永久性存储类内存彻底改变了数据中心

向历史学习

十多年前，半导体专家假设传统的内存类型如动态RAM（DRAM）和NAND闪存即将击中其缩放限制。通过缩小晶体管的大小，它们每年都无法继续降低。这一直是半导体世界的担忧。每个人都担心“摩尔定律的结束”，芯片业务的基本动态将触摸尖锐的停止，筹码将在年复一年后的价格上涨。

所有人都在担心“摩尔定律”(Moore's Law)的终结，届时芯片业务的基本面将戛然停止，芯片价格将不再年复一年地下跌。

经过深思熟虑，业界的精英们决定走上一条新材料和新技术的道路，以突破这一障碍，创造出我们今天所说的存储器芯片浮现的记忆．除了一个小问题外，这些都会做得很好。其他伟大的思想，专注于标准的DRAM和NAND闪存，发现了绕过了预期的缩放限制的方法，以这些技术为尺寸，密度和低价格不可思议几年。他们不仅做到了一次，而且自新记忆技术的出现以来，这些特殊的伟大思想已经多次找到了以前被认为是不可逾越的问题的方法。

我们离题所以吗？一点也不。这些研究人员设想的变化导致了今天对内存数据库和其他计算技术的兴趣。这些浮现的记忆--与DRAM相比，它们有两个优点：

1. 它们没有缩放限制，或者它们的缩放限制远远超出了DRAM的极限。这意味着当DRAM价格无法再减少时，新兴的记忆将承担这项工作，继续长期降低价格。
2. 它们是持久的。也就是说，当断电时，它们不会丢失数据。

最后一点激起了在加利福尼亚州圣何塞的IBM Almaden研究实验室的更多伟大思想的兴趣。十多十年前。研究人员认为他们应该鼓励程序员编写预期的代码可以兼作存储的内存，他们甚至给它起了个名字:存储级存储器。

现在，我们都知道记忆就是记忆，存储就是存储，如果你有重要的数据，你肯定不会把它交给记忆。但是存储速度真的很慢。那么，如何最大限度地利用这个速度受限的系统呢?

策略性污水排放计划发挥了作用。SSD的速度大约是HDD的1000倍。尽管如此，SSD的速度还是比内存慢一千倍。如果您不必使用SSD或HDD，而只需在内存中进行数据处理并将其保留下来，这不是很好吗？

那么，如果我们可以使用一些新兴的记忆技术作为存储呢?听起来不错，不是吗?麻烦的是它贵得可怜。考虑到这些技术是为了降低内存成本而开发的，但DRAM却停止了这一工作，这似乎非常具有讽刺意味。

这一切都与规模经济有关，更不用说每一项技术所使用的新材料都不像今天的主流大规模生产硅技术那样为人所熟知。为了接近DRAM和NAND闪存的价格，业界必须弄清楚如何大批量生产一种或多种这种存储技术。问题是，在价格降至接近DRAM或NAND闪存的水平之前，这些产品的需求都不会很大。

Optane怎么样？

现在，你可能想知道英特尔的新型三维XPoint存储器这被称为Optane．它将在2018年推出DIMM格式。这不会比DRAM便宜吗?

我对Optane了解很多。我在2015年写了第一份关于它的行业市场报告。为了在系统中有意义，Optane必须比DRAM便宜，英特尔将确保这一点。但这并不意味着英特尔将以盈利的方式出售Optane。几乎可以肯定的是，在Optane上市的头几年里，英特尔将以巨大的亏损出售它。

英特尔这样做的原因是为了销售更昂贵的处理器。如果插入处理器的主板的性能降低到不能比其他同类处理器更快的程度，英特尔就不能卖给任何人下一个性能更高的CPU。英特尔认为Optane是应对这一问题的必要手段，而且只要能让公司销售一款售价高于50美元的处理器，该公司非常愿意在每块主板上损失10美元的Optane内存。

这意味着我们很快将有一个极好的机会让系统开发人员围绕持久性内存（今天的存储类内存）创建软件和系统。英特尔即将提供其Optane DIMM价格低于DRAM。而且由于它是持久性的，程序不必依赖慢速存储来确保内存在断电后不会受损。

