ذاكرة تخزين الطبقة: الثورة القادمة

واحدة من أكبر الموضوعات في مؤتمرات تكنولوجيا الأجهزة هذا العام هو أننا على وشك حدوث تغيير كبير في طريقة تخزين النظم والوصول إلى البيانات. بالتأكيد ، لقد رأينا أن الذاكرة تزداد سرعة بمرور الوقت ، وشاهدنا ملحق ذاكرة فلاش أو حتى يحل محل محركات الأقراص الصلبة في العديد من التطبيقات ، ولكن "ذاكرة فئة التخزين" الجديدة تعد بتغييرًا أكثر جوهرية. حظي هذا الموضوع بالاهتمام في الكثير من المؤتمرات هذا العام ، حيث نقترب من منتجات الشحن Intel و Micron استنادًا إلى ذاكرة 3D XPoint الخاصة بهم. كان موضوع كبير في قمة ذاكرة فلاش الأسبوع الماضي.

لسنوات - إلى حد كبير منذ فجر الحوسبة - لدينا طريقتان أساسيتان لتخزين الأشياء. التخزين على المدى القصير سريع ومكلف نسبيًا ومتقلب ، وهذا يعني عندما تنقطع الطاقة ، تزول البيانات. كانت هذه في الغالب ذاكرة وصول عشوائي عشوائي (DRAM) ، والمبلغ الذي يمكنك إرفاقه بجهاز كمبيوتر محدود. أيضًا ، إلى حد كبير منذ بزوغ وحدات المعالجة المركزية المستندة إلى الترانزستور ، كان لدينا أيضًا ذاكرة وصول عشوائي ثابتة (SRAM) مدمجة في وحدة المعالجة المركزية نفسها ، والتي هي أسرع وأكثر تكلفة ومتاحة بكميات صغيرة جدًا فقط. لقد كان لدينا أيضًا مساحة تخزين ثابتة - سواء أكانت البطاقات أو الأشرطة أو محركات الأقراص الثابتة أو وحدات تخزين الفلاش أقل تكلفة بكثير ولكنها أبطأ بكثير ومتاحة عادةً بسعة أكبر بكثير.

إن "الكأس المقدسة" لصناعة الذاكرة تتمثل في التوصل إلى شيء له سرعة DRAM ولكن سعة وتكلفة واستمرار ذاكرة فلاش NAND. يبقى مجرد فكرة ، رغم ذلك. خيال. أدى التحول من SATA إلى واجهات أسرع مثل SAS و PCI-Express باستخدام بروتوكول NVMe إلى جعل محركات أقراص الحالة الصلبة أسرع بكثير ، ولكن في أي مكان بالقرب من سرعة DRAM. تحاول DIMMs غير المتطايرة (NV-DIMMs) ، التي تضع ذاكرة الفلاش على ناقل الذاكرة الأسرع ، سد الفجوة بينما يستمر العمل على الأشكال الناشئة من الذاكرة مثل 3D XPoint وغيرها من أجهزة تغيير الطور ، ReRAM (ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة) و STT-MRAM (دوران مغناطيسي عزم الدوران ، RAM).

في Flash Memory Summit ، بدا أن كل متكلم تقريبًا كان يعرض رسمًا بيانيًا يتحدث عن مدى توافق "ذاكرة فئة التخزين" الجديدة أو "الذاكرة الدائمة" مع التسلسل الهرمي للتخزين في النظام. يتضمن ذلك رابطة صناعة شبكات التخزين (SNIA) في الشريحة أعلاه و Western Digital في الشريحة الموجودة أعلى المنشور. (لاحظ أن لا أحد يتحدث عن الشريط أو Blu-Ray المستخدم للتخزين الأرشيفية). SNIA تضغط على معيار NV-DIMMs كشيء يمكن إضافته إلى الأنظمة اليوم. هذا يعني أن يكون معيار الصناعة مع مختلف التقنيات الأساسية المختلفة. يمكن استخدامه مع مزيج من فلاش NAND و DRAM المدعوم بالبطارية اليوم ، لذلك سيكون بنفس سرعة DRAM ولكنه لا يزال ثابتًا ، إذا كان أكثر تكلفة من DRAM.

المرشح الأكثر وضوحًا لكمية كبيرة من الذاكرة الدائمة في المدى القريب نسبيًا هو ذاكرة 3D XPoint ، وهي ذاكرة تغير طور يتم تطويرها بواسطة Intel و Micron.

