定义

存储类存储器(SCM)

通过

盖瑞克兰兹,高级新闻作家
琳达Rosencrance

什么是存储类内存?

存储类存储器(SCM)是一种物理计算机存储器，它结合了动态随机存取存储器(动态随机存取记忆体），NAND闪存以及数据持久性的电源。SCM对待非易失性内存并将其包含在服务器的内存空间中。

访问数据比访问本地数据快，一种总线标准e连接的固态硬盘(ssd)、直接连接的硬盘驱动器(hdd)和外部存储阵列。与DRAM相比，SCM的耐用性更强，数据读写速度比NAND驱动器快10倍。

单片机硬件采用不同的介质类型来解决容量、成本、耐久性和性能问题。

显示存储类内存在其他存储媒体中的位置的图表 — 存储类存储器填补了DRAM和NAND闪存之间的空白。

SCM在数据中心中的重要性

数据中心可以从存储类内存中受益，包括以下几个方面:

高性能存储。供应链管理可以启用高性能存储支持数字转换的工作量。
持久存储。板载电源确保在系统崩溃或电源故障期间数据和程序代码被保留。这提供了一个字节可寻址层持久存储在DRAM和ssd之间。使用单片机将DRAM的快速性能扩展到状态存储。它提供了一种通过非易失性内存快车(NVMe)协议为低延迟
块级数据访问。它还支持块级数据访问，这扩大了它可以支持的应用程序的范围。
更少的处理，更多的吞吐量。使用单片机，更少的数据需要在存储器和存储器之间来回移动。这减少了处理并增加了吞吐量。一个单片机设备可以记录的速度几乎与DRAM和静态RAM (静态存储器)。根据工作负载的不同，持久性和速度的组合允许使用SCM设备作为内存或存储器。

易失性存储器与非易失性存储器

易失性存储器和非易失性存储器的主要区别是易失性存储器在停电时不保存数据。在断电或系统崩溃时，非易失性内存确实可以保存数据。

下面我们来仔细看看这两种内存类型:

挥发性记忆

DRAM及同步DRAM (更快)存储易失性数据。这种类型的数据在写入存储后很少发生变化。应用程序和程序启动个人计算机(pc)所需要的信息就是易失性数据的一个例子。DRAM比flash快，但价格更贵，伸缩性也有限。

非易失性内存

非易失性内存，也称为持久内存，永久存储定期访问的数据。这种类型的数据包括引导文件和其他操作系统(OS)数据，执行PC的功能。

非易失性RAM (NVRAM)驻留在PCIe总线上。NVRAM设备通常有一个备用电池或电容器确保数据持久性。

闪存是NVRAM中最常见的一种。与DRAM相比，flash可以处理大量的数据。与DRAM不同，闪存是一种外部媒体，通常包含在网络存储阵列中。全闪存阵列没有磁盘，通常比基于磁盘的存储性能更好。

ssd的成本已经下降，接近hdd的水平，消除了闪存采用的成本障碍。但与硬盘相比，闪存的缺点是快闪记忆体磨损．随着时间的推移，写入会导致flash降级，影响其耐久性。为了防止这种情况发生，存储供应商设计了混合闪存阵列混合容量hdd和面向性能的ssd。

hdd和ssd vs.存储类内存

基于scm的存储与hdd、ssd的形态和部署有以下不同:

硬盘驱动器。HDD是一种使用磁性介质存储数据的机电设备。驱动器的介质在主轴上快速旋转，当它这样做时，驱动器将一根针放置在磁盘上写入数据的给定扇区上。
固态硬盘。固态硬盘采用硅介质设计，没有移动部件。ssd最初采用为hdd开发的SATA和SAS存储协议。制造商现在开始生产为PCIe闪存的NVMe规范设计的ssd。
存储类的记忆。单片机卡滑入双内联内存模块(DIMM)服务器端口。SCM驱动不能更换ssd盘。相反，它们是一种辅助内存，可以提高对延迟敏感的应用程序的性能。当主存储驱动器达到最大容量时，SCM也可以设置为次级写目标。

表比较各种存储介质的性能，容量，耐力和成本 — 不同的存储介质在性能、容量、持久性和成本方面的比较。

SCM的特点和局限性

企业可以从使用SCM层中获得一些好处，包括:

