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富士通首席技術(shù)官Dr Joseph Reger

閃存僅僅是我們發(fā)展內(nèi)存存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)中間站——富士通首席技術(shù)官Joseph Reger博士近日提出了這個(gè)觀點(diǎn)。

按照富士通科技解決方案的首席技術(shù)官Joseph Reger博士的說法，閃存目前正面臨一些無法解決的問題。他表示，閃存的密度正在不斷增加，但是這是以犧牲讀取和寫入數(shù)據(jù)的能力換來的。隨著制造工藝的提高，閃存的耐久性正呈反比地下降，比如，當(dāng)MLC多層單元閃存的數(shù)量級(jí)從2-bit到3-bit再到4-bit，其耐久性卻是1/2到1/3再到1/4的下降，他們正面臨速度和耐久性的矛盾。

閃存——注定只是過客？

盡管在此之前，eBay已經(jīng)將傳統(tǒng)的存儲(chǔ)陣列中大約100T的機(jī)械硬盤更換為SSD固態(tài)硬盤，同時(shí)帶來的效果也是顯著的——其存儲(chǔ)機(jī)架空間減少了50％，功耗下降了78％，I/O性能提升了5倍，部署一個(gè)新虛擬機(jī)的速度提高到5分鐘，而在以前這需要45分鐘。

但是這一切，在Reger看來是不夠的。

“你可以將控制芯片變得智能，比如SandForce公司就做得不錯(cuò)。但這也沒有根本解決問題，只是表面解決了問題，閃存不是終點(diǎn)而只是一個(gè)中間階段。”Reger表示，隨著時(shí)間的推移，閃存技術(shù)將成為歷史。我們需要另外探索一組新的技術(shù)，以得到一個(gè)存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)中的新存儲(chǔ)層。

在Reger看來，理想的存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)為——從一種類型跨越到另一種類型時(shí)，訪問速度應(yīng)成數(shù)量級(jí)的躍升。時(shí)間上來看，相比于其他競(jìng)爭(zhēng)者（如HP的Memristor技術(shù)），PCM（相變存儲(chǔ)Phase Change Memory）才是最能夠代表下一代存儲(chǔ)趨勢(shì)的技術(shù)。

SandForce SSD控制芯片

值得注意的是，如果閃存最終被諸如相變內(nèi)存和其他存儲(chǔ)技術(shù)所替代，那么如SandForce和Anobit這些專注于閃存存儲(chǔ)技術(shù)的科技創(chuàng)業(yè)公司將陷入困境。他們的技術(shù)解決了目前閃存存儲(chǔ)面臨的一些問題，但如果閃存技術(shù)被淘汰那他們的技術(shù)也將不再具有價(jià)值。

此外，盡管現(xiàn)在所有的閃存陣列都代表頂尖的優(yōu)化技術(shù)并且會(huì)蓬勃發(fā)展一段時(shí)間，但現(xiàn)今它們存在著大規(guī)模共享的問題。如果我們面對(duì)龐大規(guī)模的SAN和NAS組成的數(shù)據(jù)倉庫時(shí)，閃存存儲(chǔ)并不是這些應(yīng)用的最佳選擇。

PCM才是未來？

1960年，美國發(fā)明家Stanford Ovshinsky博士發(fā)現(xiàn)了一些玻璃在相變時(shí)電阻也會(huì)發(fā)生變化，而這種電阻變化是可逆的；幾年后，他又發(fā)現(xiàn)一些材料在表現(xiàn)為不同的相時(shí)，對(duì)激光的反射率也有不同。這些發(fā)現(xiàn)意味著人們可以通過電流或者激光來測(cè)出物質(zhì)的相，也帶來了存儲(chǔ)設(shè)備開發(fā)的新思路——這就是相變內(nèi)存。

現(xiàn)在相變存儲(chǔ)器的通用設(shè)計(jì)是把一層GST夾在頂端電極與底端電極之間，并且由底端電極延伸出的加熱電阻接觸GST層。電流注入加熱電阻與GST的連接點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生的熱量會(huì)引起相變，相變后的材料性質(zhì)由電流、電壓和時(shí)間決定，可以用較強(qiáng)的電流寫入，用較弱的電流讀取。

這種存儲(chǔ)裝置有許多優(yōu)勢(shì)。它的使用壽命達(dá)到1000萬次寫入周期，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于企業(yè)級(jí)閃存芯片的3萬次；它可以存儲(chǔ)的最小單位是1位，這也是人們用來計(jì)量數(shù)據(jù)的最小單位。它不像內(nèi)存那樣需要持續(xù)的電流供應(yīng)才不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，讀取和寫入的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過閃存，而帶寬卻能夠與內(nèi)存媲美。無論怎么看，它都像是人們想要的那種存儲(chǔ)設(shè)備。

