速度提升275倍！IBM苏黎世研…

原文地址：速度提升275倍！IBM苏黎世研究院存储级内存的新突破作者：IBM中国

作者：Chris Sciacca , IBMCommunications.

 

Ioannis Koltsidas，IBM研究院从事存储系统研究的人员

 

忒修斯是希腊神话中一个以力量、勇气和智慧而著称的大英雄。因此，IBM在苏黎世的一个希腊科学家团队和来自希腊帕特雷大学的一位教授用“忒修斯”来命名一项开创性的新内存技术，该技术将闪存与相变内存(PCM)结合于PCI-e卡。初步试验表明，这两种内存分别获得了12倍和275倍的改进，这可不是神话。

虽然闪存已经普及于从USB到数据中心的所有领域，但相对而言，PCM仍然不为人知。

 

上世纪70年代，相变材料首次被建议用于内存，作为该技术的前提条件，相变材料展现出两个亚稳态，当被置于两个导电电极之间时可用于存储数据。在对相变材料施加大电流或中电流时，可对其进行编程，可以在非晶相写入‘0’或者在晶相写入‘1’。然后通过施加小电流可读出晶胞中的数据。相变材料的一个例子是蓝光光盘。

 

但IBM科学家对相变材料有更大的计划，不仅是用来存储电影而已。他们将其视为整体存储层级体系的一个关键部分，来提高企业级系统存储和分析大数据的速度和持久性。

 

审视内存现状，我们会发现不管是历史悠久的DRAM、传统的硬盘驱动器，还是流行的闪存，它们都有各自的局限。IBM科学家BobDennard在1966年发明的DRAM是一匹“驮马”，特别能够吃苦耐劳，但它在超出25纳米时会遇到困难且每GB价格昂贵。不仅如此，DRAM耗电量大，而且属于易失存储器，所以当您拔出设备时，会失去一切数据。

 

任何在PC伴随下长大的人都熟悉硬盘驱动器(HDD)。HDD是机械性的，这使它们只适用于某些应用。另外，它们会消耗大量能源且其正规化I/O吞吐量(IOPS/GB)在数量级上小于其他内存技术，并且持续递减。

 

由于上述技术的局限，闪存在上世纪80年代问世时彻底改变了存储层级体系，并帮助推动了消费技术市场的成长——便捷式音乐播放器、USM存储棒和智能手机如雨后春笋般涌现。

 

但是，闪存自身的可伸缩性也存在问题，在大幅扩容时，闪存的性能和耐用性得分都较低。例如，目前的消费级多级信元 (MLC)闪存以3,000个读/写周期为上限。这意味着USB存储棒在重写3,000次后就会出现性能下降，如丢失数据或出现错误。用于云数据中心的企业级MLC闪存在复杂的损耗均衡和收集算法的支持下具有更大的扩展能力。

 

PCM在吞吐量和延迟方面优异和可预测的性能、以及高耐用性和可伸缩性，赋予PCM大展身手的机会。例如，与闪存相比，PCM能够耐受至少1,000万个写入循环，但不要期望PCM会取代闪存，二者将会共存。

 

IBM科学家最近于加利福尼亚州圣地亚哥举行的2014非易失性存储器国际研讨会上首次演示了一种混合存储及高速缓存子系统，代号为“忒修斯项目”。令人瞩目的成就是系统使用的是两年前的PCM芯片原型。

 

IBM科学家IoannisKolsidas解释说：“这些技术具有互补性，所以忒修斯项目才如此重要。我们采用了两种截然不同的内存技术，并让它们在目前任何PC或笔记本电脑上都有的PCI-e总线上发挥作用，这使它们从演示到部署又迈进了一步。”

 

测试过程中，PCI-e卡展现出非凡的结果。在写入延迟方面，它在240微秒（1微秒等于百万分之一秒）内完成了99.9%的请求。对企业级PCI-e闪存卡和消费级闪存SSD进行同一实验，完成同样的99.9%的请求所需的时间，则分别延长了12倍和275倍。

 

Ioannis及其同事已经在从事有关该PCI-e卡的2.0版的工作，他们希望利用最新的PCM芯片获得更快的性能。

通过这项研究和其他研究，该团队预期PCM有望在2016年进入市场，用于企业级应用，如云计算和大数据分析。随着故事的继续，“忒修斯”将能像英雄忒修斯那样单枪匹马就轻易战胜各种“人身牛头怪”，因此大数据应当是小菜一碟吧。