كانت إنتل قد ذكرت في وقت سابق أنها تتوقع بيع محركات الأقراص الصلبة Optane مع هذه الذاكرة بحلول نهاية العام تحت علامة Optane التجارية مع DIMMs التي تعرض التكنولوجيا في وقت لاحق. في المعرض ، أعلنت Micron أنها ستقوم بتصنيف منتجاتها تحت اسم QuantX ، والتركيز على معيار NVMe لتوصيل هذه الأقراص بالنظام الرئيسي. قال Micron أن محركاته يمكن أن توفر أكثر من 10 أضعاف عدد عمليات الإدخال / الإخراج (IOP) من NAND ، وتوفر أكثر من 4 أضعاف مساحة ذاكرة DRAM.

قدمت شركة Intel عرضًا تقديميًا يفصل مزايا معيار NVMe ، مع ملاحظة أن النفقات العامة لحافلات SAS و SATA التقليدية لمحركات الأقراص الصلبة أصبحت عنق الزجاجة في أداء محرك أقراص الحالة الصلبة (SSD) ؛ وكيف سيكون الانتقال إلى معيار الاتصال الجديد تحسينًا جيدًا في أداء محركات أقراص الحالة الصلبة التقليدية NAND flash ، ولكنه كان ذا أهمية حاسمة بالنسبة للذكريات الجديدة ، لأنها أسرع بكثير.

لم تقدم Intel ولا Micron قدرات محددة أو تسعيرًا دقيقًا حتى الآن ، ولكن تحدثت في الماضي عن الكيفية التي ينبغي أن تكون في النهاية بين DRAM و NAND flash التسعير. تكهن العديد من المحللين بأن تكلفة التصنيع لـ 3D XPoint اليوم أعلى بالفعل من DRAM ، لكن يعتقد معظمهم أن ذلك سيتغير إذا استطاعت التكنولوجيا الوصول إلى حجم مرتفع بدرجة كافية.

هناك تقنيات أخرى تتنافس لتصبح ذكريات بديلة سائدة.

يوجد STT MRAM في مجلدات صغيرة اليوم ، تستخدم في الغالب في بيئات متخصصة للغاية والتي تتطلب ذاكرة دائمة للغاية وطويلة الأمد بكميات صغيرة إلى حد ما. توفر هذه الذاكرة اليوم عمليات كتابة أسرع بكثير من NAND ، لكن مع سعة محدودة للغاية ، فقط يصل إلى حوالي 256 ميغابت. للمقارنة ، يتحدث مصنعو NAND عن 256 جيجابايت و 512 جيجابايت (أو 64 جيجابايت). وعدت Everspin بإصدار 1GB بنهاية العام. من السهل أن تتخيل أن هذا يزداد شعبية ، ولكن من المحتمل ألا تكون السعة كافية للنشر على نطاق واسع.

ناقشت Fujitsu ذاكرة الوصول العشوائي (FRAM) ، وهي نوع من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) غير المتطايرة بشكل أساسي ، لكنها لم تظهر إلا في كثافات صغيرة جدًا.

تعمل مجموعة متنوعة من الشركات على بدائل من ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة (ReRAM) ، وهذه في الحقيقة هي التكنولوجيا التي قالت شركة WD (والتي تضم الآن ما كانت سانديسك) إنها تبدو أكثر واعدة بالنسبة لذاكرة فئة التخزين. لكن من غير الواضح متى ستضرب هذه التقنيات السوق.

تتمثل إحدى المشكلات الكبيرة التي تواجه كل هذه الأنواع من الذكريات في تطوير الأنظمة التي يمكنها بالفعل الاستفادة منها. تم تصميم الأنظمة الحالية - كل شيء بدءًا من التطبيقات إلى أنظمة التشغيل وحتى التوصيلات بين أنظمة الذاكرة - من أجل التقسيم التقليدي بين الذاكرة التي يتم تشغيلها مع الأحمال والمخازن ، ووحدة التخزين الثابتة المبرمجة في كتل. كل ذلك يجب أن يتغير حتى تصبح أي من هذه التقنيات سائدة. ناقش عدد من المتحدثين التطبيقات المبكرة المحتملة ، حيث تحدثت شركة Huawei عن الحوسبة المعرفية ومناقشة ميكرون لتطبيقات الخدمة المالية - وكلها تميل إلى طلب كميات هائلة من البيانات في ذاكرة سريعة نسبيًا.

سيكون من الرائع أن نرى كيف سينتهي هذا الأمر على مدى السنوات القليلة القادمة.