但是，目前依然還有困擾著相變存儲(chǔ)器發(fā)展的問題：它的每個(gè)存儲(chǔ)單元只能存儲(chǔ)一位，成本不低而容量不高，目前只是小規(guī)模地適用于手機(jī)上，還不適合用于計(jì)算機(jī)。

全閃存陣列

NAND工藝和時(shí)間對(duì)照表

再來看看目前的閃存，像Nimbus、Violin和華為賽門鐵克等廠商全閃存陣列產(chǎn)品的目的是為磁盤密集型I/O應(yīng)用提供服務(wù)。閃存的控制芯片經(jīng)過軟件優(yōu)化。當(dāng)然，硬盤存儲(chǔ)控制器也會(huì)做軟件優(yōu)化。但是，這兩個(gè)代碼堆將帶來全閃存陣列和硬盤驅(qū)動(dòng)器陣列的管理問題。比如這意味著需要某種位于閃存陣列和硬盤陣列的之上的抽象層，每個(gè)類型的存儲(chǔ)細(xì)節(jié)在堆棧中是隱藏的。

海量的固態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

對(duì)于閃存未來，我們的看法是，全閃存陣列的優(yōu)勢(shì)將帶來閃存陣列的操作和管理以及磁盤陣列的操作和管理之間的矛盾。每一次制程的減小和單元級(jí)位數(shù)的增加都會(huì)帶來閃存耐用性、速度和錯(cuò)誤處理的新問題。但這有益于大規(guī)模閃存陣列未來的發(fā)展，大到足以容納整個(gè)應(yīng)用程序及其數(shù)據(jù)在內(nèi)存之中。

例如陣列中有一個(gè)潛在硬盤驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)，由于沒有要求寫入數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)，這將帶來一個(gè)新的矛盾。此外由于這些數(shù)據(jù)是非重要性的內(nèi)容，還需要將內(nèi)容復(fù)制到磁盤嗎？也許答案是肯定的，因?yàn)殚W存和固態(tài)存儲(chǔ)將替代在線存儲(chǔ)，磁盤則作為近線存儲(chǔ)和離線的存儲(chǔ)庫。磁盤的成本優(yōu)勢(shì)是無與倫比的。

大型閃存陣列開啟了內(nèi)存架構(gòu)的大門，這將堅(jiān)定未來會(huì)有一種技術(shù)取代閃存，無論是那種。沒有永久不變的技術(shù)，閃存技術(shù)為固態(tài)存儲(chǔ)和非易失性技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，并在未來有可能徹底改變我們處理、管理和保護(hù)大量數(shù)據(jù)的方式。

未來依然是混合的存儲(chǔ)介質(zhì)

Reger正在關(guān)注一種即將到來的新的存儲(chǔ)體系架構(gòu)和類似用途的數(shù)據(jù)庫。如何對(duì)待數(shù)據(jù)訪問成為了我們的挑戰(zhàn)。不需要使用以磁盤訪問為基礎(chǔ)的技術(shù)思想，例如分頁，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫可能在此方面更加智能。

在不遠(yuǎn)的將來，我們可以簡(jiǎn)單的信任我們放入服務(wù)器中的內(nèi)存，因?yàn)橐磺卸伎梢栽趦?nèi)存中？試想當(dāng)擁有2TB的內(nèi)存時(shí)，這對(duì)于內(nèi)存管理和存儲(chǔ)管理又意味著什么？

如果一切都被重寫，并重新策劃與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器管理的工作。有效的存儲(chǔ)層將只有一個(gè)？或內(nèi)存的某種形式？

目前，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并不意味著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，未來會(huì)不會(huì)有改變？畢竟，存儲(chǔ)的發(fā)明是為了克服內(nèi)存大小的限制。如果內(nèi)存的大小的限制被打破那么還會(huì)有人需要存儲(chǔ)嗎？

Reger認(rèn)為，未來的系統(tǒng)架構(gòu)將會(huì)以數(shù)據(jù)為方向而不是內(nèi)存和存儲(chǔ)，但就目前來看還是遙不可及的。他認(rèn)為，未來幾年閃存并不會(huì)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)完全替代傳統(tǒng)存儲(chǔ)。但可能會(huì)占據(jù)很大的比例。并用在某些重要的環(huán)境。例如需要很高的IOPS(Input/Output Operations Per Second)或要求高效能源的地方。

他估計(jì)閃存的能效要比傳統(tǒng)硬盤高3個(gè)數(shù)量級(jí)，這意味著在IOPS/瓦上高出2個(gè)數(shù)量級(jí)，PCM則要高出更多。但即便如此，在未來10年中傳統(tǒng)硬盤仍然不會(huì)消失。

原文鏈接：theregister

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