新的持久性内存及技术承诺会重塑计算。在今年的闪存峰会（Flash Memory Summit）上，工程师们谈到了他们如何从服务器设计和网络存储到机器学习及闪存芯片价格等方方面面推动该领域的变革。

今年大会的一个热门话题就是缩小网络上闪存存储阵列与服务器上固态盘（SSD）之间的差距。系统会访问闪存——不管闪存是本地的还是在数据中心中的，这个想法推动着新的系统、芯片和软件设计向前发展。

为了推动这个趋势，NVM Express组织刚刚发布了一项规范，旨在让NVMe闪存接口可以运行在以太网、光纤通道和InfiniBand这样的网络上。这个所谓的NVMe over Fabric规范用于各种方案可直接访问内存。

即将公布的PCI Express Gen 4标准也将推动这个趋势，部分原因是PCIe已经形成了NVMe的通道。Gen 4的速度将把固态盘上老旧的SAS和SATA接口远远甩在后面。最终PCIe预计将在固态盘中占主导，并且成本相对较低。

美光公司高级架构总监Stefanie Woodbury曾经主导设计了该公司基于3D XPoint的固态盘，他指出，这方面已经做了大量工作。考虑到有三种框架，互操作性是非常关键的：多直连内存、各种块、文件和流存储语义——以及新兴的内存类型，例如3D XPoint。

美光公司的Woodbury展示了3D XPoint SSD原型（图片来源：EE Times）

“我在希捷公司的时候，我们推出了首个光纤通道驱动器，这听起来很熟悉，”Woodbury表示。

这个趋势对于全新的闪存控制器设计来说是一个机会，希捷公司首席控制器架构师Tim Canepa这样表示，他之前是在SandForce公司工作。

工程师们并没有通过将SSD和框架控制器打包来创建有效的产品。Canepa表示，我们需要全新的设计，他支出，控制器领域有大量隐身模式的初创公司——其中一些因为市场对于新兴内存类型（例如英特尔/美光的3D XPoint）的需求而得到关注。

其他芯片和系统初创公司也在今年的闪存峰会上展示了他们的装备。Kalray展示了有288个定制VLIW核心的处理器运行NVMe over Ethernet基于2.0版本的直连内存访问方法。

在系统层面，Mangstor展示了他们的双插槽服务器，集成了闪存和Mellanox网卡。但是该公司表示，他们针对NVMe over Fabrics的软件是在SNIA规范推出前公布的，这是他们的秘密武器。

竞争相当激烈。今年大会上E8 Storage凭借自己的闪存阵列赢得了一个奖项，该阵列提供了惊人的1000万IOPS，同时支持在NVMe上100us读和50us写。

 

NVXL加速器把一个Altera FPGA放在了一个SSD中。

为什么在你可以驾驭两个趋势的时候只驾驭热门的那一个？这就是很多把闪存添加到加速器的产品背后的理念。

BitMicro展示了在SSD上封装英特尔Arria X的NVXL以用于机器学习的算法。这家初创公司的关键技术就是软件，以及将用户在高级Spark数据分析项目中写入连接到低层级FPGA硬件的API。

该公司正在致力于开发一种ASIC，希望明年可以在SSD出货采用这种技术。FPGA版本最早会在今年秋季出来样品。

加速器被打包在一个PCIe Gen3 SSD中，这样用户就可以添加很多个联合处理器到服务器中，只要有充足的PCIe插槽。他们甚至可以构建定制阵列，最多配置24个这样的驱动器。

东芝开发了它自己的混合阵列和加速器Flashmatrix。

东芝决定自己开发这种混合阵列/加速器阵列。东芝的Flashmatrix（上图）封装了24个英特尔Atom 2758处理器（每个有8个核心）和48个Xilinx FPGA到一个2U系统内，该系统有24TB闪存。

这个1.3千瓦的系统目标是运行一系列挑战不那么大、瞄准边缘网络的数据分析任务。这次大会展示的原型使用的是东芝eMMC闪存，但是未来的产品将会采用BiCS闪存。

华为的目标是让多个这样的系统从新的软件堆栈（如下图）开始，可以处理闪存或者任何新型内存。华为首席研究员Balint Fleischer预测，未来将会有一种联合处理器介于大量DRAM和大量驱动器之间，用于处理专门针对特定新应用的内存中的数据。

