新的持久性內(nèi)存及技術(shù)承諾會重塑計算。在今年的閃存峰會(Flash Memory Summit)上，工程師們談到了他們?nèi)绾螐姆?wù)器設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)存儲到機(jī)器學(xué)習(xí)及閃存芯片價格等方方面面推動該領(lǐng)域的變革。
今年大會的一個熱門話題就是縮小網(wǎng)絡(luò)上閃存存儲陣列與服務(wù)器上固態(tài)盤(SSD)之間的差距。系統(tǒng)會訪問閃存——不管閃存是本地的還是在數(shù)據(jù)中心中的，這個想法推動著新的系統(tǒng)、芯片和軟件設(shè)計向前發(fā)展。
為了推動這個趨勢，NVM Express組織剛剛發(fā)布了一項規(guī)范，旨在讓NVMe閃存接口可以運行在以太網(wǎng)、光纖通道和InfiniBand這樣的網(wǎng)絡(luò)上。這個所謂的NVMe over Fabric規(guī)范用于各種方案可直接訪問內(nèi)存。
即將公布的PCI Express Gen 4標(biāo)準(zhǔn)也將推動這個趨勢，部分原因是PCIe已經(jīng)形成了NVMe的通道。Gen 4的速度將把固態(tài)盤上老舊的SAS和SATA接口遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在后面。最終PCIe預(yù)計將在固態(tài)盤中占主導(dǎo)，并且成本相對較低。
美光公司高級架構(gòu)總監(jiān)Stefanie Woodbury曾經(jīng)主導(dǎo)設(shè)計了該公司基于3D XPoint的固態(tài)盤，他指出，這方面已經(jīng)做了大量工作?？紤]到有三種框架，互操作性是非常關(guān)鍵的：多直連內(nèi)存、各種塊、文件和流存儲語義——以及新興的 內(nèi)存類型，例如3D XPoint。
美光公司的Woodbury展示了3D XPoint SSD原型(圖片來源：EE Times)
“我在希捷公司的時候，我們推出了首個光纖通道驅(qū)動器，這聽起來很熟悉，”Woodbury表示。
這個趨勢對于全新的閃存控制器設(shè)計來說是一個機(jī)會，希捷公司首席控制器架構(gòu)師Tim Canepa這樣表示，他之前是在SandForce公司工作。
工程師們并沒有通過將SSD和框架控制器打包來創(chuàng)建有效的產(chǎn)品。Canepa表示，我們需要全新的設(shè)計，他支出，控制器領(lǐng)域有大量隱身模式的初創(chuàng)公司——其中一些因為市場對于新興內(nèi)存類型(例如英特爾/美光的3D XPoint)的需求而得到關(guān)注。
其他芯片和系統(tǒng)初創(chuàng)公司也在今年的閃存峰會上展示了他們的裝備。Kalray展示了有288個定制VLIW核心的處理器運行NVMe over Ethernet基于2.0版本的直連內(nèi)存訪問方法。
在系統(tǒng)層面，Mangstor展示了他們的雙插槽服務(wù)器，集成了閃存和Mellanox網(wǎng)卡。但是該公司表示，他們針對NVMe over Fabrics的軟件是在SNIA規(guī)范推出前公布的，這是他們的秘密武器。
競爭相當(dāng)激烈。今年大會上E8 Storage憑借自己的閃存陣列贏得了一個獎項，該陣列提供了驚人的1000萬IOPS，同時支持在NVMe上100us讀和50us寫。
為什么在你可以駕馭兩個趨勢的時候只駕馭熱門的那一個?這就是很多把閃存添加到加速器的產(chǎn)品背后的理念。
BitMicro展示了在SSD上封裝英特爾Arria X的NVXL以用于機(jī)器學(xué)習(xí)的算法。這家初創(chuàng)公司的關(guān)鍵技術(shù)就是軟件，以及將用戶在高級Spark數(shù)據(jù)分析項目中寫入連接到低層級FPGA硬件的API。
