非易失性雙列插入式存儲(chǔ)模塊（Non-Volatile Dual In-line Memory Module，簡(jiǎn)稱NVDIMM）將是未來(lái)電腦一個(gè)重要的組成部分，這種無(wú)與倫比的超級(jí)存儲(chǔ)模塊只需一塊電路板即可充當(dāng)內(nèi)存和硬盤(pán)。

多年以來(lái)，硬盤(pán)都是臺(tái)式電腦和筆記本電腦上的瓶頸所在，它緩慢的數(shù)據(jù)存取速度對(duì)系統(tǒng)的性能造成了極大的影響，在加載Photoshop和大型游戲等數(shù)據(jù)量較大的應(yīng)用程序時(shí)，不僅處理器、內(nèi)存和顯示卡無(wú)所事事，甚至用戶都可以稍作休息。固態(tài)硬盤(pán)的出現(xiàn)改變了這種現(xiàn)狀，因而，固態(tài)硬盤(pán)很快就成為了系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器的最佳之選。而一段時(shí)間以來(lái)困擾閃存硬盤(pán)的SATA接口最高傳輸速率600MB/s的限制，現(xiàn)如今也已經(jīng)不復(fù)存在。最新一代的固態(tài)硬盤(pán)能夠使用類似顯示卡的接口，通過(guò)NVMexpress（NVMe）接口以超過(guò)2GB/s的速度傳輸數(shù)據(jù)，電腦啟動(dòng)只需要轉(zhuǎn)眼的功夫。

然而，這一切很快也將不值一提，因?yàn)镹VDIMM將在2016年開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，這種超級(jí)存儲(chǔ)模塊能夠和內(nèi)存一樣快，卻又可以和固態(tài)硬盤(pán)一樣地長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)。NVDIMM的“NV”是“Non-Volatile”的縮寫(xiě)，意思是非易失性，所謂非易失性的存儲(chǔ)介質(zhì)，也就是即使切斷電源，數(shù)據(jù)仍然能夠被保留的存儲(chǔ)介質(zhì)。而“DIMM”是“Dual In-line Memory Module”的縮寫(xiě)，意思是雙列直插存儲(chǔ)模塊，這是一種常見(jiàn)的內(nèi)存模塊技術(shù)術(shù)語(yǔ)。因此，從字面上就可以看出來(lái)，NVDIMM結(jié)合了硬盤(pán)和內(nèi)存的功能。

將來(lái)，當(dāng)我們使用一個(gè)以NVDIMM作為內(nèi)存和硬盤(pán)的電腦時(shí)，電腦啟動(dòng)后一切都將馬上準(zhǔn)備就緒：操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、游戲、文件和文件夾不需要加載，因?yàn)樗鼈儽緛?lái)就在內(nèi)存中，而當(dāng)我們需要離開(kāi)電腦時(shí)，可以直接按下按鈕關(guān)閉電腦。個(gè)人電腦（如果大家仍然選擇這樣稱呼它）將變得非常緊湊，因?yàn)楸举|(zhì)上它只包含一個(gè)CPU和一個(gè)NVDIMM，了不起游戲玩家可以選擇再加上一塊額外的獨(dú)立顯示卡。

超級(jí)存儲(chǔ)模塊標(biāo)準(zhǔn)

2015年電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會(huì)（Joint Electron Device Engineering Council，簡(jiǎn)稱JEDEC）已經(jīng)宣布，NVDIMM將作為一個(gè)單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)亮相。根據(jù)新的標(biāo)準(zhǔn)，這種新的存儲(chǔ)模塊應(yīng)該兼容DDR4內(nèi)存端口，并且以相同的方式在系統(tǒng)中進(jìn)行注冊(cè)。這意味著，NVDIMM將兼容每一個(gè)使用DDR4內(nèi)存的硬件平臺(tái)。這包括SKYLAKE微架構(gòu)，英特爾最新一代的個(gè)人電腦CPU。不過(guò)，最初推出的NVDIMM很可能會(huì)采用LRDIMM結(jié)構(gòu)，這里的“LR”是“Load Reduced”的縮寫(xiě)，表示降低負(fù)載。這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)存和個(gè)人電腦上的內(nèi)存差異在于：LRDIMM設(shè)有額外的緩沖存儲(chǔ)器，這使得存儲(chǔ)模塊有可能以更有效的方式并行處理幾個(gè)存儲(chǔ)和讀出程序。這種結(jié)構(gòu)有利于在更高的時(shí)鐘頻率下工作，并且每個(gè)內(nèi)存模塊可以有更大的容量。但是，除了較為昂貴的Haswell-E高端CPU工作站變種外，個(gè)人電腦主板基本上都無(wú)法支持LRDIMM結(jié)構(gòu)的內(nèi)存模塊。因此，NVDIMM首先將應(yīng)用于服務(wù)器，而不是個(gè)人電腦。

