存储革命风暴:SCM为何将替代闪存?

日期:2017-4-11作者:Richard Fichera

SCM   存储级内存   闪存   

【TechTarget中国原创】

随着企业不断发展基础设施和应用程序,他们逐渐发现存储是影响客户体验的主要瓶颈。

传统的存储I/O对于快速的处理器和网络来说是不够的。闪存存储以10倍于传统存储的性能而备受青睐,因此大部分关键应用都要求使用缓存。

随着数据量的大幅增长以及各种数据分析应用的出现,存储市场保持着快速增长势头。然而,这些应用极大地消耗着硬件性能。随着性能需求的不断提升,即使是闪存也显得力不从心了。

因此,我们需要新的技术和新的架构来应对这个新的挑战。

下一轮的“军备竞赛”是存储级内存

随着性能需求的快速增加,存储系统需要变得更快、更加密集、更加便宜,同时还要更加绿色。内存中处理(毫无疑问会极大的消耗内存)也带来了不断增加的内存配置以及动态随机访问内存(DRAM)的成本和能耗之间的平衡问题。

这些发展的结合形成了一个近乎完美的风暴,那就是存储级内存(SCM)。SCM已经成为了一个新的流行词,代表着下一代的非易失性内存(NVM)。

将下一代持久性存储应用到自己产品中的先行者将获取每年十亿计的收入,而且还会随着时间推移不断增加。SCM技术在目前的生态系统中有多个切入点,每一个切入点都能带来高价值。

这一轮的变革大致顺序可以用以下三个场景来说明:

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随着企业不断发展基础设施和应用程序,他们逐渐发现存储是影响客户体验的主要瓶颈。

传统的存储I/O对于快速的处理器和网络来说是不够的。闪存存储以10倍于传统存储的性能而备受青睐,因此大部分关键应用都要求使用缓存。

随着数据量的大幅增长以及各种数据分析应用的出现,存储市场保持着快速增长势头。然而,这些应用极大地消耗着硬件性能。随着性能需求的不断提升,即使是闪存也显得力不从心了。

因此,我们需要新的技术和新的架构来应对这个新的挑战。

下一轮的“军备竞赛”是存储级内存

随着性能需求的快速增加,存储系统需要变得更快、更加密集、更加便宜,同时还要更加绿色。内存中处理(毫无疑问会极大的消耗内存)也带来了不断增加的内存配置以及动态随机访问内存(DRAM)的成本和能耗之间的平衡问题。

这些发展的结合形成了一个近乎完美的风暴,那就是存储级内存(SCM)。SCM已经成为了一个新的流行词,代表着下一代的非易失性内存(NVM)。

将下一代持久性存储应用到自己产品中的先行者将获取每年十亿计的收入,而且还会随着时间推移不断增加。SCM技术在目前的生态系统中有多个切入点,每一个切入点都能带来高价值。

这一轮的变革大致顺序可以用以下三个场景来说明:

  1. 作为下一代的闪存替代技术,将彻底改变外部存储。
  2. NVM到DRAM的扩展将带来更大规模的内存中处理(in-memory processing)。
  3. 持久性内存能彻底改变存储架构。

存储变革

目前的闪存技术具有很高的性能,但同时价格也很昂贵。尽管如此,它的性能依然比DRAM要低出四个数量级。新型的SCM技术将有机会拉近这个差距。

新型的固态内存可以提供比目前的闪存快10到100倍的性能,它能够应用在传统的存储架构下,为存储极大地提升性能。由于大部分的闪存发展都侧重于提升密度和价格,而非速度,因此未来的闪存市场会遭受来自这些新技术的威胁。新的SCM在性能上会有极大的提升,虽然它的价格比闪存贵很多,不过它一定会比DRAM便宜。Intel的3D XPoint是一个新型存储的例子,它比目前的闪存存储要快,它将作为SSD、NVMe和PCIe存储的替代品。

可扩展内存

更为精彩的一个应用场景是将SCM安装在系统内存双列直插式内存模块(DIMM)上,并通过机载系统内存控制器访问内存语义,从而扩大了系统中可寻址内存的数量。这显然意味着DIMM和附加固件以及可能的操作系统级软件的变化。

虽然困难,但真正的转型会带来巨大的回报。目前已有多个厂商正在追求这项技术。如果你在今天要使用大量DRAM时,系统会非常昂贵,并且耗电量也过大。当前的分析工作负载 - 特别是未来的认知计算应用和物联网的爆炸式发展 - 需要大量的内存中处理。凭借SCM承诺的高密度和低功耗的组合,它将很好的满足这些要求。

然而,这个用例提出了行业必须克服的一些显着的挑战。只有生态系统中主要参与者才能通过系统级别的改变来解决一些SCM技术的障碍,这些变化即将到来。市场上广泛传言2017年英特尔准备在其Purley服务器平台的DIMM上引入3D XPoint,并且其他厂商可能会尝试引入兼容的竞争产品。三星的产品可能是基于传统闪存的演进,这可能是SanDisk技术的第一次迭代。

许多拥有突破性技术的公司失败的原因是他们需要在软件上做一些改变才能使用他们的技术,哪怕只是小小的一点改变。计算机行业走到今天的道路漫长而曲折,路上充斥那些公司的残骸。正因如此,目前的厂商不会再犯同样的错误。新技术进入市场将具有与DRAM相同的语义,并且不需要任何代码更改工作,最多只需要在系统固件包中提供系统级驱动程序。首先上市的产品可能是Diablo Technologies的Memory1,它使用系统级固件来允许使用内存语义访问DIMM闪存。

最终能代替DRAM的SCM至少要与DRAM一样快,不需要固件中介,与DRAM高速缓存的结合来实现DRAM性能。目前,市场上唯一能够达到这些标准的SCM产品只有Nantero的碳纳米管内存和几种电阻式RAM,这些技术已经在原型开发的各个阶段得到证明。如果忆阻器可以批量生产的话,它也将是一个很好的候选者。

内存和存储层的融合

可见的SCM用例是允许主系统中的持久性内存语义来进行寻址。能够允许软件将系统的一部分作为持久性的空间有可能完全改变整个体系结构,从而解决大量的问题。最终的结果是计算机系统将仅具有单层存储——DRAM与SCM融合,存放动态数据和持久数据 - 文件或对象级别的层次完全消失。最终软件将被大大简化为一个单层的整体架构,成本也随之降低 ,外部存储层及其相关的网络、复杂性问题以及大部分管理成本都会消失。

这次的演变过程可能会超过十年,演变涉及系统设计、应用和操作系统,以及几代从业者的架构思维,这也是最重要的。