該公司正在致力于開發(fā)一種ASIC，希望明年可以在SSD出貨采用這種技術(shù)。FPGA版本最早會在今年秋季出來樣品。
加速器被打包在一個PCIe Gen3 SSD中，這樣用戶就可以添加很多個聯(lián)合處理器到服務(wù)器中，只要有充足的PCIe插槽。他們甚至可以構(gòu)建定制陣列，最多配置24個這樣的驅(qū)動器。
東芝開發(fā)了它自己的混合陣列和加速器Flashmatrix。
東芝決定自己開發(fā)這種混合陣列/加速器陣列。東芝的Flashmatrix(上圖)封裝了24個英特爾Atom 2758處理器(每個有8個核心)和48個Xilinx FPGA到一個2U系統(tǒng)內(nèi)，該系統(tǒng)有24TB閃存。
這個1.3千瓦的系統(tǒng)目標(biāo)是運行一系列挑戰(zhàn)不那么大、瞄準(zhǔn)邊緣網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分析任務(wù)。這次大會展示的原型使用的是東芝eMMC閃存，但是未來的產(chǎn)品將會采用BiCS閃存。
華為的目標(biāo)是讓多個這樣的系統(tǒng)從新的軟件堆棧(如下圖)開始，可以處理閃存或者任何新型內(nèi)存。華為首席研究員Balint Fleischer預(yù)測，未來將會有一種聯(lián)合處理器介于大量DRAM和大量驅(qū)動器之間，用于處理專門針對特定新應(yīng)用的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。
“我們將以一種類似數(shù)據(jù)聯(lián)合處理器的功能塊，帶有高速引擎用于I/O功能，”Fleischer在談話中表示。“這種功能可以遷移到CPU本身，”他補充說。
毫無疑問，英特爾將在一年一度的開發(fā)者論壇上推出類似的概念，也是自它收購Altera以來首次推出。
的確，這次閃存峰會上有很多人說，主內(nèi)存與存儲之間的界限越來越模糊，未來還會有更多閃存和新型內(nèi)存。內(nèi)存已經(jīng)在計算機(jī)設(shè)計中打開了新的理念，這將重塑寫應(yīng)用的任務(wù)方式。
存儲網(wǎng)絡(luò)行業(yè)協(xié)會(SNIA)展示了讓雙帶內(nèi)內(nèi)存模塊與DRAM及閃存(也就是NVDIMM)很好地配合方面取得的進(jìn)展。它展示了來自Agiga、美光、Netlist以及Smart Modular的NVDIMM，運行在一臺服務(wù)器上(如上圖)。
這并不是第一次有這樣的展示，但是有了來自SNIA的標(biāo)準(zhǔn)工作就變得輕松多了，處理BIOS以及處理應(yīng)用層任務(wù)的pmem開源代碼。這樣軟件的負(fù)載就不那么重了，廠商希望這個市場將從現(xiàn)有的小規(guī)模，開始服務(wù)于一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及大型數(shù)據(jù)中心。
Netlist在今年閃存峰會上展示了自己的HybridDIMM(如下)，封裝了8GB DRAM、256GB閃存以及2個Xilinx FPGA。它宣稱，該卡將打破其他廠商對NVDIMM定義的局限性，可應(yīng)對各種讀取密集型應(yīng)用。Netlest展示了該卡運行在聯(lián)想和超微的服務(wù)器上，并 稱將會在今年年底前提供樣品。
當(dāng)前的NVDIMM軟件將有助于為新型內(nèi)存鋪平道路。Objective Analysis分析師Jim Handy表示，他認(rèn)為英特爾的3D XPoint DIMM將利用現(xiàn)在不少新軟件所采用的接口來處理芯片不斷變化的訪問時間。
英特爾已經(jīng)正在將新指令寫入自己的x86處理器以應(yīng)對3D XPoint內(nèi)存，Handy說。Linux和Windows操作系統(tǒng)將支持新的緩存技術(shù)，SNIA也將針對永久性內(nèi)存制訂編程標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)在，該行業(yè)正需要為此編寫大量的應(yīng)用代碼。
