隨著 DRAM 內存容量和頻率的持續增長，現有電腦內存的安全性也一直沒有得到提升。近日，JEDEC固態技術協會宣布的最新第一代協議是由對DRAM容量和帶寬的需求增加，以及在計算系統中附加新興的持久內存的靈活方法所驅動的。NVDIMM-P 內存能夠在意外斷電時保留原有數據，與英特爾傲騰（Optane）內存芯片比較類似。

JEDEC混合DIMM任務組標準化NVDIMM主席Jonathan Hinkle表示，JESD304-4.01 DDR4 NVDIMM-P總線協議為混合DIMM技術提供了正式規范，如NVDIMM-P，它使設計工程師能夠將DDR的訪問速度與非易失性存儲器的可靠性和容量相結合，以改進數據管理。

該標準的關鍵目標是找到一種在運行時像DRAM一樣附加和利用各種持久性存儲器的方法，如磁阻隨機訪問存儲器(MRAM)、電阻隨機訪問存儲器(ReRAM)和相變存儲器(PCRAM)，包括Intel的Optane。

此圖為最近發布的JESD304-4.01 DDR4 NVDIMM-P總線協議的一個示例實現，該協議為NVDIMM-P等混合內存技術提供了正式規范，使設計工程師能夠將DDR的訪問速度與非易失性存儲器的可靠性和容量相結合。

NVDIMM-P 的新功能：

持久性：操作系統能夠低延遲、高帶寬訪問非易失內存。
虛擬化的內存：在DDR 通道啟用盡可能多的內存容量。
大容量：支持擴展的內存尋址功能。
支持即插即用：在電腦開機時可以直接插入標準的雙列內存插槽，并立刻與同一總線上的DDR 內存交互操作。

Hinkle表示，DDR4 NVDIMM-P總線協議與目前建立計算快速鏈路(CXL)生態系統很好地結合在一起。CXL生態系統的部分目標是減少數據在系統內的移動距離，并將其轉移到最適合工作負載的媒體上。“新的存儲類型有不同的特點，我們想要低延遲，非常快地訪問，但新存儲不一定遵循與DRAM相同的規則。”

首先，DRAMDRAM的性能完全取決于處理器的預期。相比之下，各種新的持久內存類型需要多花幾納秒，或者需要執行某些操作才能獲得數據返回。“我們需要在新協議中加入靈活性。“我們的目標是確保任何新出現的內存都能利用現有的快速通道;該協議提供的內存媒介提取涵蓋了DDR通道上的任何內存介質，包括DRAM、MRAM或Optane等3DXpoint媒體。

然而，Hinkle介紹，我們必須在變量和獲得更低延遲訪問之間找到平衡——完全變量允許任何東西被連接，但這將增加延遲并降低性能，這有利于支持靈活性。“我們努力使它能讓你從非常快的存儲中得到非常快的反應。”

該協議還支持擴展內存尋址，以允許更高的內存容量，以及通過標準雙重內嵌式內存模塊(DIMM)插座實現即插即用互操作性，并可在同一總線上與DDR DRAM內存進行運行時互操作。

DDR4 NVDIMM-P總線協議被設計成兼容DDR4，而不是最新、最好的DDR5，因為DDR4正在廣泛生產。Hinkle介紹，協議的下一個主要迭代將包括對DDR5的支持。第一次迭代花了三年多的時間解決這個問題，其目的是開發一個開放的標準來響應行業需求，并適應不同的供應商提供不同類型的新興的、持久的記憶，而不是有一個合適的解決方案。得益于DDR4 NVDIMM-P總線協議，英特爾最近推出了OptaneDIMM，可以極大的改變服務器和數據中心處理數據集的方式。英特爾的Optane DIMM將使用3DXPoint內存，這是一種非易失性內存，是NAND和DRAM的融合。其亮點是3DXPoint在斷電后保留數據，這意味著它可以作為內存和存儲器進行尋址，并為許多新的用例做好準備。“這確實是一種標準方式，我們可以觸摸各種不同類型的內存，它具有我們可以支持的所有特征，比如記憶持久性和更高的容量。”

