超级存储模块

非易失性双列插入式存储模块（Non-Volatile Dual In-line Memory Module，简称NVDIMM）将是未来电脑一个重要的组成部分，这种无与伦比的超级存储模块只需一块电路板即可充当内存和硬盘。

多年以来，硬盘都是台式电脑和笔记本电脑上的瓶颈所在，它缓慢的数据存取速度对系统的性能造成了极大的影响，在加载Photoshop和大型游戏等数据量较大的应用程序时，不仅处理器、内存和显示卡无所事事，甚至用户都可以稍作休息。固态硬盘的出现改变了这种现状，因而，固态硬盘很快就成为了系统驱动器的最佳之选。而一段时间以来困扰闪存硬盘的SATA接口最高传输速率600MB/s的限制，现如今也已经不复存在。最新一代的固态硬盘能够使用类似显示卡的接口，通过NVMexpress（NVMe）接口以超过2GB/s的速度传输数据，电脑启动只需要转眼的功夫。

然而，这一切很快也将不值一提，因为NVDIMM将在2016年开始进入市场，这种超级存储模块能够和内存一样快，却又可以和固态硬盘一样地长期保存数据。NVDIMM的“NV”是“Non-Volatile”的缩写，意思是非易失性，所谓非易失性的存储介质，也就是即使切断电源，数据仍然能够被保留的存储介质。而“DIMM”是“Dual In-line Memory Module”的缩写，意思是双列直插存储模块，这是一种常见的内存模块技术术语。因此，从字面上就可以看出来，NVDIMM结合了硬盘和内存的功能。

将来，当我们使用一个以NVDIMM作为内存和硬盘的电脑时，电脑启动后一切都将马上准备就绪：操作系统、应用程序、游戏、文件和文件夹不需要加载，因为它们本来就在内存中，而当我们需要离开电脑时，可以直接按下按钮关闭电脑。个人电脑（如果大家仍然选择这样称呼它）将变得非常紧凑，因为本质上它只包含一个CPU和一个NVDIMM，了不起游戏玩家可以选择再加上一块额外的独立显示卡。

超级存储模块标准

2015年电子设备工程联合委员会（Joint Electron Device Engineering Council，简称JEDEC）已经宣布，NVDIMM将作为一个单独的标准亮相。根据新的标准，这种新的存储模块应该兼容DDR4内存端口，并且以相同的方式在系统中进行注册。这意味着，NVDIMM将兼容每一个使用DDR4内存的硬件平台。这包括SKYLAKE微架构，英特尔最新一代的个人电脑CPU。不过，最初推出的NVDIMM很可能会采用LRDIMM结构，这里的“LR”是“Load Reduced”的缩写，表示降低负载。这种结构的内存和个人电脑上的内存差异在于：LRDIMM设有额外的缓冲存储器，这使得存储模块有可能以更有效的方式并行处理几个存储和读出程序。这种结构有利于在更高的时钟频率下工作，并且每个内存模块可以有更大的容量。但是，除了较为昂贵的Haswell-E高端CPU工作站变种外，个人电脑主板基本上都无法支持LRDIMM结构的内存模块。因此，NVDIMM首先将应用于服务器，而不是个人电脑。

NVDIMM标准还定义了NVDIMM-N和NVDIMM-F两个变种，NVDIMM-N型的存储模块包含内存单元和闪存单元。在掉电或硬件损坏的情况下，闪存单元可以作为内存数据的一个备份介质。NVDIMM-N可以视为一种扩展的内存，而NVDIMM-F则将被视为系统内的硬盘，它不包含内存单元，只包含闪存单元。这两个变种可以用于增强高负荷计算的性能，例如涉及大型数据集的计算，如天气模拟或者高频率的交易操作。

新的存储技术

如果要混合硬盘和内存，则需要有合适的存储介质。内存单元存取数据的速度非常快，并且每个单元的值可以单独改变。然而，内存的存储密度不是特别高：一个DDR4模块目前最大只有64GB。闪存在这方面有一定的优势，但是重新写入闪存单元中的操作需要相当长的时间，因为闪存是按区块逐块进行操作的。一个区块包含几千字节，包括数以千计的闪存单元。与内存相比，刷写闪存单元需要相对较高的电压。闪存的主要优势在于其高存储密度：最新的技术可以让我们建立一个TB级SSD的NVDIMM。

十多年来，研究人员一直在琢磨能够结合内存和闪存优点的存储技术，而当前有3种新兴的存储技术最有机会脱颖而出：可变电阻式随机存储技术（Resistive random-access memory，简称ReRAM或RRAM）、相变存储技术（Phase Change Memory，简称PCM）、自旋转移力矩随机存储器（Spin Transfer Torque RandomAccess Memory，简称STT-RAM）。它们既拥有内存的性能，同时又能够和硬盘驱动器一样长期保存数据。但是，目前这些存储技术通常仅有原型，还没有到正式引入市场的时候。个人电脑要使用超级存储模块，第一步还是要看一下2016年夏天开始正式推出市场的3D Xpoint，这种由英特尔与美光合作研发的存储器将采用上述3种新兴存储技术之一，但是目前尚不清楚会是哪一种。不过，英特尔已经宣布3D Xpoint将可以用作NVMe SSD和NVDIMM。

责任编辑：金雅文jin_yawen@chip.cn

收稿日期：2016-02-17

速度的飞跃

从SATA、NVMe（Non Volatile Memory Express）到现在的NVDIMM，固态硬盘的速度越来越快。在2015年闪存峰会上，卡利普索系统发布了两种固态硬盘（SATA和NVMe）和NVDIMM-N类）模块的测试数据。

NVDIMM的两个变种

NVDIMM-N可以作为DDR4内存并包含用于备份的闪存，通过寄存时钟驱动器（Register Clock Driver，简称RCD）和闪存控制器组织和传输数据。NVDIMM-F则只包含闪存，可以作为SSD。

新的存储技术需要同时拥有闪存与内存的优势

内存和闪存各有所长：内存速度快，而闪存可以永久存储数据。新的存储技术需要融合闪存与内存的优势，目前，有3种新兴的存储技术可以满足此条件。