Mémoire de classe de stockage: la révolution à venir

L’un des principaux thèmes abordés lors des conférences sur la technologie du matériel de cette année est que nous sommes sur le point de changer radicalement la façon dont les systèmes stockent et accèdent aux données. Bien sûr, nous avons constaté que la mémoire s'accélère avec le temps et que nous voyons un complément de stockage flash, voire même remplacer des disques durs dans de nombreuses applications, mais la nouvelle "mémoire de classe de stockage" promet un changement encore plus fondamental. Ce sujet a attiré l'attention lors de nombreuses conférences cette année, à mesure que nous nous rapprochons des produits d'expédition d'Intel et Micron basés sur leur mémoire 3D XPoint. C'était un sujet important au sommet sur la mémoire flash de la semaine dernière.

Pendant des années, pratiquement depuis le début de l'informatique, nous avions deux moyens fondamentaux de stocker des choses. Le stockage à court terme est rapide, relativement coûteux et volatil, ce qui signifie que, lorsque le courant est coupé, les données disparaissent. Il s’agissait principalement de mémoire vive dynamique (DRAM) et le montant que vous pouvez attacher à un ordinateur est limité. En outre, pratiquement depuis l’avènement des processeurs à transistors, nous disposons également d’une mémoire SRAM intégrée, qui est encore plus rapide, plus onéreuse et disponible dans des quantités relativement infimes. Nous avons également eu un stockage persistant, qu'il s'agisse de cartes perforées, de bandes, de disques durs ou de stockage flash, ce qui est beaucoup moins cher, mais aussi beaucoup plus lent et généralement disponible dans une capacité beaucoup plus grande.

Le «Saint Graal» pour l’industrie de la mémoire consisterait à proposer quelque chose qui présente la vitesse d’une DRAM, mais la capacité, le coût et la persistance de la mémoire flash NAND. Cela reste juste une idée, cependant. Fantaisie. Le passage des interfaces SATA aux interfaces plus rapides telles que SAS et PCI-Express utilisant le protocole NVMe a rendu les disques SSD beaucoup plus rapides, mais loin d’être aussi rapides que ceux de la mémoire DRAM. Les modules DIMM non-volatiles (NV-DIMM), qui placent la mémoire flash sur le bus de mémoire le plus rapide, tentent de combler l'écart tout en poursuivant le travail sur les formes de mémoire émergentes telles que 3D XPoint et d'autres dispositifs à changement de phase, ReRAM (RAM résistive) et STT-MRAM (RAM magnétique à couple de transfert de spin).

Lors du Sommet sur la mémoire flash, il semblait que presque tous les orateurs montraient un graphique expliquant comment une nouvelle "mémoire de classe de stockage" ou une "mémoire persistante" s’inscrivait dans la hiérarchie de stockage d’un système. Cela inclut la SNIA (Storage Network Association) dans la diapositive ci-dessus et la Western Digital dans la diapositive située en haut de la page. (Notez que personne ne parle de bande ou même de Blu-Ray utilisé pour le stockage d'archives). SNIA propose une norme pour les NV-DIMM comme une chose qui pourrait être ajoutée aux systèmes actuels. Ceci est censé être un standard de l'industrie avec différentes technologies sous-jacentes. Il pourrait être utilisé avec une combinaison de mémoire flash NAND et de mémoire vive dynamique sur batterie aujourd'hui. Il serait donc aussi rapide que la mémoire DRAM, mais toujours persistant, même s'il est plus coûteux que la mémoire DRAM.

Le candidat le plus évident pour une grande quantité de mémoire persistante à relativement court terme est la mémoire 3D XPoint, une mémoire à changement de phase en cours de développement par Intel et Micron.

Auparavant, Intel avait annoncé son intention de vendre des SSD Optane avec cette mémoire d’ici la fin de l’année sous la marque Optane avec des modules DIMM dotés de cette technologie à un moment ultérieur. Lors du salon, Micron a annoncé que ses produits seraient commercialisés sous le nom de QuantX et axés sur le standard NVMe permettant de connecter ces disques au système principal. Micron a déclaré que ses disques pouvaient fournir plus de 10 fois le nombre d'opérations d'entrée / sortie (IOP) que NAND et fournir plus de 4 fois l'encombrement mémoire de la mémoire DRAM.

Intel a présenté en détail les avantages de la norme NVMe, notant que la surcharge des bus SAS et SATA traditionnels pour disques durs était devenue un goulot d'étranglement pour les performances des disques SSD; et comment le passage à la nouvelle norme de connexion améliorerait considérablement les performances des disques SSD Flash NAND traditionnels, tout en étant crucial pour les nouvelles mémoires, car elles sont beaucoup plus rapides.

Ni Intel ni Micron n’ont encore indiqué leurs capacités exactes ou leur prix, mais ils ont par le passé discuté de la manière dont ils devraient éventuellement se situer entre le prix des mémoires flash DRAM et NAND. Plusieurs analystes ont émis l'hypothèse que le coût de fabrication de 3D XPoint est actuellement supérieur à celui de la DRAM, mais la plupart pensent que cela changera si la technologie peut atteindre un volume suffisant.

Il existe d'autres technologies qui prétendent devenir des mémoires alternatives traditionnelles.

La MRAM STT existe aujourd'hui en petits volumes et est principalement utilisée dans des environnements très spécialisés qui nécessitent une mémoire très durable, de longue durée, dans des quantités plutôt faibles. Aujourd'hui, une telle mémoire offre des écritures beaucoup plus rapides que la NAND, mais avec une capacité très limitée, jusqu'à environ 256 mégabits. À titre de comparaison, les fabricants de NAND parlent de puces de 256 Go et de 512 Go (ou 64 Go). Everspin a promis une version 1Go d’ici la fin de l’année. Il est facile d’imaginer que cela devienne plus populaire, mais la capacité n’est probablement pas suffisante pour un déploiement à grande échelle.

Fujitsu a évoqué la mémoire FRAM (Ferrorelectric Random Access Memory), essentiellement une mémoire vive non volatile, mais elle n’a été montrée que dans de très petites densités.

Diverses sociétés travaillent sur des variantes de Resistive RAM (ReRAM). C’est effectivement cette technologie qui, selon WD (qui inclut désormais ce qui était SanDisk), semble la plus prometteuse pour une mémoire de stockage. Mais on ignore quand de telles technologies arriveront sur le marché.

L’un des grands problèmes auxquels sont confrontés tous ces types de mémoires est la mise au point de systèmes capables d’en tirer pleinement parti. Les systèmes actuels, des applications aux systèmes d'exploitation, en passant par les interconnexions entre systèmes de mémoire, sont conçus pour la division traditionnelle entre la mémoire exploitée avec des charges et des magasins et la mémoire persistante programmée par blocs. Tout ce qui devra changer pour que l’une de ces technologies se généralise. Un certain nombre d'intervenants ont évoqué les premières applications possibles, Huawei sur l'informatique cognitive et Micron sur les applications de services financiers, qui tendent généralement à demander d'énormes quantités de données dans une mémoire relativement rapide.

Il sera fascinant de voir comment cela se déroulera au cours des prochaines années.