英特爾正在定位DIMM以彌合DRAM和NAND之間的價格和性能差距，盡管目前還不知道具體的定價細節。但是，預計DIMM的價格遠低于目前的DDR4 DRAM。

能夠容納各種持久性內存的概念并不是一個新的嘗試。盡管非易失性內存主機控制器接口規范(NVMe)主要設計目標是解鎖NAND閃存作為固態驅動器(SSD)的性能，此前這一性能受到硬盤驅動器架構的限制，但它也有潛力被用作其他基于持久性存儲器的設備的接口，如MRAM和OPTANE媒體，而不僅僅是基于閃存的SSD。

CXL的三個協議可以單獨使用，也可以在特定的用例中組合使用，內存中的加速器可以支持密集計算，內存緩沖區可以支持內存容量擴展和存儲類內存。

CXL最近的快速發展還涉及到內存選項(volatile或non-volatile)的靈活性。它由三個協議組成，每一個協議都可以單獨或組合使用用于特定的用例，包括支持密集計算的內存加速器或支持內存容量擴展和存儲類內存的內存緩沖區。

延伸閱讀——NVDIMM到底是一個什么神仙技術？

在計算機體系結構中，處理器CPU主頻增長及多核的出現使其性能以每年70%的速度在增加，而以DRAM為主流的存儲器性能每年提升約7%，這就導致了所謂的“內存墻”出現。應用方面，云計算、大數據和一些高性能計算平臺迫切需增加內存容量。

NVDIMM就是應對這樣挑戰的產物，也正好能夠滿足相關企業提升性能的需求。

NVDIMM技術平衡內存與閃存性能差異

處理器與存儲器間的性能差異催生了NVDIMM(Non-Volatile Dual in Memory Module，非易失內存模組)的出現。非易失性內存指的是即使在不通電的情況下，數據也不會消失。因此可以在計算機非正常掉電、系統崩潰或正常關機的情況下，保持數據不丟失。NVDIMM技術平衡了傳統主流內存DRAM和非易失介質如Flash（閃存）/PCM（相變存儲）之間的性能差。

NVDIMM的誕生一方面解決了內存容量的需求，另一方面也解決了DRAM內存掉電易失的尷尬。在速度上，NVDIMM介于DRAM內存和NAND Flash存儲之間，它兼顧了DRAM訪問速度快和NAND Flash容量大的優點。以DRAM為主內存的存儲器容量目前在GB級別，但DRAM具有納秒級快速訪問的優點；與之相對的NAND Flash SSD存儲容量已經達到TB級別，而訪問速率卻在微秒級。

根據JEDEC標準化組織的定義,有三種NVDIMM的實現：

NVDIMM-N

在一個模塊上同時放入傳統DRAM和flash閃存。計算機可以直接訪問傳統DRAM。通過使用一個小的后備電源,為在掉電時,數據從DRAM拷貝到閃存中提供足夠的電能。當電力恢復時,再重新加載到DRAM中。

NVDIMM-F：基于DDR接口的閃存盤

指使用了DRAM的DDR3或者DDR4總線的flash閃存，本質上講可以認為是一塊在DDR接口上的SSD。我們知道由NANDflash作為介質的SSD,一般使用SATA,SAS或者PCIe總線。使用DDR總線可以提高最大帶寬,一定程度上減少協議帶來的延遲和開銷。NVDIMM-F的主要工作方式本質上和SSD是一樣的。因此它的延遲在10的1次方微秒級。它的容量也可以輕松達到TB以上。

還有一個就是上述的NVDIMM-P。NVDIMM-P實際上是真正DRAM和flash的混合。它既支持塊尋址,也支持類似傳統DRAM的按字節尋址。它既可以在容量上達到類似NANDflash的TB以上,又能把延遲保持在10的2次方納秒級。

編輯：hfy