Intel 3D XPoint/Optane SSD评测（一） 原创

　　对知识的存储和保留是人类文明的基石，可想而知也是所有类型智慧生命的文明的基础。尽管和一般意义的“知识”不太一样，远在人类使用壁画、结绳之前，脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA就开始编码记录着从远古到当前生物生命机能的几乎所有讯息，这也是对于“Theory of Evolution”，笔者赞同“进化论”而不赞同“演化论”的译名的原因：生命总是会逐渐完善的。科学/文明亦如是。

绝大多数生命体遗传信息的存储介质：基因。在地球长达40亿年的生命史当中，基因何时出现的还是一个未解之谜。图片来源：Shakiestone，维基百科

 　　以上不算偏题，只有通过NVS（Non-Volatile Storage，非易失性存储）进行知识的积累并保留提供给下一代，生命/科学/文明才可能进化。DNA在环境中就能保存达一百万年（尽管在让人类追溯其起源的时候仍然是杯水车薪），而使用DNA进行数据存储正式近年新兴的一个方向之一。不过，当前存储工业界的目光主要仍然是在NVM（Non-Volatile Memory，非易失性内存）之上，NVS和NVM的区别在哪里？

 
大意是指：理想情况下地我们想要的是无限大的Memory（内存），但实际上我们必须建立一个“内存”的分级架构，每一层都具有更大的容量，但也具有更慢的存取速度，图片来源：Intel

上面提及的分级架构：快速但容量小的Memory与慢速但容量大的Storage，图片来源：Intel

　　因此，Memory内存与Storage存储的差别就在于性能与速度，前面提及的基因……目前来看性能显然是很有问题的，描述为NVS不成问题。因此，业界所希望看到的NVM非易失性内存，也就是能具有当前的Memory的高性能，并具有Storage所具有的非易失性。

什么是NVM？凡是使用了NVM的都叫NVM……因此，其实际上也包含了一般被归类为Storage的传统SSD，来源：SNIA，SNIA（Storage Networking Industry Association，中文大致为存储网络工业协会）成员包括了存储业界的各大厂商

　　可见，上面两个图片的说法略有差别，SNIA意义下的NVM实际上包含了一般被归类为Storage的传统SSD，因此NVM这个术语尽管用的比较多，但用来填补Memory和Storage之间的空隙的这个设备通常使用一个新的术语：SCM（Storage Class Memory，存储类内存），相关的还有：PM（Persistant Memory，持久化内存），它们是什么？

SCM(Storage Class Memory)的定义，大概是由2008/2009年左右的IBM提出，来源：IBM, HotChip 22，2010

　　按照IBM的定义，SCM是非易失性的（因此它属于NVM），并且具有类似DRAM的性能和DISK的成本，因此，总的来说，它属于NVM当中略偏向内存的那一部分，尽管SCM模糊了Memory和Storage的区别。

　　SCM的起源主要是其时为了寻找比当时所用的NAND Flash要速度更快、成本更低、能源效率更高而发展的一系列新型存储技术的统称，包括了如今为人熟知的RRAM、PCM、MRAM等等等等技术，这个要求导致了SCM可以填补Memory和Storage之间的空隙：

SCM(Storage Class Memory)的定义，大概是由2008/2009年左右的IBM提出，来源：IBM, HotChip 22，2010

　　SCM还可以根据其偏向分为S-type或M-type，当然笔者喜欢比较现代的记法：SCM-S和SCM-M，后缀的S和M就和本体中的S和M一样：

M类型工作方式类似内存（同步模式），S类型工作方式类似存储（异步模式），来源：IBM

　　上图最大的价值在于给出了SCM的三种控制器连接方式：内存控制器（类似NVDIMM，下面会介绍）、IO控制器（使用PCIe接口）、存储控制器（SAS/SATA接口），其实Flash一样可以具有这三种连接方式，但SCM的原始定义里面说的是比“当时”的SLC/MLC更好的NVM，因此，实际SCM里面也包括了基于扩展Flash技术打造的高性能部分。

　　接下来说说PM（Persistant Memory，持久化内存），它的定义比较清晰：

类内存的NVM，就是PM持久化内存，来源：SNIA

PM的显著特点就是可以字节寻址，支持包括RDMA在内的DMA方式，这些都是内存的典型特征，来源：SNIA

　　SNIA的定义将NVM划分为Disk-like（类磁盘）和Memory-like（类内存）两种，其中规定类似内存、可以直接寻址、支持DMA直接内存访问的NVM称为Persistent Memory。SNIA在2012年7月成立了SNIA NVM Programming Technical Work Group (NVMp TWG)来制定NVM的通用编程模型，并在里面定义了Persistant Memory 的应用模型：

NVM的两种访问模型，左为非PM的普通类型，使用传统的File文件和Block块访问模式，右为专为PM类NVM设计的方式，其支持Volume卷和File模式，和非PM NVM不同，PM的两种方式都是用类似内存的Load/Store访问原语，来源：NetApp，但里面的图实际来自于SNIA的NVM Programming Model (NPM)，第一个正式版本在2013年12月21日发布

　　因此，Persistant Memory是NVM/SCM当中以内存方式运作的那部分，对应SCM当中通过内存控制器和IO控制器连接的两种类型，但不包括通过存储控制器连接的方式。Persistant Memory的实物笔者测试过PMC-Adaptec（现归于Microsemi旗下）的NVRAM产品，其实为一块PCIe插卡，但既能提供块访问的模式（因而也能提供文件访问的模式），又能提供Load/Store的类内存访问模式，测试的时候SNIA的NVM Programming Model尚在制定之中。需要特别指出的是，PMC-Adaptec的NVRAM可以同时提供两种访问模式，这时用户需要自己注意锁和同步的问题。

　　最后来说说NVDIMM（Non-Volatile Dual In-line Memory Module），其出现要比Persistant Memory要晚一些，SNIA在2014年成立了NVDIMM SIG来负责制定相关的部分规范（电气部分则由于使用了DIMM外型因子所以JEDEC有关）：

NVDIMM可以分为-N、-F、-P三个类型，来源：SNIA SSSI

NVDIMM中-N/-F/-P的分别，来源：SNIA SSSI

　　按照Persistant Memory的定义，NVDIMM属于Persistant Memory，也就是通过内存控制器连接的NVM/SCM，NVDIMM的特点如下所示：

NVDIMM Messaging and FAQ来源：SNIA

　　早期Intel曾有基于Optane的NVDIMM会于2017Q3发布的规划，当我们现在知道这个日期被推迟到了2018年，因此这里不再介绍更多的细节。HPE曾经提及提供其NVDIMM的测试样品，但最终未能成行，希望未来还能有机会对其进行介绍。

　　综上所述，NVM、SCM、PM、NVDIMM是前者递进包含后者的关系。可以看出的是，我们收到的Intel Optane SSD DC P4800X AIC符合SCM的定义（理所当然地符合NVM定义），但不是NVDIMM，也不是PM，更多的细节将会在后续文章中持续披露。下一篇文章将对Optane使用的内存技术进行解析，敬请期待。

你知道的关于的Intel&Micron 3D XPoint的事不一定是对的
http://solution.zhiding.cn/2015/0824/3059679.shtml

Intel Skylake-SP处理器评测（一）
http://solution.zhiding.cn/2017/0711/3095479.shtml

Intel Skylake-SP处理器评测（二）
http://solution.zhiding.cn/2017/0713/3095592.shtml