隨著 DRAM 內(nèi)存容量和頻率的持續(xù)增長(zhǎng)，現(xiàn)有電腦內(nèi)存的安全性也一直沒有得到提升。近日，JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)宣布的最新第一代協(xié)議是由對(duì)DRAM容量和帶寬的需求增加，以及在計(jì)算系統(tǒng)中附加新興的持久內(nèi)存的靈活方法所驅(qū)動(dòng)的。NVDIMM-P 內(nèi)存能夠在意外斷電時(shí)保留原有數(shù)據(jù)，與英特爾傲騰（Optane）內(nèi)存芯片比較類似。

JEDEC混合DIMM任務(wù)組標(biāo)準(zhǔn)化NVDIMM主席Jonathan Hinkle表示，JESD304-4.01 DDR4 NVDIMM-P總線協(xié)議為混合DIMM技術(shù)提供了正式規(guī)范，如NVDIMM-P，它使設(shè)計(jì)工程師能夠?qū)DR的訪問速度與非易失性存儲(chǔ)器的可靠性和容量相結(jié)合，以改進(jìn)數(shù)據(jù)管理。

該標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵目標(biāo)是找到一種在運(yùn)行時(shí)像DRAM一樣附加和利用各種持久性存儲(chǔ)器的方法，如磁阻隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(MRAM)、電阻隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(ReRAM)和相變存儲(chǔ)器(PCRAM)，包括Intel的Optane。

此圖為最近發(fā)布的JESD304-4.01 DDR4 NVDIMM-P總線協(xié)議的一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)，該協(xié)議為NVDIMM-P等混合內(nèi)存技術(shù)提供了正式規(guī)范，使設(shè)計(jì)工程師能夠?qū)DR的訪問速度與非易失性存儲(chǔ)器的可靠性和容量相結(jié)合。

NVDIMM-P 的新功能：

持久性：操作系統(tǒng)能夠低延遲、高帶寬訪問非易失內(nèi)存。
虛擬化的內(nèi)存：在DDR 通道啟用盡可能多的內(nèi)存容量。
大容量：支持?jǐn)U展的內(nèi)存尋址功能。
支持即插即用：在電腦開機(jī)時(shí)可以直接插入標(biāo)準(zhǔn)的雙列內(nèi)存插槽，并立刻與同一總線上的DDR 內(nèi)存交互操作。

Hinkle表示，DDR4 NVDIMM-P總線協(xié)議與目前建立計(jì)算快速鏈路(CXL)生態(tài)系統(tǒng)很好地結(jié)合在一起。CXL生態(tài)系統(tǒng)的部分目標(biāo)是減少數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)的移動(dòng)距離，并將其轉(zhuǎn)移到最適合工作負(fù)載的媒體上。“新的存儲(chǔ)類型有不同的特點(diǎn)，我們想要低延遲，非?？斓卦L問，但新存儲(chǔ)不一定遵循與DRAM相同的規(guī)則?！?br />
首先，DRAMDRAM的性能完全取決于處理器的預(yù)期。相比之下，各種新的持久內(nèi)存類型需要多花幾納秒，或者需要執(zhí)行某些操作才能獲得數(shù)據(jù)返回?！拔覀冃枰谛聟f(xié)議中加入靈活性?！拔覀兊哪繕?biāo)是確保任何新出現(xiàn)的內(nèi)存都能利用現(xiàn)有的快速通道;該協(xié)議提供的內(nèi)存媒介提取涵蓋了DDR通道上的任何內(nèi)存介質(zhì)，包括DRAM、MRAM或Optane等3DXpoint媒體。

然而，Hinkle介紹，我們必須在變量和獲得更低延遲訪問之間找到平衡——完全變量允許任何東西被連接，但這將增加延遲并降低性能，這有利于支持靈活性?！拔覀兣κ顾茏屇銖姆浅？斓拇鎯?chǔ)中得到非?？斓姆磻?yīng)?！?br />
該協(xié)議還支持?jǐn)U展內(nèi)存尋址，以允許更高的內(nèi)存容量，以及通過標(biāo)準(zhǔn)雙重內(nèi)嵌式內(nèi)存模塊(DIMM)插座實(shí)現(xiàn)即插即用互操作性，并可在同一總線上與DDR DRAM內(nèi)存進(jìn)行運(yùn)行時(shí)互操作。

DDR4 NVDIMM-P總線協(xié)議被設(shè)計(jì)成兼容DDR4，而不是最新、最好的DDR5，因?yàn)镈DR4正在廣泛生產(chǎn)。Hinkle介紹，協(xié)議的下一個(gè)主要迭代將包括對(duì)DDR5的支持。第一次迭代花了三年多的時(shí)間解決這個(gè)問題，其目的是開發(fā)一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)來響應(yīng)行業(yè)需求，并適應(yīng)不同的供應(yīng)商提供不同類型的新興的、持久的記憶，而不是有一個(gè)合適的解決方案。得益于DDR4 NVDIMM-P總線協(xié)議，英特爾最近推出了OptaneDIMM，可以極大的改變服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心處理數(shù)據(jù)集的方式。英特爾的Optane DIMM將使用3DXPoint內(nèi)存，這是一種非易失性內(nèi)存，是NAND和DRAM的融合。其亮點(diǎn)是3DXPoint在斷電后保留數(shù)據(jù)，這意味著它可以作為內(nèi)存和存儲(chǔ)器進(jìn)行尋址，并為許多新的用例做好準(zhǔn)備?！斑@確實(shí)是一種標(biāo)準(zhǔn)方式，我們可以觸摸各種不同類型的內(nèi)存，它具有我們可以支持的所有特征，比如記憶持久性和更高的容量。”

