隨著 DRAM 內(nèi)存容量和頻率的持續(xù)增長，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)會宣布的最新第一代協(xié)議是由對DRAM容量和帶寬的需求增加，以及在計算系統(tǒng)中附加新興的持久內(nèi)存的靈活方法所驅(qū)動的。NVDIMM-P 內(nèi)存能夠在意外斷電時保留原有數(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)組標準化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)計工程師能夠?qū)DR的訪問速度與非易失性存儲器的可靠性和容量相結(jié)合，以改進數(shù)據(jù)管理。

該標準的關(guān)鍵目標是找到一種在運行時像DRAM一樣附加和利用各種持久性存儲器的方法，如磁阻隨機訪問存儲器(MRAM)、電阻隨機訪問存儲器(ReRAM)和相變存儲器(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)議的一個示例實現(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)計工程師能夠?qū)DR的訪問速度與非易失性存儲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：支持擴展的內(nèi)存尋址功能。
支持即插即用：在電腦開機時可以直接插入標準的雙列內(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)的部分目標是減少數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)的移動距離，并將其轉(zhuǎn)移到最適合工作負載的媒體上。“新的存儲類型有不同的特點，我們想要低延遲，非常快地訪問，但新存儲不一定遵循與DRAM相同的規(guī)則。”

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。“我們需要在新協(xié)議中加入靈活性。“我們的目標是確保任何新出現(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。“我們努力使它能讓你從非常快的存儲中得到非常快的反應(yīng)。”

該協(xié)議還支持擴展內(nèi)存尋址，以允許更高的內(nèi)存容量，以及通過標準雙重內(nèi)嵌式內(nèi)存模塊(DIMM)插座實現(xiàn)即插即用互操作性，并可在同一總線上與DDR DRAM內(nèi)存進行運行時互操作。

DDR4 NVDIMM-P總線協(xié)議被設(shè)計成兼容DDR4，而不是最新、最好的DDR5，因為DDR4正在廣泛生產(chǎn)。Hinkle介紹，協(xié)議的下一個主要迭代將包括對DDR5的支持。第一次迭代花了三年多的時間解決這個問題，其目的是開發(fā)一個開放的標準來響應(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)存和存儲器進行尋址，并為許多新的用例做好準備。“這確實是一種標準方式，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之間的價格和性能差距，盡管目前還不知道具體的定價細節(jié)。但是，預(yù)計DIMM的價格遠低于目前的DDR4 DRAM。

能夠容納各種持久性內(nèi)存的概念并不是一個新的嘗試。盡管非易失性內(nèi)存主機控制器接口規(guī)范(NVMe)主要設(shè)計目標是解鎖NAND閃存作為固態(tài)驅(qū)動器(SSD)的性能，此前這一性能受到硬盤驅(qū)動器架構(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的三個協(xié)議可以單獨使用，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算，內(nèi)存緩沖區(qū)可以支持內(nèi)存容量擴展和存儲類內(nèi)存。

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

延伸閱讀——NVDIMM到底是一個什么神仙技術(shù)？

在計算機體系結(jié)構(gòu)中，處理器CPU主頻增長及多核的出現(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，云計算、大數(shù)據(jù)和一些高性能計算平臺迫切需增加內(nèi)存容量。

NVDIMM就是應(yīng)對這樣挑戰(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)也不會消失。因此可以在計算機非正常掉電、系統(tǒng)崩潰或正常關(guān)機的情況下，保持數(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）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存儲之間，它兼顧了DRAM訪問速度快和NAND Flash容量大的優(yōu)點。以DRAM為主內(nèi)存的存儲器容量目前在GB級別，但DRAM具有納秒級快速訪問的優(yōu)點；與之相對的NAND Flash SSD存儲容量已經(jīng)達到TB級別，而訪問速率卻在微秒級。

根據(jù)JEDEC標準化組織的定義,有三種NVDIMM的實現(xiàn)：

NVDIMM-N

在一個模塊上同時放入傳統(tǒng)DRAM和flash閃存。計算機可以直接訪問傳統(tǒng)DRAM。通過使用一個小的后備電源,為在掉電時,數(shù)據(jù)從DRAM拷貝到閃存中提供足夠的電能。當電力恢復(fù)時,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。它的容量也可以輕松達到TB以上。

還有一個就是上述的NVDIMM-P。NVDIMM-P實際上是真正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到類似NANDflash的TB以上,又能把延遲保持在10的2次方納秒級。

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