探討未來(lái)的存儲(chǔ)技術(shù)將會(huì)如何發(fā)展

未來(lái)的存儲(chǔ)技術(shù)會(huì)是什么樣子呢？對(duì)于基于NVMe的傳統(tǒng)Flash技術(shù)，我們應(yīng)該繼續(xù)期望更高的容量。例如，在QLC NAND技術(shù)之后會(huì)出現(xiàn)什么？只有時(shí)間才能告訴我們答案。下一代NVMe規(guī)范將引入跨更多PCI Express通道和更高帶寬的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。隨著存儲(chǔ)技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，插入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)技術(shù)也將隨之發(fā)展。

請(qǐng)牢記一點(diǎn)：最終目標(biāo)是更接近CPU并減少訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間（即延遲）。

內(nèi)存存儲(chǔ)類(lèi)

多年來(lái)，供應(yīng)商一直在開(kāi)發(fā)一種可以將非易失性?xún)?nèi)存插入傳統(tǒng)DIMM插槽（易失性DRAM使用的插槽）的技術(shù)。存儲(chǔ)類(lèi)內(nèi)存（Storage Class Memory，簡(jiǎn)稱(chēng)SCM）是一種較新的混合存儲(chǔ)層，它不是確切的內(nèi)存，也不是確切的存儲(chǔ)。它離CPU更近，有兩種形式：

1）由大電容支持的傳統(tǒng)DRAM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到本地NAND芯片（例如，NVDIMM-N）

2）一個(gè)完整的NAND模塊（NVDIMM-F）。

第一種情況下保留了DRAM的速度，但沒(méi)有足夠的容量。通常，基于DRAM的NVDIMM容量小于最新的傳統(tǒng)DRAM。供應(yīng)商如Viking Technology和Netlist是基于DRAM的NVDIMM產(chǎn)品的主要生產(chǎn)商。

而第二種將為您提供更大的容量，但它沒(méi)有DRAM速度快。在這里，您將發(fā)現(xiàn)固定在傳統(tǒng)DIMM模塊上的標(biāo)準(zhǔn)NAND與現(xiàn)代SSD中的NAND完全相同。

這種類(lèi)型的內(nèi)存不作為傳統(tǒng)內(nèi)存注冊(cè)到CPU，根據(jù)DDR4標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)代主板和處理器不需要任何特殊固件就能夠使用這種技術(shù)。當(dāng)操作系統(tǒng)加載到包含此類(lèi)內(nèi)存的系統(tǒng)上時(shí)，它將其隔離為“protected”模式類(lèi)別（例如0xe820），并且不會(huì)像標(biāo)準(zhǔn)的易失性DRAM那樣使用它。相反，它將只通過(guò)驅(qū)動(dòng)接口訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存（非易失性?xún)?nèi)存就是這個(gè)接口）。使用這個(gè)模塊，您可以將這些SCM設(shè)備的內(nèi)存區(qū)域映射到用戶(hù)空間可訪(fǎng)問(wèn)的塊設(shè)備中。

當(dāng)前的應(yīng)用程序?qū)CM用于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)、高性能計(jì)算（HPC）和人工智能（AI）工作負(fù)載，也將其用作持久緩存。隨著NVMeoF的不斷成熟，它將允許跨存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)出SCM設(shè)備。

英特爾的Optane，三星的Z-SSD等

介于DRAM和傳統(tǒng)SSD之間的是一些新興技術(shù)，如英特爾的Optane（最初是與美光合作開(kāi)發(fā)的，被命名為3D-XPoint）和三星的Z-SSD。這些技術(shù)非常新，除了它們既不是DRAM也不是NAND之外，人們對(duì)它們知之甚少。就英特爾的Optane來(lái)說(shuō)，它是一種新的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，基于相變存儲(chǔ)器（PCM）。Optane的性能比NAND更好，但比不上DRAM。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它比NAND SSD具有更好的電池壽命——也就是說(shuō)，與標(biāo)準(zhǔn)的NAND SSD相比，它每天能夠執(zhí)行更多的驅(qū)動(dòng)器寫(xiě)入操作（DWPD）。

計(jì)算存儲(chǔ)

通常，應(yīng)用程序和它需要訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)之間引入的延遲太長(zhǎng)，或者托管該應(yīng)用程序所需的CPU周期在主機(jī)上消耗了太多資源，從而給驅(qū)動(dòng)器本身引入了額外的延遲。怎樣才能避免這些負(fù)面影響呢？答案之一是將應(yīng)用程序移動(dòng)到物理驅(qū)動(dòng)器本身。這是最近才出現(xiàn)的趨勢(shì)，被稱(chēng)為計(jì)算存儲(chǔ)。

上述技術(shù)的前沿的是NGD系統(tǒng)，ScaleFlux，還有三星。那么，什么是計(jì)算存儲(chǔ)？它是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

其思想是將數(shù)據(jù)處理定位到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，避免將數(shù)據(jù)移動(dòng)到計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器（最初由主機(jī)CPU處理）。在傳統(tǒng)系統(tǒng)上，需要資源將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)位置移動(dòng)、處理，然后將其移回相同的存儲(chǔ)目標(biāo)。整個(gè)過(guò)程需要花費(fèi)時(shí)間，并引入訪(fǎng)問(wèn)延遲——如果主機(jī)系統(tǒng)正在處理其他任務(wù)，情況就更嚴(yán)重了。此外，數(shù)據(jù)集越大，移入/移出所需的時(shí)間就越多。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，一些供應(yīng)商已經(jīng)開(kāi)始將嵌入式微處理器集成到他們的NVMe SSD的控制器中。處理器將運(yùn)行一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)（如Ubuntu Linux），并允許一個(gè)軟件在SSD上本地運(yùn)行，以便進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算。

面臨的挑戰(zhàn)

HDD繼續(xù)優(yōu)于SSD技術(shù)的另一個(gè)方面是跨標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)的能力。您的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器只能容納這么多的存儲(chǔ)。而且，硬盤(pán)的可選擇空間要比SSD大得多。隨著內(nèi)存技術(shù)的發(fā)展，這種情況在未來(lái)幾年可能會(huì)發(fā)生變化。

另一個(gè)SSD的困難之處是軟件應(yīng)用領(lǐng)域。許多軟件應(yīng)用程序不符合訪(fǎng)問(wèn)NAND存儲(chǔ)器最優(yōu)的方法。這些應(yīng)用程序?qū)⒃黾域?qū)動(dòng)器訪(fǎng)問(wèn)延遲，同時(shí)減少NAND單元壽命。

總結(jié)

由于涉及到內(nèi)存技術(shù)，未來(lái)看起來(lái)很有前途，同時(shí)令人興奮。那么SSD會(huì)完全取代傳統(tǒng)的HDD嗎？我對(duì)此表示懷疑?？纯创艓Ъ夹g(shù)，它仍然存在，并繼續(xù)在檔案存儲(chǔ)中找到自己的位置。HDD很可能會(huì)有類(lèi)似的命運(yùn)。盡管在那之前，HDD將繼續(xù)在價(jià)格和容量上與SSD競(jìng)爭(zhēng)。