英特爾正在定位DIMM以彌合DRAM和NAND之間的價(jià)格和性能差距，盡管目前還不知道具體的定價(jià)細(xì)節(jié)。但是，預(yù)計(jì)DIMM的價(jià)格遠(yuǎn)低于目前的DDR4 DRAM。

能夠容納各種持久性內(nèi)存的概念并不是一個(gè)新的嘗試。盡管非易失性內(nèi)存主機(jī)控制器接口規(guī)范(NVMe)主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是解鎖NAND閃存作為固態(tài)驅(qū)動(dòng)器(SSD)的性能，此前這一性能受到硬盤驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)的限制，但它也有潛力被用作其他基于持久性存儲(chǔ)器的設(shè)備的接口，如MRAM和OPTANE媒體，而不僅僅是基于閃存的SSD。

CXL的三個(gè)協(xié)議可以單獨(dú)使用，也可以在特定的用例中組合使用，內(nèi)存中的加速器可以支持密集計(jì)算，內(nèi)存緩沖區(qū)可以支持內(nèi)存容量擴(kuò)展和存儲(chǔ)類內(nèi)存。

CXL最近的快速發(fā)展還涉及到內(nèi)存選項(xiàng)(volatile或non-volatile)的靈活性。它由三個(gè)協(xié)議組成，每一個(gè)協(xié)議都可以單獨(dú)或組合使用用于特定的用例，包括支持密集計(jì)算的內(nèi)存加速器或支持內(nèi)存容量擴(kuò)展和存儲(chǔ)類內(nèi)存的內(nèi)存緩沖區(qū)。

延伸閱讀——NVDIMM到底是一個(gè)什么神仙技術(shù)？

在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，處理器CPU主頻增長(zhǎng)及多核的出現(xiàn)使其性能以每年70%的速度在增加，而以DRAM為主流的存儲(chǔ)器性能每年提升約7%，這就導(dǎo)致了所謂的“內(nèi)存墻”出現(xiàn)。應(yīng)用方面，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和一些高性能計(jì)算平臺(tái)迫切需增加內(nèi)存容量。

NVDIMM就是應(yīng)對(duì)這樣挑戰(zhàn)的產(chǎn)物，也正好能夠滿足相關(guān)企業(yè)提升性能的需求。

NVDIMM技術(shù)平衡內(nèi)存與閃存性能差異

處理器與存儲(chǔ)器間的性能差異催生了NVDIMM(Non-Volatile Dual in Memory Module，非易失內(nèi)存模組)的出現(xiàn)。非易失性內(nèi)存指的是即使在不通電的情況下，數(shù)據(jù)也不會(huì)消失。因此可以在計(jì)算機(jī)非正常掉電、系統(tǒng)崩潰或正常關(guān)機(jī)的情況下，保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。NVDIMM技術(shù)平衡了傳統(tǒng)主流內(nèi)存DRAM和非易失介質(zhì)如Flash（閃存）/PCM（相變存儲(chǔ)）之間的性能差。

NVDIMM的誕生一方面解決了內(nèi)存容量的需求，另一方面也解決了DRAM內(nèi)存掉電易失的尷尬。在速度上，NVDIMM介于DRAM內(nèi)存和NAND Flash存儲(chǔ)之間，它兼顧了DRAM訪問速度快和NAND Flash容量大的優(yōu)點(diǎn)。以DRAM為主內(nèi)存的存儲(chǔ)器容量目前在GB級(jí)別，但DRAM具有納秒級(jí)快速訪問的優(yōu)點(diǎn)；與之相對(duì)的NAND Flash SSD存儲(chǔ)容量已經(jīng)達(dá)到TB級(jí)別，而訪問速率卻在微秒級(jí)。

根據(jù)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)化組織的定義,有三種NVDIMM的實(shí)現(xiàn)：

NVDIMM-N

在一個(gè)模塊上同時(shí)放入傳統(tǒng)DRAM和flash閃存。計(jì)算機(jī)可以直接訪問傳統(tǒng)DRAM。通過使用一個(gè)小的后備電源,為在掉電時(shí),數(shù)據(jù)從DRAM拷貝到閃存中提供足夠的電能。當(dāng)電力恢復(fù)時(shí),再重新加載到DRAM中。

NVDIMM-F：基于DDR接口的閃存盤

指使用了DRAM的DDR3或者DDR4總線的flash閃存，本質(zhì)上講可以認(rèn)為是一塊在DDR接口上的SSD。我們知道由NANDflash作為介質(zhì)的SSD,一般使用SATA,SAS或者PCIe總線。使用DDR總線可以提高最大帶寬,一定程度上減少協(xié)議帶來的延遲和開銷。NVDIMM-F的主要工作方式本質(zhì)上和SSD是一樣的。因此它的延遲在10的1次方微秒級(jí)。它的容量也可以輕松達(dá)到TB以上。

還有一個(gè)就是上述的NVDIMM-P。NVDIMM-P實(shí)際上是真正DRAM和flash的混合。它既支持塊尋址,也支持類似傳統(tǒng)DRAM的按字節(jié)尋址。它既可以在容量上達(dá)到類似NANDflash的TB以上,又能把延遲保持在10的2次方納秒級(jí)。

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