FMS2015：3D NAND Flash和NVDIMM的第一手消息(2)NVDIMM：三个模式 不同功用 但目的相同 在闪存产品，特别是NAND Flash的成本进入到合理的区间之内后，NAND Flash因为其高性能、低延迟迅速成为企业客户所认可的存储介质，尤其是其极高的随机读性能，即便是在早期单位容量成本效益、写入和顺序读优势并不明显的时候，也受到了广泛的认可和迅速的应用。 暂时抛开3D XPoint以及PCM（相变存储）等新的存储技术不谈，NAND Flash极好的弥补了DRAM和HDD之间的性能和延迟缺陷（Gap），提供了非易失性的、可靠数据保护、可信寿命以及越来越容易被接受的性能-容量/价格比，成为在DRAM和HDD之间极好的过渡性介质。 但是正如3D XPoint所显示出来的一样，在DRAM和NAND Flash之间，实际上还有事相当大的性能差距可以被弥补，一般来说，CPU通过I/O Bus访问PCIe NAND Flash的响应时间在100微秒（1微秒=1000纳秒）这一数量级，而CPU通过Memory Bus与内存之间的响应时间数量级在100纳秒左右（部分DDR4-3000内存可以做到60纳秒左右），这也就意味着中间存在大约10倍的差距。 这就带来三个问题：1、是否能够更有效的利用内存插槽，毕竟内存价格昂贵，插满内存一直都是不太现实的事情？2、DRAM毕竟是易失性存储，掉电就会丢失数据，是否有可能通过"距离上"更接近DRAM来解决后者的数据保护问题？3、谁具有高性能、低延迟适合放在内存插槽上解决上述两个问题？ 总的来说，以内存插槽接入非易失性存储介质（比如NAND Flash或是3D XPoint）是最好的解决方案，业界将其统称为NVDIMM（非易失性DIMM），利用内存通道的高性能和大容量、较低成本和延迟表现相当不错的非易失性介质来提升高性能存储容量、保护DRAM以及改良现有解决方案。 值得注意的是，NVRAM是在2014年兴起的一项技术，即通过DRAM + NAND Flash+超级电容的方式，在提供DRAM的高性能读取的同时以NAND Flash和大电容保持数据的可用性，主流的产品都使用PCIe接口，比如PMC的Flashtec、Marvell的DRAGONFLY以及Radian的Flash SSD，其中PMC的Flashtec提供的DRAM容量最大，为16GB。 但PCIe形态的产品并不能解决所有的问题，一方面，正如前面所说，DIMM插槽都插不满，速度又比PCIe快，利用起来是当务之急；另一方面，现在的NVRAM都是NVRAM基于内存映射I/O（MMIO，在x86架构中，MMIO占用CPU的物理地址空间，随机访问），更偏向RAM而不是存储，但显然有客户对存储有更大的的容量需求和更快的速度要求；第三，从延迟表现方面来说，在DIMM上利用内存通道（Memory Channel）的延迟在0.01微秒（x0纳秒，几十纳秒）这个数量级，而使用PCIe接口的NVRAM和PCIe SSD卡一样，都在10微秒（x0微秒，几十微秒甚至过百）这一数量级，延迟表现的差异可见一斑。 更何况随着3D XPoint和新的非易失性存储技术的进步，即便是PCIe Gen3插槽的性能也变得越来越不够用，非易失性存储向以DIMM形态向内存插槽渗透，已经是一件迫在眉睫的事情。 最早进入这一市场的是Diablo，这家公司最早开始通过在标准DDR内存条上增加NAND Flash，从而扩展服务器内部的NAND Flash应用空间，是NVDIMM早期的实践者和重要的推动者，其exFlash也是联想System X6系列服务器最早使用的。
Diablo Memory1的128GB 展示样品。 在本次峰会上，Diablo主要是推出了其最新的符合DDR4规范的Memory1，最大容量256GB，而除Diablo以外，市场上几家NVDIMM供应商也都参加了本次FMS2015，他们中包括AGIGA（目前Memblaze的BlazeArray在使用AGIGA的NVDIMM）、viking、Netlist等公司。 在FMS2015上，上述公司召开了一个并不对外的研讨会，甚至其演讲资料都不对外发布，在这一NVDIMM专场上，各家公司都谈了自己对NVDIMM市场的发展看法。 从目前市场上的划分来看，NVDIMM有着比较清晰的三类产品，它们分别是： NVDIMM-N：与NVRAM类似，数据存储在DRAM上，使用NAND Flash做掉电保护，需要SuperCap大电容保护，但与NVRAM不同，内存映射不在MMIO。所以，使用的时候，直接访问DRAM，掉电回写到NAND，回电再取出来，一般使用8-32GB的DRAM和至少更大容量的NAND Flash，延迟水平在10纳秒水平线上。JEDEC的电气和类型认证都已经完成。直接面向字节导向访问DRAM。 NVDIMM-F：映射NAND到内存地址空间，实现内存映射的（Memory mapped）NAND Flash，DRAM不被系统映射；访问方式是通过一个共享的命令缓冲器的块导向的访问方式；容量方面，NAND Flash容量在 100GB-1TB，命令缓冲可以是DRAM或是SRAM。延迟在10微秒水平线上，JEDECE的类型认证已经完成。 NVDIMM-P：映射NAND和DRAM到内存地址空间，即内存映射的NAND Flash和内存映射的DRAM（Memory mapped DRAM）包括以上两种访问方式，也就是可以字节访问也可以块访问，NVM 100GB到1TB，延迟水平字100纳秒左右，但没有任何JEDEC认证。 