Memoria della classe di archiviazione: la rivoluzione in arrivo

Uno dei temi principali delle conferenze sulla tecnologia hardware di quest'anno è che siamo sull'orlo di un drammatico cambiamento nel modo in cui i sistemi archiviano e accedono ai dati. Certo, abbiamo visto la memoria diventare più veloce nel tempo e abbiamo visto l'integrazione di memoria flash o addirittura sostituire i dischi rigidi in molte applicazioni, ma la nuova "memoria della classe di archiviazione" promette un cambiamento ancora più fondamentale. Quest'argomento ha attirato l'attenzione in molte conferenze quest'anno, man mano che ci avviciniamo ai prodotti di spedizione Intel e Micron basati sulla loro memoria XPoint 3D. È stato un argomento importante al summit della memoria flash della scorsa settimana.

Per anni, praticamente fin dagli albori dell'informatica, abbiamo avuto due modi di base per conservare le cose. L'archiviazione a breve termine è veloce, relativamente costosa e volatile, il che significa che quando si spegne l'alimentazione, i dati scompaiono. Questa è stata principalmente memoria dinamica ad accesso casuale (DRAM) e la quantità che è possibile collegare a un computer è limitata. Inoltre, praticamente dall'alba delle CPU basate su transistor, nella CPU stessa è stata integrata anche una memoria statica ad accesso casuale (SRAM), che è ancora più veloce, persino più costosa e disponibile in quantità relativamente ridotte. Abbiamo anche avuto una memoria persistente, che si tratti di schede perforate, nastri, dischi rigidi o memoria flash, che è molto meno costosa ma anche molto più lenta e in genere disponibile in capacità molto maggiore.

Il "santo graal" per l'industria della memoria sarebbe quello di trovare qualcosa che abbia la velocità della DRAM ma la capacità, il costo e la persistenza della memoria flash NAND. Tuttavia, rimane solo un'idea. Fantasia. Il passaggio da SATA a interfacce più veloci come SAS e PCI-Express usando il protocollo NVMe ha reso gli SSD molto più veloci, ma in nessun luogo vicino alla velocità della DRAM. DIMM non volatili (NV-DIMM), che mettono memoria flash sul bus di memoria più veloce, stanno tentando di colmare il divario mentre continuano i lavori su forme emergenti di memoria come 3D XPoint e altri dispositivi a cambiamento di fase, ReRAM (RAM resistiva) e STT-MRAM (RAM magnetica con coppia di spin-trasferimento).

Al Flash Memory Summit, sembrava che quasi tutti gli oratori mostrassero un grafico che parlava di come la nuova "memoria della classe di memoria" o "memoria persistente" si adattava alla gerarchia della memoria in un sistema. Questo include Storage Network Industry Association (SNIA) nella diapositiva sopra e Western Digital in quella nella parte superiore del post. (Si noti che nessuno sta parlando del nastro o del Blu-Ray usato per l'archiviazione). SNIA sta spingendo uno standard per NV-DIMM come qualcosa che potrebbe essere aggiunto ai sistemi oggi. Questo vuole essere uno standard del settore con varie tecnologie sottostanti diverse. Oggi potrebbe essere utilizzato con una combinazione di flash NAND e DRAM con batteria, quindi sarebbe veloce come DRAM ma persistente, se più costoso della DRAM.

Il candidato più ovvio per una grande quantità di memoria persistente a breve termine è la memoria XPoint 3D, una memoria a cambiamento di fase sviluppata da Intel e Micron.

In precedenza Intel aveva affermato che si aspettava di vendere SSD Optane con questa memoria entro la fine dell'anno sotto il marchio Optane con DIMM dotati della tecnologia qualche tempo dopo. Alla fiera Micron ha annunciato che avrebbe marchiato i suoi prodotti con il nome QuantX e si sarebbe concentrato sullo standard NVMe per il collegamento di tali unità al sistema principale. Micron ha affermato che i suoi drive potrebbero fornire oltre 10 volte il numero di operazioni di input / output (IOP) rispetto a NAND e fornire un footprint di memoria di DRAM più di 4 volte.

Intel ha presentato una presentazione che illustra in dettaglio i vantaggi dello standard NVMe, rilevando che il sovraccarico dei bus tradizionali SAS e SATA per i dischi rigidi è diventato un collo di bottiglia nelle prestazioni dell'SSD; e come il passaggio al nuovo standard di connessione avrebbe un buon miglioramento delle prestazioni per gli SSD flash NAND tradizionali, ma era cruciale per i nuovi ricordi, poiché sono molto più veloci.

Né Intel né Micron hanno ancora dato capacità o prezzi esatti, ma in passato hanno parlato di come dovrebbe essere alla fine tra i prezzi flash DRAM e NAND. Diversi analisti hanno ipotizzato che il costo di produzione di 3D XPoint oggi sia effettivamente superiore a DRAM, ma molti credono che cambierà se la tecnologia può raggiungere un volume abbastanza elevato.

Ci sono altre tecnologie che si contendono diventare memorie alternative tradizionali.

STT MRAM esiste oggi in piccoli volumi, utilizzato principalmente in ambienti molto specializzati che richiedono memoria molto duratura e duratura in quantità piuttosto ridotte. Oggi tale memoria offre scritture molto più veloci della NAND, ma con capacità molto limitata, solo fino a circa 256 megabit. Per fare un confronto, i produttori di NAND stanno parlando di chip da 256 Gb e 512 Gb (o 64 GB). Everspin ha promesso una versione da 1 GB entro la fine dell'anno. È facile immaginare che questo diventi più popolare, ma la capacità probabilmente non è sufficiente per una distribuzione su larga scala.

Fujitsu ha discusso della memoria ad accesso casuale ferrorelettrico (FRAM), essenzialmente un tipo di RAM non volatile, ma è stato mostrato solo a densità molto ridotte.

Diverse aziende stanno lavorando a varianti di Resistive RAM (ReRAM), e in effetti questa è la tecnologia che WD (che ora include quello che era SanDisk) sembra più promettente per la memoria di classe storage. Ma non è chiaro quando tali tecnologie arriveranno sul mercato.

Un grosso problema che affronta tutti questi tipi di memorie è lo sviluppo di sistemi che possono davvero trarne vantaggio. I sistemi attuali, dalle applicazioni ai sistemi operativi, alle interconnessioni tra i sistemi di memoria, sono progettati per la tradizionale divisione tra memoria gestita con carichi e archivi, e memorizzazione persistente programmata in blocchi. Tutto ciò che dovrà cambiare affinché una di queste tecnologie diventi mainstream. Un certo numero di oratori ha discusso delle possibili applicazioni iniziali, con Huawei che parlava di cognitive computing e Micron che discuteva di applicazioni di servizi finanziari, il che tende a volere enormi quantità di dati in una memoria relativamente veloce.

Sarà affascinante vedere come andrà a finire nei prossimi anni.