非易失性存储一览

 

2016-10-16 朱洁 大数据和云计算技术

RAM：随机存取存储器（random access memory，RAM）又称作“随机存储器”，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。

 

内存速度非常快，但是同时也有一个特性就是易失性，当电源关闭时RAM不能保留数据。如果需要保存数据，就必须把它们写入一个长期的存储设备中（例如硬盘）。

 

硬盘虽然非易失性，但是速度非常慢。所以硬盘和内存之间就有非常多的非易失性存储，一直在发展。今天简单梳理下常见的：

 

SSD :

 

固态硬盘（Solid State Drives），简称固盘，固态硬盘（Solid State Drive）用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。

 

NVDIMM：

 

non-volaitle dual inline memory module,一种集成了普通DDR RAM + 非易失性FLASH芯片的内存条。在系统异常掉电时，NVDIMM借助其后备超级电容作为动力源，在短时间内将数据放入flash芯片，从而永久保存内存中的数据。相比其他介质的非易失性内存，NVDIMM已逐步进入主流服务器市场，micron，viking，AGIGA等国外内存厂商皆以推出自己的NVDIMM。

 

3D Xpoint:

 

3D Xpoint抛弃了在NAND芯片的核心-----晶体管。 NAND的工作原理是运动的电子来回在称为其“浮动栅”的晶体管来回跑到，来表示二进制代码的零与一。 这种技术的一个问题是，它不能在一个时间从新单个比特的数据。需要较大的信息块被擦拭，然后重写以合并更改。

 

3D XPoint的工作原理与NAND存在着根本性的不同。NAND通过绝缘浮置栅极捕获不同数量的电子以实现bit值定义，而3D XPoint则是一项以电阻为基础的存储技术成果，其通过改变单元电阻水平来区分0与1。 

 

3D XPoint的结构非常简单。它由选择器与内存单元共同构成，二者则存在于字线与位线之间(因此才会以‘交叉点’来定名)。在字线与位线之间提供特定电压会激活单一选择器，并使得存储单元进行写入(即内存单元材料发生大量属性变化)或者读取(允许检查该存储单元处于低电阻还是高电阻状态)。我猜测，写入操作要求具备较读取更高的电压，因为如果实际情况相反，那么3D XPoint就会面临着上在读取存储单元时触发大量材料变化(即写入操作)的风险。

 

 

 

上图是对比各种介质之间的延迟，3d xpoint的延迟在10ns级别，总的来说，而3D XPoint架构其实是一种大容量存储技术，虽然比DRAM要慢，但它比DRAM要便宜，比NAND要快，但是比NAND要贵，最重要的是它是非易失性的。所以，断电之后数据不丢失。 

 

就基于3D XPoint的产品来讲，其最为立竿见影的应用方式就是在DRAM与SSD之间充当新的存储层。在计算科学发展的历史长河当中，存储与处理器之间的其它层级一直在不断出现——芯片内多级缓存、芯片外缓存、以及SSD缓存等等——而3D XPoint内存将充当这一体系当中的另一种新型存储介质，从而弥合DRAM与现有高速非易失性存储方案之间的空白区域。通过将3D XPoint作为另一种缓存层，这项技术将被应用于未来的高速应用程序（最典型就是数据库应用，缓存应用）当中，从而克服目前内存容量或者存储延迟给这类应用造成的拖累。

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