计算存储的年度更新

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00:01查克·索贝:大家好，欢迎来到Flash Memory峰会关于计算存储的年度更新。我是科学频道的查克·索比，也是你们FMS会议的主席。我们很高兴你今年能加入我们，如果是虚拟的。

我们将通过查看计算存储解决的问题来开始这个更新。我们将看到计算存储如何适应整体以数据为中心的计算趋势. 我们将澄清一些初听时可能会混淆的术语，并介绍领先的计算存储体系结构。最后，我们将介绍行业参与者、行业协会的发展情况，并讨论下一步要关注的内容。在许多应用程序中，将数据移入和移出内存所需的时间和精力比使用内存进行计算所需的时间和精力要多，将数据从存储器移到内存首先需要更多的时间和精力。这就是将计算机应用于数据的经济原因。

01:00政务司司长：计算机现在在哪里？PC或服务器的体系结构如下所示。CPU处理DRAM内存中的数据；数据通过总线或网络从存储设备（如SSD）进入内存。作为一个具体的例子，假设我们要分析交易，例如股票购买、零售销售或预订，比如六月的星期一。这个过程是：将整个数据库从存储器加载到内存中，搜索内存中6月份周一的记录，对这些记录执行分析，并忽略内存中加载的所有其他数据。

那么，如果我们将compute引入数据，特别是将compute引入SSD，会有什么变化？在本幻灯片中，我们只是将SSD更改为计算存储设备。此CSD将在几张幻灯片中介绍，但它具有足够的处理能力来解释主机发出的命令，以搜索数据库中6月份星期一的记录，然后只需将这些记录加载到内存中，以便后续仅对这些记录进行分析。显然，在这种情况下，使用计算存储设备可以为其他任务释放CPU周期，并减少网络和总线流量。此外，这些记录可以更快地进行分析，从而降低获得结果的延迟。

探测CS:业界已经对这个术语进行了规范计算存储，但在一些文献中，你会看到它被称为在存储处理或CPU处理中。下面两个术语是以数据为中心计算的一般概念的具体实例。近内存处理着重于DRAM硬件，而近数据处理是概念和实现的一个更通用的术语。内存处理和神经形态计算是描述硬件内建的具有某些基本数学功能的内存的术语。这是一个看到新生命的旧观念。在其他FMS会议上已经给出了例子。接下来，我们将对这种从以计算为中心到以数据为中心的架构转换进行快速比较。

03:31政务司司长：以计算为中心的高性能计算体系结构旨在解决天气预报的流体动力学等问题的微分方程，瓶颈是CPU和内存。以数据为中心的体系结构旨在分析PB级的数据，这是数据优先，而不是计算优先的设计目标。这适用于搜索、网络分析、视频创建和传输等应用。瓶颈是存储和I/O；计算存储打破了这些瓶颈，并提供了额外的好处。这些额外的好处包括为其他任务释放CPU，实现并行性（尤其是在数据中心），减少数据移动，从而提高延迟和网络带宽利用率。这三大优势特别适合数据中心和云服务提供商的需求。

04:33政务司司长：计算存储的能力也很好地服务于边缘计算减少连接到云的需求．此外，如果数据不通过网络传输到云，那么在边缘生成和保存的数据会更安全、更私密。此外，在边缘，对云的访问可能是不确定的——这将导致不可预测的延迟。5G将成为边缘和物联网应用的推动者。5G应该提供更少、更可预测的延迟，因此延迟分布的故事应该得到改善。5G的承诺之一是实现触觉互联网。这意味着人类可以远程控制机器人，并在我们看来是实时的情况下感受到反馈。这需要在一毫秒左右。在右边的图表上，我们看到光在一毫秒内传播了大约200英里，也就是大约300公里。

05时39分因此，人类和机器人之间的距离应该小于100英里，以便在1毫秒内完成往返动作和反馈。当然，这假设上一张幻灯片上的延迟分布受到严格控制。那么，如何制作计算存储设备呢？如果我们可以将SSD的描述简化为NAND和处理，那么我们可以将计算存储设备的描述简化为SSD加上更多处理。