根据与会几家供应商的预计，NVDIMM的市场会在未来3-4年实现10亿美元水平的营收，而且还有可能更高，到2018年，会伴随着PCIe市场的增长，从2018年预计的6亿美元到2021年达到55亿美元。 NVDIMM的几种类型现在得到了不同程度的认可，除微软等软件厂商已经认证之外，Facebook的OCP和英特尔的RSA架构已经认证了部分产品，英特尔、SuperMicro、惠普以及NimbleStorage都已经开始在不同程度的NVDIMM。 回到几家供应商在专场上披露的信息，AGIGA方面的测试结果显示，NVDIMM-N的产品在4k写和4k读（随机）方面的IOPS分别高达274万和307万IOPS，这一数字远超过目前最快的PCIe SSD加速卡，而随着技术的进步，该公司表示，目前32GB的NVDIMM-N DIMM很快容量就会翻倍--NimbleStorage就是也是该公司的客户，其企业级全闪存阵列中同样在使用AGIGA的NVDIMM。
Netlist的Mario Martinez给出了NVRAM、NVDIMM的N、F、P模式的对比表格，其中有比较完整的产品对比。 事实上，除了NVDIMM-N出现的比较早，-F和-P的出现都是近1、2年的事情，甚至于后者的行业内部划分，直到2014年10月都还没有确定下来，基本定型是2015年4-6月之间的事情，也就是说，这一市场还处于非常早期的萌芽状态。 但从FMS2015上来看，NVDIMM对OEM供应商的诱惑力非常之大，比如Diablo的服务器OEM合作伙伴就从去年年初主要以联想System X6架构服务器和Sandisk的OEM为主，过渡到现在拥有包括浪潮、SuperMicro、联想等多家OEM合作伙伴，而AGIGA在今年以来就获得了NimbleStorage和国内的Memblaze的合作机会。 此外，NVDIMM的产品形态也在不断扩展，以viking为例，这家公司除了传统的DDR4 NVDIMM之外，在FMS2015上还展出了SATADIMM SSD，在容量方面可以达到2TB之多。 事实上，除了上面几家小规模的供应商，SK海力士也在现场展示了使用4GB模块的8GB和16GB DDR4 NVDIMM--前者包含1x纳米制程的16GB NAND Flash，后者这一容量则高达32GB。
NVDIMM的设计目标，其实最终还是让存储（无论是NV-DRAM还是NAND Flash）离CPU更近一些、再近一些，从而进一步的提高系统的效率。Diablo公司认为，NVDIMM可以做两件事情：（不那么快的）内存和（特别快的NAND Flash）存储。
当然，NVDIMM也存在一定的"问题"：硬件就绪，软件还有些"拖后腿"。 就当前主流的也是发展最好的NVDIMM-N来说，市场上的产品众多、应用的系统OEM供应商也不少，但SuperCap寿命、尺寸的问题现在还不能够很好的解决，比如说AGIGA和Netlist的方案，就是一个"标准2.5英寸磁盘大小"的、使用系统内部SATA接口充电的大电容，在体积上确实存在较大的问题，而电容的寿命即使得到有效监测也仍然是不稳定因素之一。
Netlist给出-N模式设计，DRAMM+NAND Flash加上SuperCap大电容。
Viking的解决方案：每条NVDIMM都有一根引线到SuperCap--一个干脆占用了PCIe插槽的"PCIe卡电容"。 3D NAND Flash和NVDIMM成为市场主流体现了市场对更大容量、更高速度和更具经济性的永恒追求，就FMS2015大会上的反馈来看，算上"并未谋面的3D XPoint"，这三个是最受关注的技术，而它们的走向也很有可能会决定未来企业级存储市场的走向。 不过，就3D NAND Flash、NVDIMM和3D XPoint来看，中国供应商不仅和美国厂商之间存在巨大差距，与日本和韩国厂商的差距也非常之大，我们更多的还是停留在系统、（功能性）组件，像是闪存介质、内存组建、控制器等技术，我们的差距还是非常之大的。 好消息是，中国供应商的进步还是非常之快的，比如说，杭州的华澜微利用自身核心芯片优势，基于独创的eRAIDTM架构生产全球业界密度最高的2.5英寸标准硬盘，容量达到5TB；利用高密度硬盘，华澜微只用1个2U机框就可以实现目前市场上需要整个机架（至少5个2U机框叠加组合）的100TB容量的磁盘阵列，其综合性能不仅可以和国际市场相近型号抗衡，且体积、系统复杂性、功耗都成倍减小。
宝存PCIe-RAID的展示用机 宝存科技的PCIe-RAID技术在本次峰会上也做了展示，这一次现场展示的PCIe-RAID闪存解决方案，由3个Direct-IO原生PCIe Flash组成解决方案的存储部分，在PC机箱内部包括了计算模块、网络模块、散热模块和PCIe-RAID闪存模块。目前，PCIe-RAID可以实现1U空间中最大裸容量为50TB。同时宝存科技还推出了2U空间的60TB裸容量、4U空间的90TB裸容量的系列解决方案。 Memblaze除了新一代PBlaze IV PCIe SSD卡之外，预览的BlazeArray全闪存阵列原型以其极高的性能、软件定义的设计思路以及对业内NVDIMM技术的开创性应用，甚至吸引了大会主席等人的关注。 在全球闪存峰会上，中国的供应商经过几年的摸爬滚打已经站稳了脚跟，下一代产品如何去做？是否会有更底层的技术研发创新出现？与日本、韩国公司在闪存介质上的差距何时才能弥补？可能要等到未来几届大会才能够看到答案了。 |
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