驱动器比传统的闪存驱动器寿命更长。
它们能够通过系统内存实时访问大数据集，类似于dram。
这种技术的成本低于购买更多DRAM。
与ssd相比，它提供了更低的访问延迟和更高的吞吐量。
它可以保护关键数据，以防企业存储电源中断时丢失。

尽管有这些优势，但是SCM驱动的平均价格对于更广泛的采用来说是一个缺点。添加SCM可以帮助降低DRAM的费用，但SCM驱动器的价格可能比类似的NVMe配置贵10倍。

更广泛的采用可能导致商品定价。同时，组织应该进行成本效益分析，以确定添加SCM是否会提高应用程序的生产率。

供应链管理在企业中的应用

单片机在高速数据传输、新一代内存计算等方面具有重要作用水平扩展用于计算和存储的集群。SCM层对于对停机敏感或频繁访问复杂数据工作负载的应用程序可能很有用。

使用人工智能和机器学习算法的现代应用程序可以受益于单片机对服务器内存的高速访问。这些应用程序需要持续访问大量的数据集，但是购买更多的DRAM来提供这种访问是昂贵的。

在某些情况下，SCM可以用来替代DRAM，尽管速度稍慢一些。作为DRAM的替代者，SCM提供了维护时快速重启数据库服务器、电源紧急和重启等优点。

各种操作应用程序和数据库都可以使用SCM，特别是那些需要低延迟、持久性和数据一致性的应用程序和数据库。这项技术有加速的潜力虚拟机存储。它也可以帮助多节点，distributed-cloud应用程序执行得更好。

SCM的企业用例包括:

大数据分析替换或增加热或热数据缓存;
网络安全分析侦测和防御勒索软件及其他威胁;
金融交易的应用程序快速处理和执行金融交易;
欺诈检测执行数据分析以检测欺诈交易;
内存数据库这种力量联机事务处理软件;
物联网(物联网）分析实时处理大数据集;和
webscale个性化定制与个人用户相关的在线内容。

英特尔-美光3D XPoint内存

英特尔和美光公司联合开发了一个名为3 d XPoint以填补DRAM和NAND之间的性能差距。人工智能、高级分析、数据库、高性能计算和虚拟化基础设施都是预期的用途。

与使用电荷陷阱来保存信息的传统NAND不同，3D XPoint存储数据位是基于不同的电阻存储单元的大块材料之间的能级。电阻的大小决定了信号的二进制值:如果开启，则二进制值为1;如果off，值为0。

2018年，英特尔推出了第一批基于3D xpoint的产品，品牌为英特尔Optane。的发展Optane与人工智能、物联网、基因测序、流媒体和类似高要求工作负载的兴起相吻合。

英特尔提供双端口Intel Optane ssd和Optane Persistent Memory (PMem)模块。Optane PMem DIMM容量范围从128gb到512gb每个模块，适合系统容纳基于pcie的ssd。当向系统添加Intel Optane容量时，计算机的操作系统将驱动器枚举为NVMe存储设备。

照片的英特尔Optane PMem — 英特尔的Optane PMem的一个关键优势是它能够以低成本有效地扩展每个服务器插槽的内存容量。

据报道，美光计划推出一款与英特尔Optane竞争的产品，但在2021年3月决定推出停止3D XPoint开发．美光表示，计划出售其3D XPoint芯片生产厂，并将开发研究转移至为新兴的Compute Express Link设计的存储技术。CXL)标准。CXL连接性通过连接离散的cpu来创建SCM的共享池，图形处理单元以及类似的加速芯片。

目前尚不清楚美光的决定将如何影响英特尔Optane产品开发的未来。2021年6月，英特尔停止了其桌面Optane ssd产品线，并宣布将专注于Optane Memory H2O M.2 ssd。Optane H2O层在Optane内存缓存后散装QLC NAND。

三星Z-NAND等型号的单片机

三星Z-NAND是用flash制作的。这是一个低-延迟它的垂直NAND或V-NAND内存的变化。从技术上讲，它不是SCM，尽管它的性能增益接近于3D XPoint。

Z-NAND组织48层单层细胞flash与浮置栅极晶体管以确保每个电池接收到正确的电压。三星电子在其Z-SSD产品系列中使用了Z-NAND内存。

其他类型的供应链管理包括:

