet vid många konferenser i år, eftersom vi kommer närmare Intel- och Micron-sändningsprodukter baserade på deras 3D XPoint-minne. Det var ett stort ämne vid förra veckans toppminne i Flash Memory.

I flera år - ganska mycket sedan datorns gryning - har vi haft två grundläggande sätt att lagra saker. Kortvarig lagring är snabb, relativt dyr och flyktig, vilket innebär att när strömmen går ut försvinner data. Detta har mestadels varit dynamiskt random access-minne (DRAM), och mängden du kan koppla till en dator är begränsad. Dessutom, ganska mycket sedan gryningen av transistorbaserade CPU: er, har vi också haft statisk slumpminne (SRAM) inbyggt i själva CPU: n, vilket är ännu snabbare, ännu dyrare och endast tillgängligt i relativt små mängder. Vi har också haft långvarig lagring - oavsett om det är stanskort, band, hårddiskar eller flash-lagring, vilket är mycket billigare men också mycket långsammare och vanligtvis finns i mycket större kapacitet.

Den "heliga gralen" för minnesindustrin skulle vara att komma med något som har hastigheten för DRAM men kapacitet, kostnad och uthållighet för NAND-flashminne. Det är dock fortfarande bara en idé. Fantasi. Övergången från SATA till snabbare gränssnitt som SAS och PCI-Express med NVMe-protokollet har gjort SSD: er mycket snabbare, men ingenstans nära DRAM-hastigheten. Icke-flyktiga DIMM: er (NV-DIMM), som sätter flashminne på den snabbare minnesbussen, försöker överbrygga klyftan medan arbetet fortsätter med nya former av minne som 3D XPoint och andra fasändringsenheter, ReRAM (resistivt RAM) och STT-MRAM (Spin-Transfer Torque Magnetic RAM).

Vid Flash Memory Summit verkade det som om nästan alla högtalare visade en graf som talade om hur nytt "lagringsklassminne" eller "ihållande minne" passade in i hierarkin för lagring i ett system. Detta inkluderar Storage Network Industry Association (SNIA) i bilden ovan och Western Digital i den överst i inlägget. (Observera att ingen talar om band eller ens Blu-Ray som används för arkivlagring). SNIA driver en standard för NV-DIMM: er som något som kan läggas till system idag. Detta är tänkt att vara en industristandard med olika olika underliggande tekniker. Det kan användas med en kombination av NAND-blixt och batteribackat DRAM idag, så det skulle vara lika snabbt som DRAM men fortfarande ihållande, om dyrare än DRAM.

Den mest uppenbara kandidaten för en stor mängd ihållande minne på relativt kort sikt är 3D XPoint-minne, ett fasförändringsminne som utvecklas av Intel och Micron.

Intel hade tidigare sagt att man förväntar sig att sälja Optane SSD: er med detta minne i slutet av året under Optane-märket med DIMM med tekniken någon gång senare. I utställningen tillkännagav Micron att de skulle märka sina produkter under namnet QuantX och fokusera på NVMe-standarden för att ansluta sådana enheter till huvudsystemet. Micron sade att dess enheter kan leverera mer än tio gånger så många in- / utgångsoperationer (IOP: er) än NAND och ge mer än fyra gånger DRAM: s minneavtryck.

Intel gjorde en presentation som beskriver fördelarna med NVMe-standarden och noterade att överhead för de traditionella SAS- och SATA-bussarna för hårddiskar har blivit en flaskhals i SSD-prestanda; och hur övergången till den nya anslutningsstandarden skulle ha en bra prestandaförbättring för traditionella NAND-flash-SSD: er, men var avgörande för de nya minnen, eftersom de är så mycket snabbare.

Varken Intel eller Micron har gett exakt kapacitet eller prissättning ännu, men har tidigare pratat om hur det så småningom skulle vara mellan DRAM och NAND flash-prissättning. Flera analytiker spekulerade i att tillverkningskostnaderna för 3D XPoint idag faktiskt är högre än DRAM, men de flesta tror att det kommer att förändras om tekniken kan nå en tillräckligt hög volym.

Det finns andra tekniker som strider att bli vanliga alternativa minnen.

STT MRAM finns i små volymer idag, används mest i mycket specialiserade miljöer som kräver mycket hållbart, långvarigt minne i ganska små mängder. Idag erbjuder sådant minne mycket snabbare skrivningar än NAND, men med mycket begränsad kapacitet, bara upp till cirka 256 megabit. Som jämförelse talar NAND-tillverkarna om 256 GB och 512 GB (eller 64 GB) chips. Everspin har lovat en 1 Gb-version i slutet av året. Det är lätt att föreställa sig att detta blir mer populärt, men kapaciteten räcker förmodligen inte med omfattande distribution.

Fujitsu har diskuterat Ferrorelectric Random Access Memory (FRAM), i huvudsak en icke-flyktig typ av RAM, men det har bara visats i mycket små tätheter.

En mängd företag arbetar med varianter av Resistive RAM (ReRAM), och det är faktiskt den teknik som WD (som nu inkluderar det som tidigare var SanDisk) sa mest lovande ut för lagringsklassminne. Men det är oklart när sådan teknik kommer att drabba marknaden.

En stor fråga som står inför alla dessa slags minnen är att utveckla de system som verkligen kan dra nytta av dem. Nuvarande system - allt från applikationer till operativsystem till sammankopplingar mellan minnessystem - är utformade för den traditionella uppdelningen mellan minne som drivs med laster och butiker, och ihållande lagring programmerad i block. Allt som måste ändras för att någon av dessa tekniker ska bli mainstream. Ett antal talare diskuterade möjliga tidiga applikationer, med Huawei som talade om kognitiv datoranläggning och Micron diskuterade applikationer för finansiella tjänster - som alla tenderar att ha enorma mängder data i relativt snabbt minne.

Det kommer att vara fascinerande att se hur detta spelar ut under de närmaste åren.