“我们将以一种类似数据联合处理器的功能块，带有高速引擎用于I/O功能，”Fleischer在谈话中表示。“这种功能可以迁移到CPU本身，”他补充说。

毫无疑问，英特尔将在一年一度的开发者论坛上推出类似的概念，也是自它收购Altera以来首次推出。

的确，这次闪存峰会上有很多人说，主内存与存储之间的界限越来越模糊，未来还会有更多闪存和新型内存。内存已经在计算机设计中打开了新的理念，这将重塑写应用的任务方式。

华为开发了在一种软件堆栈，可以为支持存储级内存的联合处理器提供强大支撑。

SNIA展示了来自4家做得还不错的厂商的NVDIMM。

存储网络行业协会（SNIA）展示了让双带内内存模块与DRAM及闪存（也就是NVDIMM）很好地配合方面取得的进展。它展示了来自Agiga、美光、Netlist以及Smart Modular的NVDIMM，运行在一台服务器上（如上图）。

这并不是第一次有这样的展示，但是有了来自SNIA的标准工作就变得轻松多了，处理BIOS以及处理应用层任务的pmem开源代码。这样软件的负载就不那么重了，厂商希望这个市场将从现有的小规模，开始服务于一些网络设备以及大型数据中心。

Netlist在今年闪存峰会上展示了自己的HybridDIMM（如下），封装了8GB DRAM、256GB闪存以及2个Xilinx FPGA。它宣称，该卡将打破其他厂商对NVDIMM定义的局限性，可应对各种读取密集型应用。Netlest展示了该卡运行在联想和超微的服务器上，并称将会在今年年底前提供样品。

当前的NVDIMM软件将有助于为新型内存铺平道路。Objective Analysis分析师Jim Handy表示，他认为英特尔的3D XPoint DIMM将利用现在不少新软件所采用的接口来处理芯片不断变化的访问时间。

英特尔已经正在将新指令写入自己的x86处理器以应对3D XPoint内存，Handy说。Linux和Windows操作系统将支持新的缓存技术，SNIA也将针对永久性内存制订编程标准。

现在，该行业正需要为此编写大量的应用代码。

Netlist宣称自己的HybridDIMM打破了现有NVDIMM的限制。

多年来，专家预测将会有大量新型内存将介于DRAM和NAND之间，即使到了今天，这种猜测依然存在。

多年来IBM一直在相变内存方面处于领先地位。ARM据称将会涉足CeRAM。各种MRAM也正在积极进入市场。

甚至在今年详细说明了自己3D NAND将在DRAM和NAND之间拉开差距的三星也表示将会在这个领域有所动作。但是在今年的闪存峰会上，3D XPoint是为一个观察者们认为短期内会给市场带来冲击的技术。

“未来10年还会有一两项技术会进入市场，”分析师Handy说。但是当被问及另外一项与XPoint比肩起飞的技术，他说，“我还没有听说任何具有这种影响力的技术”。

对于Marvell来说，它显然将这个领域视为自己最后一级缓存概念的控制器的一个机会。“他们非常关注内存层，我们将会进入到一个其他人都在关注内存层的年代，”Handy表示。

的确，Marvell首席技术官吴子宁展示了最后一级缓存概念以及用于下一代灵活内存控制器的Mochi内联技术。存储级内存需要一种新的硬件缓存引擎，这可能会生成数百万的数据点，需要在纳秒级的时间内处理，他表示。

这样的引擎应该支持多Gb缓存和16Kb缓存线，应该有针对低命中率的设计，以及低开销处理的CAM，在不到10个时钟周期内处理操作。

吴子宁没有说他是否会针对3D XPoint开发这种控制器。不过他说，“我们的控制器将会在大量存储级内存之前做好准备。”

工程师们在西部数据的展台上谈论ReRAM理念。

西数公司（现已收购SanDisk）内存技术负责人Siva Sivaram认为，西数的电阻式RAM将是未来的一股热潮，而不是XPoint。他说，ReRAM技术将会在2020年出货。

“XPint并不是适合未来的技术，”Sivaram在一次谈话中表示。“我们承诺ReRAM是可扩展的，相比XPoint有更高的密度、更低的成本和延迟，以及更高的耐用性。”

“随着时间的推移，我们可以开发出一种带有ReRAM技术的通用内存，”他补充说。“我们已经评估了所有选择，决定着是我们要走的方向，”他说。

从他所说的话中可以看出，这对于全球最大的存储公司来说是一件重要的事情。但是，西数目前主要的业务仍然是基于硬盘的。

另一方面，像Crossbar这样的小型初创公司正在开发他们自己的技术。

中国的SMIC公司已经将Crossbar的这样技术带入自己的40纳米制程工艺中。一位公司发言人表示，多个设计方将会在明年推出采用1-8 Mb内置Crossbar内存块的微控制器级SoC，因为它相比内嵌闪存的功能更低、性能更高。