AMD英特尔(Intel)的竞争对手英特尔(Intel)没有自有品牌的SCM技术。相反，它将基于epyc的加速器与西部数字公司(Western Digital Corp.)的Ultrastar DC ME200内存扩展驱动器(Ultrastar DC ME200 Memory Extension Drives)以及一个将NAND闪存映射到主机内存的本地管理程序配对。
Kioxia东芝(Toshiba Memory)的前身东芝(Toshiba Memory)也在开发单片机技术。它的目标是通过它的xsl - flash SCM来提高并行性。XL-Flash是由东芝公司开发的Bit - Cost Scalable 3D NAND flash技术的扩展。Kioxia表示，将以SSD形式提供XL-Flash，并最终计划将其应用于DRAM总线。
智能模块化技术市场上的一系列持久内存模块与其品牌durammemory，这是面向重工业和恶劣的环境。

SCM产品

到目前为止，英特尔和三星是唯一提供SCM驱动的供应商。它们是用各自专有的存储技术设计的。英特尔提供其Optane产品线，三星提供其Z-NAND。这两家公司采用不同的方法捕捉数据位。然而，他们都将自己的内存技术定位为内存数据库的高性能数据存储和相关的密集、实时工作负载。

现已倒闭的半导体公司代阿布洛技术公司(Diablo Technologies)是早期的SCM先驱，推出了Memory1。现在是西部数据的一部分的SanDisk和IBM采用了Diablo的技术。该供应商于2017年申请破产。这是在它赢得了SCM竞争对手Netlist的专利侵权诉讼后不久发生的。芯片制造商Rambus在2019年收购了Diablo的剩余股份知识产权．

单片机对存储阵列设计的影响

单片机的出现，特别是Optane驱动器的出现，改变了硬件制造商设计服务器和存储技术的方式。一些存储供应商在其品牌的网络存储系统中部署了Intel Optane SCM层，包括:

戴尔EMC在其旗舰PowerMax SAN上添加Optane PMem作为性能层。在Dell EMC PowerStore中端存储系统中，Optane驱动器也与NVMe ssd打包。
惠普(hp)将基于scm的企业内存闪存技术注入到其中型系列Nimble Storage san中。HPE的持久记忆卡是在某些HPE ProLiant服务器上的品牌Optane版本，或作为可选的插件卡。
日立Vantara提供了虚拟存储平台5000系列阵列，用户可以选择使用提供100%缓存容量的SCM配置系统。
联想宣布在一些ThinkSystem服务器上支持Intel Optane。
MemVerge该公司开发了内存机(Memory Machine)，可以虚拟化DRAM和英特尔Optane，创建一个大型持久数据湖，从中提供复制、快照和其他数据服务。
NetApp设计了内存加速数据软件，也称为Max Data，使用的是NetApp在2017年收购的Plexistor内存技术。Max数据支持系统也支持英特尔Optane SCM。
纯粹的存储在其flashharray //X全闪存阵列中结合NVMe flash和品牌DirectMemory模块，以启用快速读取缓存。Pure的DirectMemory基于双端口的Intel Optane设备。
StorOne有全flash阵列。下一个系统，封装Optane与英特尔QLC 3D NAND，并由S1存储软件管理。
庞大的数据部署带有智能数据放置的大型SCM写缓冲区，以延长其全闪存存储架构的寿命。

其他非易失性存储器类型

其他非易失性存储媒体正在出现，它们的容量和性能可以与传统计算机存储器和闪存相媲美或超越。值得注意的技术和开发这些技术的供应商包括以下三种技术:

电阻RAM。也被称为ReRAM即RRAM，这是一种通过电介质来改变电阻的存储器忆阻器．开关电阻增加了一个方向的信号流量，与相反方向的信号流量减少成比例。富士通和Crossbar是RRAM的两大主要生产商。
磁阻的随机存取存储器(MRAM)。Everspin技术公司开发了MRAM，它不是使用电子电荷，而是利用自旋电子产生的磁性来存储持久数据。Everspin利用自己的半导体制造工厂，开发、许可和销售了几种MRAM产品。其中包括切换MRAM和自旋转移扭矩MRAM (STT-MRAM)。2021年3月，该公司推出了基于28纳米处理的1gb STT-MRAM设备，目标是云基础设施提供商。
纳米管RAM (NRAM)Nantero的NRAM存储单元在电极之间放置了数百个碳纳米管，用于切换电压。单元电阻的变化对应于其二进制开关状态。