Netlist宣稱自己的HybridDIMM打破了現(xiàn)有NVDIMM的限制。
多年來，專家預(yù)測將會有大量新型內(nèi)存將介于DRAM和NAND之間，即使到了今天，這種猜測依然存在。
多年來IBM一直在相變內(nèi)存方面處于領(lǐng)先地位。ARM據(jù)稱將會涉足CeRAM。各種MRAM也正在積極進(jìn)入市場。
甚至在今年詳細(xì)說明了自己3D NAND將在DRAM和NAND之間拉開差距的三星也表示將會在這個領(lǐng)域有所動作。但是在今年的閃存峰會上，3D XPoint是為一個觀察者們認(rèn)為短期內(nèi)會給市場帶來沖擊的技術(shù)。
“未來10年還會有一兩項技術(shù)會進(jìn)入市場，”分析師Handy說。但是當(dāng)被問及另外一項與XPoint比肩起飛的技術(shù)，他說，“我還沒有聽說任何具有這種影響力的技術(shù)”。
對于Marvell來說，它顯然將這個領(lǐng)域視為自己最后一級緩存概念的控制器的一個機(jī)會。“他們非常關(guān)注內(nèi)存層，我們將會進(jìn)入到一個其他人都在關(guān)注內(nèi)存層的年代，”Handy表示。
的確，Marvell首席技術(shù)官吳子寧展示了最后一級緩存概念以及用于下一代靈活內(nèi)存控制器的Mochi內(nèi)聯(lián)技術(shù)。存儲級內(nèi)存需要一種新的硬件緩存引擎，這可能會生成數(shù)百萬的數(shù)據(jù)點，需要在納秒級的時間內(nèi)處理，他表示。
這樣的引擎應(yīng)該支持多Gb緩存和16Kb緩存線，應(yīng)該有針對低命中率的設(shè)計，以及低開銷處理的CAM，在不到10個時鐘周期內(nèi)處理操作。
吳子寧沒有說他是否會針對3D XPoint開發(fā)這種控制器。不過他說，“我們的控制器將會在大量存儲級內(nèi)存之前做好準(zhǔn)備。”
工程師們在西部數(shù)據(jù)的展臺上談?wù)揜eRAM理念。
西數(shù)公司(現(xiàn)已收購SanDisk)內(nèi)存技術(shù)負(fù)責(zé)人Siva Sivaram認(rèn)為，西數(shù)的電阻式RAM將是未來的一股熱潮，而不是XPoint。他說，ReRAM技術(shù)將會在2020年出貨。
“XPint并不是適合未來的技術(shù)，”Sivaram在一次談話中表示。“我們承諾ReRAM是可擴(kuò)展的，相比XPoint有更高的密度、更低的成本和延遲，以及更高的耐用性。”
“隨著時間的推移，我們可以開發(fā)出一種帶有ReRAM技術(shù)的通用內(nèi)存，”他補充說。“我們已經(jīng)評估了所有選擇，決定著是我們要走的方向，”他說。
從他所說的話中可以看出，這對于全球最大的存儲公司來說是一件重要的事情。但是，西數(shù)目前主要的業(yè)務(wù)仍然是基于硬盤的。
另一方面，像Crossbar這樣的小型初創(chuàng)公司正在開發(fā)他們自己的技術(shù)。
中國的SMIC公司已經(jīng)將Crossbar的這樣技術(shù)帶入自己的40納米制程工藝中。一位公司發(fā)言人表示，多個設(shè)計方將會在明年推出采用1-8 Mb內(nèi)置Crossbar內(nèi)存塊的微控制器級SoC，因為它相比內(nèi)嵌閃存的功能更低、性能更高。
與此同時，Crossbar正在與其他代工廠合作，打造28納米和40納米節(jié)點的產(chǎn)品。
今年的閃存峰會恐怕會因為美光推出備受矚目的3D XPoint產(chǎn)品給人們留下深刻印象。在主題演講、談話、展臺采訪以及雞尾酒晚會上，美光都在慶祝自己的Quantx SSD(將在明年提供樣品)取得的勝利。
一位資深的系統(tǒng)架構(gòu)師談到了XPoint以及新型內(nèi)存的重要性。.
