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未来存储技术的发展是什么样的

2020年09月18日 14:39 次阅读

  未来的存储技术会是什么样子呢?对于基于NVMe的传统Flash技术,我们应该继续期望更高的容量。例如,在QLC NAND技术之后会出现什么?只有时间才能告诉我们答案。下一代NVMe规范将引入跨更多PCI Express通道和更高带宽的协议标准。随着存储技术的继续发展,插入计算机的存储技术也将随之发展。

  请牢记一点:最终目标是更接近CPU并减少访问时间(即延迟)。

  

  内存存储类

  多年来,供应商一直在开发一种可以将非易失性内存插入传统DIMM插槽(易失性DRAM使用的插槽)的技术。存储类内存(Storage Class Memory,简称SCM)是一种较新的混合存储层,它不是确切的内存,也不是确切的存储。它离CPU更近,有两种形式:

  1)由大电容支持的传统DRAM存储数据到本地NAND芯片(例如,NVDIMM-N)

  2)一个完整的NAND模块(NVDIMM-F)。

  第一种情况下保留了DRAM的速度,但没有足够的容量。通常,基于DRAM的NVDIMM容量小于最新的传统DRAM。供应商如Viking Technology和Netlist是基于DRAM的NVDIMM产品的主要生产商。

  而第二种将为您提供更大的容量,但它没有DRAM速度快。在这里,您将发现固定在传统DIMM模块上的标准NAND与现代SSD中的NAND完全相同。

  这种类型的内存不作为传统内存注册到CPU,根据DDR4标准,现代主板和处理器不需要任何特殊固件就能够使用这种技术。当操作系统加载到包含此类内存的系统上时,它将其隔离为“protected”模式类别(例如0xe820),并且不会像标准的易失性DRAM那样使用它。相反,它将只通过驱动接口访问内存(非易失性内存就是这个接口)。使用这个模块,您可以将这些SCM设备的内存区域映射到用户空间可访问的块设备中。

  当前的应用程序将SCM用于内存数据库、高性能计算(HPC)和人工智能(AI)工作负载,也将其用作持久缓存。随着NVMeoF的不断成熟,它将允许跨存储网络导出SCM设备。

  英特尔的Optane,三星的Z-SSD等

  介于DRAM和传统SSD之间的是一些新兴技术,如英特尔的Optane(最初是与美光合作开发的,被命名为3D-XPoint)和三星的Z-SSD。这些技术非常新,除了它们既不是DRAM也不是NAND之外,人们对它们知之甚少。就英特尔的Optane来说,它是一种新的非易失性存储技术,基于相变存储器(PCM)。Optane的性能比NAND更好,但比不上DRAM。另一个优点是它比NAND SSD具有更好的电池寿命——也就是说,与标准的NAND SSD相比,它每天能够执行更多的驱动器写入操作(DWPD)。

  计算存储

  通常,应用程序和它需要访问的数据之间引入的延迟太长,或者托管该应用程序所需的CPU周期在主机上消耗了太多资源,从而给驱动器本身引入了额外的延迟。怎样才能避免这些负面影响呢?答案之一是将应用程序移动到物理驱动器本身。这是最近才出现的趋势,被称为计算存储。

  上述技术的前沿的是NGD系统,ScaleFlux,还有三星。那么,什么是计算存储?它是如何实现的呢?

  其思想是将数据处理定位到数据存储层,避免将数据移动到计算机的主存储器(最初由主机CPU处理)。在传统系统上,需要资源将数据从存储位置移动、处理,然后将其移回相同的存储目标。整个过程需要花费时间,并引入访问延迟——如果主机系统正在处理其他任务,情况就更严重了。此外,数据集越大,移入/移出所需的时间就越多。

  为了解决这个问题,一些供应商已经开始将嵌入式微处理器集成到他们的NVMe SSD的控制器中。处理器将运行一个标准的操作系统(如Ubuntu Linux),并允许一个软件在SSD上本地运行,以便进行现场计算。

  面临的挑战

  HDD继续优于SSD技术的另一个方面是跨标准形态的能力。您的标准服务器只能容纳这么多的存储。而且,硬盘的可选择空间要比SSD大得多。随着内存技术的发展,这种情况在未来几年可能会发生变化。

  另一个SSD的困难之处是软件应用领域。许多软件应用程序不符合访问NAND存储器最优的方法。这些应用程序将增加驱动器访问延迟,同时减少NAND单元寿命。

  总结

  由于涉及到内存技术,未来看起来很有前途,同时令人兴奋。那么SSD会完全取代传统的HDD吗?我对此表示怀疑。看看磁带技术,它仍然存在,并继续在档案存储中找到自己的位置。HDD很可能会有类似的命运。尽管在那之前,HDD将继续在价格和容量上与SSD竞争。

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