Memória da classe de armazenamento: a próxima revolução

Um dos maiores temas das conferências de tecnologia de hardware deste ano é que estamos à beira de uma mudança drástica na maneira como os sistemas armazenam e acessam dados. Certamente, vimos a memória ficar mais rápida com o tempo e vimos o armazenamento em flash suplementar ou até substituir os discos rígidos em muitos aplicativos, mas a nova "memória de classe de armazenamento" promete uma mudança ainda mais fundamental. Este tópico vem ganhando atenção em muitas conferências este ano, à medida que nos aproximamos dos produtos de remessa Intel e Micron com base na memória 3D XPoint. Foi um grande tópico no Flash Memory Summit da semana passada.

Durante anos - praticamente desde o início da computação - tivemos duas maneiras básicas de armazenar as coisas. O armazenamento de curto prazo é rápido, relativamente caro e volátil, ou seja, quando a energia acaba, os dados desaparecem. Isso tem sido principalmente a memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM), e a quantidade que você pode anexar a um computador é limitada. Além disso, praticamente desde o início das CPUs baseadas em transistor, também tivemos memória SRAM (estática de acesso aleatório) incorporada à própria CPU, que é ainda mais rápida, ainda mais cara e disponível em quantidades relativamente pequenas. Também tivemos armazenamento persistente - cartões perfurados, fitas, discos rígidos ou armazenamento flash, que é muito mais barato, mas também muito mais lento e normalmente disponível em uma capacidade muito maior.

O "santo graal" para a indústria da memória seria criar algo que tenha a velocidade da DRAM, mas a capacidade, o custo e a persistência da memória flash NAND. Isso permanece apenas uma idéia, no entanto. Fantasia. A mudança do SATA para interfaces mais rápidas, como SAS e PCI-Express, usando o protocolo NVMe, tornou os SSDs muito mais rápidos, mas nem perto da velocidade da DRAM. Os DIMMs não voláteis (NV-DIMMs), que colocam a memória flash no barramento de memória mais rápido, estão tentando preencher a lacuna enquanto o trabalho continua em formas emergentes de memória, como o 3D XPoint e outros dispositivos de mudança de fase, ReRAM (RAM resistiva) e STT-MRAM (RAM magnética de torque de transferência de rotação).

No Flash Memory Summit, parecia que quase todos os oradores estavam mostrando um gráfico falando sobre como a nova "memória de classe de armazenamento" ou "memória persistente" se encaixava na hierarquia de armazenamento em um sistema. Isso inclui a SNIA (Storage Network Industry Association) no slide acima e a Western Digital na parte superior da postagem. (Observe que ninguém está falando sobre fita ou mesmo Blu-Ray usado para armazenamento de arquivo). A SNIA está adotando um padrão para NV-DIMMs como algo que pode ser adicionado aos sistemas atualmente. Isso deve ser um padrão do setor com várias tecnologias subjacentes diferentes. Ele poderia ser usado com uma combinação de flash NAND e DRAM com bateria hoje, por isso seria tão rápido quanto DRAM, mas ainda persistente, se mais caro que DRAM.

O candidato mais óbvio para uma grande quantidade de memória persistente no curto prazo é a memória 3D XPoint, uma memória de mudança de fase que está sendo desenvolvida pela Intel e Micron.

A Intel havia dito anteriormente que esperava vender SSDs Optane com essa memória até o final do ano sob a marca Optane com DIMMs apresentando a tecnologia algum tempo depois. Na feira, a Micron anunciou que marcaria seus produtos com o nome QuantX e se concentraria no padrão NVMe para conectar essas unidades ao sistema principal. A Micron disse que suas unidades podem fornecer mais de 10 vezes o número de operações de entrada / saída (IOPs) do que o NAND e fornecer mais de 4 vezes a área de memória da DRAM.

A Intel fez uma apresentação detalhando as vantagens do padrão NVMe, observando que a sobrecarga dos barramentos SAS e SATA tradicionais para discos rígidos se tornou um gargalo no desempenho do SSD; e como a mudança para o novo padrão de conexão teria uma boa melhoria de desempenho para os SSDs NAND flash tradicionais, mas foi crucial para as novas memórias, pois elas são muito mais rápidas.

Nem a Intel nem a Micron forneceram capacidades ou preços exatos ainda, mas já falaram no passado sobre como deveria ser, eventualmente, entre os preços de flash DRAM e NAND. Vários analistas especularam que o custo de fabricação do 3D XPoint atualmente é realmente mais alto que o DRAM, mas a maioria acredita que isso mudará se a tecnologia puder atingir um volume alto o suficiente.

Existem outras tecnologias que tentam se tornar memórias alternativas tradicionais.

Atualmente, o STT MRAM existe em pequenos volumes, usado principalmente em ambientes muito especializados, que exigem memória muito durável e duradoura em quantidades bastante pequenas. Hoje, essa memória oferece gravações muito mais rápidas que a NAND, mas com capacidade muito limitada, apenas até 256 megabits. Para comparação, os fabricantes da NAND estão falando sobre chips de 256Gb e 512Gb (ou 64GB). A Everspin prometeu uma versão de 1 GB até o final do ano. É fácil imaginar isso ficando mais popular, mas a capacidade provavelmente não é suficiente para implantação em larga escala.

A Fujitsu discutiu a memória de acesso aleatório ferrorelétrico (FRAM), essencialmente um tipo de RAM não volátil, mas isso só foi mostrado em densidades muito pequenas.

Várias empresas estão trabalhando em variantes de RAM Resistiva (ReRAM), e de fato essa é a tecnologia que a WD (que agora inclui o que costumava ser SanDisk) disse parecer mais promissora para a memória da classe de armazenamento. Mas não está claro quando essas tecnologias chegarão ao mercado.

Um grande problema enfrentado por todos esses tipos de memórias é o desenvolvimento de sistemas que podem realmente tirar proveito delas. Os sistemas atuais - de aplicativos a sistemas operacionais e interconexões entre sistemas de memória - são projetados para a divisão tradicional entre a memória operada com cargas e armazenamentos e o armazenamento persistente programado em blocos. Tudo isso terá que mudar para que qualquer uma dessas tecnologias se torne popular. Vários palestrantes discutiram possíveis aplicativos iniciais, com a Huawei falando sobre computação cognitiva e a Micron discutindo aplicativos de serviços financeiros - os quais tendem a querer grandes quantidades de dados em memória relativamente rápida.

Será fascinante ver como isso se desenrola nos próximos anos.