“在我職業(yè)生涯的前15年，我認(rèn)為處理器和指令集架構(gòu)是最重要的事情，現(xiàn)在我認(rèn)為將數(shù)據(jù)遷移進(jìn)和遷移出計算機(jī)是最重要的，”美光高級計算副總裁Steve Pawlowski在一次談話中這樣表示。
Pawlowski曾經(jīng)在英特爾工作多年，設(shè)計從386到Haswell系統(tǒng)。研究未來百億億級超級計算機(jī)的需求，這讓他敏銳地意識到內(nèi)存瓶頸的重要性，內(nèi)存瓶頸會“吃掉”如今全球最大規(guī)模系統(tǒng)的大部分周期。
他說，他正在于大學(xué)、國家實驗室和計算機(jī)制造商合作，把內(nèi)存放在未來采用XPoint計算機(jī)架構(gòu)的中心。百億億級系統(tǒng)將需要將功耗降低至每個操作25皮焦耳，對新型內(nèi)存接口的需求，迫使美光“正在與一家有價值的客戶”合作開發(fā)工作。
此外他還指出，他“在過去三年中已經(jīng)成為了NVNDIMM的粉絲……起初我認(rèn)為這種技術(shù)只是曇花一現(xiàn)。”
美光研究人員在DRAMA中看到的性能異常問題，是推動3D XPoint相關(guān)工作的一個動力。
“我們預(yù)計在我們看到它之前會有兩代工藝，因此我們開始了圍繞XPoint的工作，”他說。“DRAM還將會存在一段時間，我們將會找到修復(fù)問題的方法，但是DRAM會變得越來越昂貴……從現(xiàn)在開始的未來20年內(nèi)，都很難在每比特成本方面打敗NAND。”
展望未來，軟件將成為以新型內(nèi)存為核心的計算架構(gòu)的瓶頸，他這樣表示。XPoint讓這個行業(yè)步入了一條通向新軟件生態(tài)系統(tǒng)的道路，但是任何新的架構(gòu)“都需要經(jīng)過兩次夏季奧運會的時間周期”逐漸成熟，他打趣說。
如今，美光正在與一個奧斯汀的團(tuán)隊合作為XPoint配置應(yīng)用，該團(tuán)隊也在探索如何使用XPoint SSD。“我認(rèn)為將會有針對現(xiàn)在和未來內(nèi)存的應(yīng)用……一旦開發(fā)者們有了硬件，軟件方面就應(yīng)該開始考慮這些問題了。”
芯片制造商面對著讓3D NAND投入量產(chǎn)的棘手挑戰(zhàn)，Handy表示。
關(guān)于3D XPoint被用于硬件設(shè)備的時間，這個行業(yè)可能會突然被淹沒在3D NAND中。隨著這個行業(yè)正在快速遠(yuǎn)離盤片式的NAND，這會導(dǎo)致價格大幅跳水，出現(xiàn)供過于求的情況，Handy表示。
只有三星和美光在今年批量出貨了3D NAND。其他將會提供樣品，解決各種挑戰(zhàn)來制造這種芯片(如上)，Handy表示。他預(yù)測所有廠商都將努力推動讓成本到2018年年中降低到每GB只有3美分。
在這一點上，他們將把晶圓轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)離盤片式工藝，出現(xiàn)供過于求的情況。他猜測這不會立即影響到SSD的采用。市場對容量和性能的要求將推動對這種驅(qū)動器的需求，不會像市場價格那樣出現(xiàn)大幅波動，他補充說。
三星表示，他們的64層V-NAND將會大幅降低成本，借助它開發(fā)的一種新型扇出封裝。
三星踏上3D NAND是從2013年在閃存峰會上宣布首款產(chǎn)品開始的。從那時候開始，三星每一年分別展示了32層、48層和今年的64層版本。
今年組織者給三星電子公司總裁Kinam Kim頒發(fā)了成就獎。Kim表示，2003年他作為三星芯片研發(fā)部門的負(fù)責(zé)人時第一次看到盤片式閃存的局限性，并要求就新的電荷捕獲技術(shù)展開相關(guān)工作。
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