06时15分当然，有多种方法来实现这种架构，有四种当前的计算存储架构，计算存储设备可以将额外的处理器作为FPGA与SSD控制器ASIC结合，或者额外的处理可以与SSD控制器功能集成到一个定制ASIC中。还有报道说，有人试图修改标准ssd的固件要将它们的一些计算周期重新用于计算存储测试——与硬件解决方案相比，性能必然会受到限制。

06时53分此外，计算存储处理可以在本身没有任何存储的加速卡上进行。这可以是网络结构的一部分，也可以内置到数组中。以下是上一张幻灯片中图中架构的文本摘要。如果您想更详细地了解我刚刚介绍的各种当前架构，这张幻灯片是为您以后的学习准备的。存储网络工业协会(SNIA)在其网站上有很多资源。计算存储在其结构中的位置是计算内存和存储计划，计算存储SIG;在此过程中，活动集中在计算存储TWG。我们很高兴从FMS 2018的对话中得知这张TWG表格。SNIA目前有一个规范草案可供下载，而不是供公众审查。你可以从这个链接下载。 SNIA's draft spec defines capabilities and actions for computational storage. These include management actions to identify a CSD and its features, security actions for access controlling encryption, fundamental operations like storing and retrieving data. SNIA is specifying two types of computational storage services: fixed and programmable.

08:28 CS:一般来说，计算存储服务对与特定存储设备相关联的数据进行计算。可编程业务由用户开发，可以提供广泛的功能。固定服务是可配置的，但它们的基本功能是由制造商设置的。固定计算存储服务的示例包括压缩、重复数据删除和加密。该规范中提到的可编程计算存储服务包括伯克利包过滤、免费网络流量分析、容器、用于快速重新配置和托管操作系统(如Linux)的FPGA位流。有超过40家公司参与了SNIA的倡议，其中许多公司在FMS上进行展示或赞助。还有一些计算存储初创公司仍处于隐形模式。

09:25 CS:今天的计算存储设备通过NVMe连接到系统和彼此。FMS今年和过去几年都有很多关于NVMe的演讲，所以在这里，我只想提请大家注意最近成立的NVMe计算存储任务组。他们将确保NVMe规范具有必要的功能，以支持广泛的计算存储设备．SNIA和NVM Express之间有密切的协调，规格不冲突。公司里很多人都是这两类人的成员。这将有助于全面采用计算存储。有一些大的变化即将到来，可能会影响ssd的关键元素;这些元素是ARM处理器核心和Xilinx fpga。英伟达计划以400亿美元收购ARM。我希望我们会在更多的地方看到更多的人工智能和机器学习。

10:20 CS:AMD计划以350亿美元收购Xilinx．我认为预期的结果是在更多的地方有更多的加速器。当然，这些交易在许多司法管辖区都需要得到政府批准。除了这个更新和介绍,你还会听到在这个会话的最新行业领导者在Eideticom, IBM, NR。现在,我将分享我自己的更新,ChannelScience正在评估有一个提议,美国能源部,使用可编程计算CSD存储服务。我们的原型将为科学仪器提供数据分类，比如这里展示的电子显微镜。祝我好运吧。

还剩11分08秒CS:总而言之，明年我将关注计算存储方面的一些发展，包括标准机构之间的持续协调，以及旧OpenFog联盟的活动;更多的计算存储初创公司从隐形模式中脱颖而出;更多的AI/ML实现，特别是在边缘;5G的扩展带来了新的机遇;RISC-V使能的低成本器件;计算存储被用于以新的方式扩展数据中心，包括进一步利用NAND闪存芯片的并行特性。请注意，AWS在Aqua中提供了计算存储选项，它们是高级查询加速器。

感谢您观看本次演讲，请务必访问我们的赞助商虚拟展位。我期待着回答您在聊天中可能遇到的任何问题，活动结束后，您可以随时通过这里显示的电子邮件与我联系。请欣赏第十五届年度闪存峰会的剩余部分。