行业组织已经在努力确保即使在硬件出现之前也能获得足够的支持。存储网络行业协会SNIA已经成立牧羊的标准通过各种标准机构让程序员不得不重新发明轮子。SNIA的持久内存编程模型已经体现在Linux修订4.4和更高版本中，以及基于NTFS的所有Microsoft Windows系统中。某些数据库程序（例如Microsoft SQL Server和SAP的HANA）正在适用于存储类内存。

这是一个很好的开始。但在作品中无疑是更多的节目。微软推出了支持的Windows 10工作站的版本非易失性的容量（NVDIMM），这很可能是一个产生大量新功能的平台持久内存应用程序．

无硬件编程

经济持久性存储器DIMM不可用，因此程序员如何测试和验证新的持久存储器软件？您可能没有听说过NVDIMMS，但这些是针对明天系统创建软件的奇妙方式。一个nvdimm - 特别是一个NVDIMM-N--是一种在持久内存可用之前复制持久内存DIMM优点的聪明方法。该DIMM基于普通DRAM，但也包含一个NAND闪存芯片和一个控制器，并配有一个专用的应急电源组，用于在电源故障后的一段时间内使用。

一旦检测到电源故障，NVDIMM将自己与系统的其余部分隔离，并查看紧急电源包的电源。控制器接管并命令NAND闪存复制DRAM中的所有数据。此步骤完成后，NVDIMM自动下电。当计算机的电源恢复后，控制器会让DRAM重新加载NAND闪存中的所有数据，并向处理器提供一个充满有效数据的DRAM。

当然，这比这更复杂。NVDIMM无法将自身与处理器隔离，直到处理器的寄存器和脏缓存线以及处理器状态写入其中。所有这些都必须在操作恢复时恢复。但与软件和BIOS社区合作的NVDIMM制造商已经解决了细节问题。利用其中一个并不困难。

在这里，我不详述细节，而是向大家介绍一份刚刚发布的报告：“从NVDIMM市场获利。”对NVDIMM及其新生市场有很多，这份报告深入探讨了这一点。

分享持久的记忆

所有这些对DAS来说都很好，但是请记住，世界是虚拟化的，虚拟化需要共享存储，即使存储在内存中。我们如何共享所有这些快速存储?

当基于das的ssd开始迁移回服务器时，这就变成了一个问题，一些软件初创公司的伟大头脑开始应对这个挑战。他们创造的代码让DAS显示为共享存储，甚至使DAS看起来根本不是持久的，并被服务器视为内存。这将存储保留在共享池中，但有助于缓解大量网络流量，并满足虚拟内存系统页面丢失的更大份额，而不仅仅是通过使用内存。

到目前为止，网络已成为数据中心的最大瓶颈。网络肯定足够快，因为它被构思的HDD，但它对所有闪存阵列都是一个巨大的障碍，并且存储级存储器的无需只需重量级。怎么做？

就像把存储移到离处理器更近的地方一样，如果可以把网络移到离处理器更近的地方，那么不仅可以得到更快的存储，还可以得到更快的共享存储。这对虚拟化系统大有裨益。

伟大的头脑再次发挥他们的魔力。系统架构师已经开始开发几种方法，以使传统网络无法实现的速度跨多个平台连接CPU、内存和存储。

行业定义了一些不同的标准实现这一目标。Gen-Z, Open Coherent Accelerator Processor Interface, Remote Direct Memory Access和nonvolatile Memory express over fabric是最受欢迎的。这些努力承担了一项艰巨的任务，即以闪电般的速度将网络与处理器拉近——就像处理存储一样——而不会造成严重的一致性问题。但是，如何防止处理器损坏彼此的数据呢?这并不容易，但伟大的思想正在努力。

最后，期望看到的系统是，不同成本和速度的存储被分散在内存、ssd和hdd上，所有这些都可以通过高速一致的网络被任何处理器访问。这将为计算系统的成本/性能比率带来好处，使未来的数据中心以几年前还只是白日梦的方式运行。