超級存儲模塊

非易失性雙列插入式存儲模塊（Non-Volatile Dual In-line Memory Module，簡稱NVDIMM）將是未來電腦一個重要的組成部分，這種無與倫比的超級存儲模塊只需一塊電路板即可充當內(nèi)存和硬盤。

多年以來，硬盤都是臺式電腦和筆記本電腦上的瓶頸所在，它緩慢的數(shù)據(jù)存取速度對系統(tǒng)的性能造成了極大的影響，在加載Photoshop和大型游戲等數(shù)據(jù)量較大的應(yīng)用程序時，不僅處理器、內(nèi)存和顯示卡無所事事，甚至用戶都可以稍作休息。固態(tài)硬盤的出現(xiàn)改變了這種現(xiàn)狀，因而，固態(tài)硬盤很快就成為了系統(tǒng)驅(qū)動器的最佳之選。而一段時間以來困擾閃存硬盤的SATA接口最高傳輸速率600MB/s的限制，現(xiàn)如今也已經(jīng)不復(fù)存在。最新一代的固態(tài)硬盤能夠使用類似顯示卡的接口，通過NVMexpress（NVMe）接口以超過2GB/s的速度傳輸數(shù)據(jù)，電腦啟動只需要轉(zhuǎn)眼的功夫。

然而，這一切很快也將不值一提，因為NVDIMM將在2016年開始進入市場，這種超級存儲模塊能夠和內(nèi)存一樣快，卻又可以和固態(tài)硬盤一樣地長期保存數(shù)據(jù)。NVDIMM的“NV”是“Non-Volatile”的縮寫，意思是非易失性，所謂非易失性的存儲介質(zhì)，也就是即使切斷電源，數(shù)據(jù)仍然能夠被保留的存儲介質(zhì)。而“DIMM”是“Dual In-line Memory Module”的縮寫，意思是雙列直插存儲模塊，這是一種常見的內(nèi)存模塊技術(shù)術(shù)語。因此，從字面上就可以看出來，NVDIMM結(jié)合了硬盤和內(nèi)存的功能。

將來，當我們使用一個以NVDIMM作為內(nèi)存和硬盤的電腦時，電腦啟動后一切都將馬上準備就緒：操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、游戲、文件和文件夾不需要加載，因為它們本來就在內(nèi)存中，而當我們需要離開電腦時，可以直接按下按鈕關(guān)閉電腦。個人電腦（如果大家仍然選擇這樣稱呼它）將變得非常緊湊，因為本質(zhì)上它只包含一個CPU和一個NVDIMM，了不起游戲玩家可以選擇再加上一塊額外的獨立顯示卡。

超級存儲模塊標準

2015年電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會（Joint Electron Device Engineering Council，簡稱JEDEC）已經(jīng)宣布，NVDIMM將作為一個單獨的標準亮相。根據(jù)新的標準，這種新的存儲模塊應(yīng)該兼容DDR4內(nèi)存端口，并且以相同的方式在系統(tǒng)中進行注冊。這意味著，NVDIMM將兼容每一個使用DDR4內(nèi)存的硬件平臺。這包括SKYLAKE微架構(gòu)，英特爾最新一代的個人電腦CPU。不過，最初推出的NVDIMM很可能會采用LRDIMM結(jié)構(gòu)，這里的“LR”是“Load Reduced”的縮寫，表示降低負載。這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)存和個人電腦上的內(nèi)存差異在于：LRDIMM設(shè)有額外的緩沖存儲器，這使得存儲模塊有可能以更有效的方式并行處理幾個存儲和讀出程序。這種結(jié)構(gòu)有利于在更高的時鐘頻率下工作，并且每個內(nèi)存模塊可以有更大的容量。但是，除了較為昂貴的Haswell-E高端CPU工作站變種外，個人電腦主板基本上都無法支持LRDIMM結(jié)構(gòu)的內(nèi)存模塊。因此，NVDIMM首先將應(yīng)用于服務(wù)器，而不是個人電腦。