NVDIMM標(biāo)準(zhǔn)還定義了NVDIMM-N和NVDIMM-F兩個(gè)變種，NVDIMM-N型的存儲(chǔ)模塊包含內(nèi)存單元和閃存單元。在掉電或硬件損壞的情況下，閃存單元可以作為內(nèi)存數(shù)據(jù)的一個(gè)備份介質(zhì)。NVDIMM-N可以視為一種擴(kuò)展的內(nèi)存，而NVDIMM-F則將被視為系統(tǒng)內(nèi)的硬盤(pán)，它不包含內(nèi)存單元，只包含閃存單元。這兩個(gè)變種可以用于增強(qiáng)高負(fù)荷計(jì)算的性能，例如涉及大型數(shù)據(jù)集的計(jì)算，如天氣模擬或者高頻率的交易操作。

新的存儲(chǔ)技術(shù)

如果要混合硬盤(pán)和內(nèi)存，則需要有合適的存儲(chǔ)介質(zhì)。內(nèi)存單元存取數(shù)據(jù)的速度非?？?，并且每個(gè)單元的值可以單獨(dú)改變。然而，內(nèi)存的存儲(chǔ)密度不是特別高：一個(gè)DDR4模塊目前最大只有64GB。閃存在這方面有一定的優(yōu)勢(shì)，但是重新寫(xiě)入閃存單元中的操作需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，因?yàn)殚W存是按區(qū)塊逐塊進(jìn)行操作的。一個(gè)區(qū)塊包含幾千字節(jié)，包括數(shù)以千計(jì)的閃存單元。與內(nèi)存相比，刷寫(xiě)閃存單元需要相對(duì)較高的電壓。閃存的主要優(yōu)勢(shì)在于其高存儲(chǔ)密度：最新的技術(shù)可以讓我們建立一個(gè)TB級(jí)SSD的NVDIMM。

十多年來(lái)，研究人員一直在琢磨能夠結(jié)合內(nèi)存和閃存優(yōu)點(diǎn)的存儲(chǔ)技術(shù)，而當(dāng)前有3種新興的存儲(chǔ)技術(shù)最有機(jī)會(huì)脫穎而出：可變電阻式隨機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)（Resistive random-access memory，簡(jiǎn)稱ReRAM或RRAM）、相變存儲(chǔ)技術(shù)（Phase Change Memory，簡(jiǎn)稱PCM）、自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機(jī)存儲(chǔ)器（Spin Transfer Torque RandomAccess Memory，簡(jiǎn)稱STT-RAM）。它們既擁有內(nèi)存的性能，同時(shí)又能夠和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器一樣長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)。但是，目前這些存儲(chǔ)技術(shù)通常僅有原型，還沒(méi)有到正式引入市場(chǎng)的時(shí)候。個(gè)人電腦要使用超級(jí)存儲(chǔ)模塊，第一步還是要看一下2016年夏天開(kāi)始正式推出市場(chǎng)的3D Xpoint，這種由英特爾與美光合作研發(fā)的存儲(chǔ)器將采用上述3種新興存儲(chǔ)技術(shù)之一，但是目前尚不清楚會(huì)是哪一種。不過(guò)，英特爾已經(jīng)宣布3D Xpoint將可以用作NVMe SSD和NVDIMM。

責(zé)任編輯：金雅文jin_yawen@chip.cn

收稿日期：2016-02-17

速度的飛躍

從SATA、NVMe（Non Volatile Memory Express）到現(xiàn)在的NVDIMM，固態(tài)硬盤(pán)的速度越來(lái)越快。在2015年閃存峰會(huì)上，卡利普索系統(tǒng)發(fā)布了兩種固態(tài)硬盤(pán)（SATA和NVMe）和NVDIMM-N類）模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)。

NVDIMM的兩個(gè)變種

NVDIMM-N可以作為DDR4內(nèi)存并包含用于備份的閃存，通過(guò)寄存時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器（Register Clock Driver，簡(jiǎn)稱RCD）和閃存控制器組織和傳輸數(shù)據(jù)。NVDIMM-F則只包含閃存，可以作為SSD。

新的存儲(chǔ)技術(shù)需要同時(shí)擁有閃存與內(nèi)存的優(yōu)勢(shì)

內(nèi)存和閃存各有所長(zhǎng)：內(nèi)存速度快，而閃存可以永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。新的存儲(chǔ)技術(shù)需要融合閃存與內(nèi)存的優(yōu)勢(shì)，目前，有3種新興的存儲(chǔ)技術(shù)可以滿足此條件。