与此同时，Crossbar正在与其他代工厂合作，打造28纳米和40纳米节点的产品。

Crossbar展示了用SMIC 40纳米晶圆制造的内存。

今年的闪存峰会恐怕会因为美光推出备受瞩目的3D XPoint产品给人们留下深刻印象。在主题演讲、谈话、展台采访以及鸡尾酒晚会上，美光都在庆祝自己的Quantx SSD（将在明年提供样品）取得的胜利。

一位资深的系统架构师谈到了XPoint以及新型内存的重要性。.

“在我职业生涯的前15年，我认为处理器和指令集架构是最重要的事情，现在我认为将数据迁移进和迁移出计算机是最重要的，”美光高级计算副总裁Steve Pawlowski在一次谈话中这样表示。

Pawlowski曾经在英特尔工作多年，设计从386到Haswell系统。研究未来百亿亿级超级计算机的需求，这让他敏锐地意识到内存瓶颈的重要性，内存瓶颈会“吃掉”如今全球最大规模系统的大部分周期。

他说，他正在于大学、国家实验室和计算机制造商合作，把内存放在未来采用XPoint计算机架构的中心。百亿亿级系统将需要将功耗降低至每个操作25皮焦耳，对新型内存接口的需求，迫使美光“正在与一家有价值的客户”合作开发工作。

美光公司的Pawlowski谈到以内存为中心的计算机系统结构。

此外他还指出，他“在过去三年中已经成为了NVNDIMM的粉丝……起初我认为这种技术只是昙花一现。”

美光研究人员在DRAMA中看到的性能异常问题，是推动3D XPoint相关工作的一个动力。

“我们预计在我们看到它之前会有两代工艺，因此我们开始了围绕XPoint的工作，”他说。“DRAM还将会存在一段时间，我们将会找到修复问题的方法，但是DRAM会变得越来越昂贵……从现在开始的未来20年内，都很难在每比特成本方面打败NAND。”

展望未来，软件将成为以新型内存为核心的计算架构的瓶颈，他这样表示。XPoint让这个行业步入了一条通向新软件生态系统的道路，但是任何新的架构“都需要经过两次夏季奥运会的时间周期”逐渐成熟，他打趣说。

如今，美光正在与一个奥斯汀的团队合作为XPoint配置应用，该团队也在探索如何使用XPoint SSD。“我认为将会有针对现在和未来内存的应用……一旦开发者们有了硬件，软件方面就应该开始考虑这些问题了。”

芯片制造商面对着让3D NAND投入量产的棘手挑战，Handy表示。

关于3D XPoint被用于硬件设备的时间，这个行业可能会突然被淹没在3D NAND中。随着这个行业正在快速远离盘片式的NAND，这会导致价格大幅跳水，出现供过于求的情况，Handy表示。

只有三星和美光在今年批量出货了3D NAND。其他将会提供样品，解决各种挑战来制造这种芯片（如上），Handy表示。他预测所有厂商都将努力推动让成本到2018年年中降低到每GB只有3美分。

在这一点上，他们将把晶圆转向远离盘片式工艺，出现供过于求的情况。他猜测这不会立即影响到SSD的采用。市场对容量和性能的要求将推动对这种驱动器的需求，不会像市场价格那样出现大幅波动，他补充说。

三星表示，他们的64层V-NAND将会大幅降低成本，借助它开发的一种新型扇出封装。

三星踏上3D NAND是从2013年在闪存峰会上宣布首款产品开始的。从那时候开始，三星每一年分别展示了32层、48层和今年的64层版本。

今年组织者给三星电子公司总裁Kinam Kim颁发了成就奖。Kim表示，2003年他作为三星芯片研发部门的负责人时第一次看到盘片式闪存的局限性，并要求就新的电荷捕获技术展开相关工作。

“由一个大型团队十多年的坚定努力让这变成了可能，”他说，他承诺未来会推出超过100层的版本。

Kim做了他分内的工作，到目前为止发表了480片技术论文，多篇论文发表在《科学与自然》上，获得超过130项专利。“目前对闪存的需求正在推动着半导体行业实现新的繁荣，”他说，他称当前的移动时代“是电子行业最大的变革”。

三星希望借助自己变体版3D闪存——Z-NAND来打败3D XPoint。

原文发布时间为：2016年8月15日

本文作者：杨昀煦

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