NVDIMM標準還定義了NVDIMM-N和NVDIMM-F兩個變種，NVDIMM-N型的存儲模塊包含內(nèi)存單元和閃存單元。在掉電或硬件損壞的情況下，閃存單元可以作為內(nèi)存數(shù)據(jù)的一個備份介質(zhì)。NVDIMM-N可以視為一種擴展的內(nèi)存，而NVDIMM-F則將被視為系統(tǒng)內(nèi)的硬盤，它不包含內(nèi)存單元，只包含閃存單元。這兩個變種可以用于增強高負荷計算的性能，例如涉及大型數(shù)據(jù)集的計算，如天氣模擬或者高頻率的交易操作。

新的存儲技術(shù)

如果要混合硬盤和內(nèi)存，則需要有合適的存儲介質(zhì)。內(nèi)存單元存取數(shù)據(jù)的速度非?？?，并且每個單元的值可以單獨改變。然而，內(nèi)存的存儲密度不是特別高：一個DDR4模塊目前最大只有64GB。閃存在這方面有一定的優(yōu)勢，但是重新寫入閃存單元中的操作需要相當長的時間，因為閃存是按區(qū)塊逐塊進行操作的。一個區(qū)塊包含幾千字節(jié)，包括數(shù)以千計的閃存單元。與內(nèi)存相比，刷寫閃存單元需要相對較高的電壓。閃存的主要優(yōu)勢在于其高存儲密度：最新的技術(shù)可以讓我們建立一個TB級SSD的NVDIMM。

十多年來，研究人員一直在琢磨能夠結(jié)合內(nèi)存和閃存優(yōu)點的存儲技術(shù)，而當前有3種新興的存儲技術(shù)最有機會脫穎而出：可變電阻式隨機存儲技術(shù)（Resistive random-access memory，簡稱ReRAM或RRAM）、相變存儲技術(shù)（Phase Change Memory，簡稱PCM）、自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機存儲器（Spin Transfer Torque RandomAccess Memory，簡稱STT-RAM）。它們既擁有內(nèi)存的性能，同時又能夠和硬盤驅(qū)動器一樣長期保存數(shù)據(jù)。但是，目前這些存儲技術(shù)通常僅有原型，還沒有到正式引入市場的時候。個人電腦要使用超級存儲模塊，第一步還是要看一下2016年夏天開始正式推出市場的3D Xpoint，這種由英特爾與美光合作研發(fā)的存儲器將采用上述3種新興存儲技術(shù)之一，但是目前尚不清楚會是哪一種。不過，英特爾已經(jīng)宣布3D Xpoint將可以用作NVMe SSD和NVDIMM。

責任編輯：金雅文jin_yawen@chip.cn

收稿日期：2016-02-17

速度的飛躍

從SATA、NVMe（Non Volatile Memory Express）到現(xiàn)在的NVDIMM，固態(tài)硬盤的速度越來越快。在2015年閃存峰會上，卡利普索系統(tǒng)發(fā)布了兩種固態(tài)硬盤（SATA和NVMe）和NVDIMM-N類）模塊的測試數(shù)據(jù)。

NVDIMM的兩個變種

NVDIMM-N可以作為DDR4內(nèi)存并包含用于備份的閃存，通過寄存時鐘驅(qū)動器（Register Clock Driver，簡稱RCD）和閃存控制器組織和傳輸數(shù)據(jù)。NVDIMM-F則只包含閃存，可以作為SSD。

新的存儲技術(shù)需要同時擁有閃存與內(nèi)存的優(yōu)勢

內(nèi)存和閃存各有所長：內(nèi)存速度快，而閃存可以永久存儲數(shù)據(jù)。新的存儲技術(shù)需要融合閃存與內(nèi)存的優(yōu)勢，目前，有3種新興的存儲技術(shù)可以滿足此條件。