非易失性存儲一覽

 
2016-10-16 朱潔 大數據和雲計算技術

RAM:隨機存取存儲器(random access memory,RAM)又稱作“隨機存儲器”,是與CPU直接交換數據的內部存儲器,也叫主存(內存)。它可以隨時讀寫,而且速度很快,通常作爲操作系統或其他正在運行中的程序的臨時數據存儲媒介。

 

內存速度非常快,但是同時也有一個特性就是易失性,當電源關閉時RAM不能保留數據。如果需要保存數據,就必須把它們寫入一個長期的存儲設備中(例如硬盤)。

 

硬盤雖然非易失性,但是速度非常慢。所以硬盤和內存之間就有非常多的非易失性存儲,一直在發展。今天簡單梳理下常見的:

 

SSD :

 

固態硬盤(Solid State Drives),簡稱固盤,固態硬盤(Solid State Drive)用固態電子存儲芯片陣列而製成的硬盤,由控制單元和存儲單元(FLASH芯片、DRAM芯片)組成。

 

NVDIMM:

 

non-volaitle dual inline memory module,一種集成了普通DDR RAM + 非易失性FLASH芯片的內存條。在系統異常掉電時,NVDIMM藉助其後備超級電容作爲動力源,在短時間內將數據放入flash芯片,從而永久保存內存中的數據。相比其他介質的非易失性內存,NVDIMM已逐步進入主流服務器市場,micron,viking,AGIGA等國外內存廠商皆以推出自己的NVDIMM。

 

3D Xpoint:

 

3D Xpoint拋棄了在NAND芯片的核心-----晶體管。 NAND的工作原理是運動的電子來回在稱爲其“浮動柵”的晶體管來回跑到,來表示二進制代碼的零與一。 這種技術的一個問題是,它不能在一個時間從新單個比特的數據。需要較大的信息塊被擦拭,然後重寫以合併更改。

 

3D XPoint的工作原理與NAND存在着根本性的不同。NAND通過絕緣浮置柵極捕獲不同數量的電子以實現bit值定義,而3D XPoint則是一項以電阻爲基礎的存儲技術成果,其通過改變單元電阻水平來區分0與1。 

 

3D XPoint的結構非常簡單。它由選擇器與內存單元共同構成,二者則存在於字線與位線之間(因此纔會以‘交叉點’來定名)。在字線與位線之間提供特定電壓會激活單一選擇器,並使得存儲單元進行寫入(即內存單元材料發生大量屬性變化)或者讀取(允許檢查該存儲單元處於低電阻還是高電阻狀態)。我猜測,寫入操作要求具備較讀取更高的電壓,因爲如果實際情況相反,那麼3D XPoint就會面臨着上在讀取存儲單元時觸發大量材料變化(即寫入操作)的風險。

 



 

 

上圖是對比各種介質之間的延遲,3d xpoint的延遲在10ns級別,總的來說,而3D XPoint架構其實是一種大容量存儲技術,雖然比DRAM要慢,但它比DRAM要便宜,比NAND要快,但是比NAND要貴,最重要的是它是非易失性的。所以,斷電之後數據不丟失。 

 

就基於3D XPoint的產品來講,其最爲立竿見影的應用方式就是在DRAM與SSD之間充當新的存儲層。在計算科學發展的歷史長河當中,存儲與處理器之間的其它層級一直在不斷出現——芯片內多級緩存、芯片外緩存、以及SSD緩存等等——而3D XPoint內存將充當這一體系當中的另一種新型存儲介質,從而彌合DRAM與現有高速非易失性存儲方案之間的空白區域。通過將3D XPoint作爲另一種緩存層,這項技術將被應用於未來的高速應用程序(最典型就是數據庫應用,緩存應用)當中,從而克服目前內存容量或者存儲延遲給這類應用造成的拖累。


 

 
 

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