随着云计算、大数据、人工智能的发展以及对存储器产品容量需求的增加,半导体存储器也衍生出新的存储器产品形式,如计算存储、分布式存储、基于新型存储器颗粒和存储接口的持久存储器等,这些产品对存储器控制芯片的架构和功耗提出了更高的要求。 存储芯片、数据安全等多通道并行管理能力,使得存储器控制芯片在存储器产品中的价值不断提升。
(1)计算存储
计算存储是指利用存储控制器芯片的计算能力,将原来由主机CPU执行的部分数据处理任务交给存储控制芯片,减轻CPU的计算负担。 计算存储擅长处理数据密集型应用,在数据库管理、**处理、人工智能层、虚拟化等场景的数据处理和数据加速中,响应时间比CPU更快,延迟更低,可以节省带宽,降低能耗,实现高安全性和隐私性,因为数据是在内存内部处理的。
计算存储由全球网络存储行业协会 (SNIA) 标准化和推广,并得到三星电子、英特尔、英伟达和 IBM 等行业领导者的支持和应用。 2020 年 11 月,赛灵思和三星电子宣布推出三星 SmartSSD 计算存储驱动器 (CSD),这是业界首款可定制、可编程的计算存储平台,可将计算能力推入存储器,将应用加速 10 倍以上。
(2)分布式存储
分布式存储是指将数据分散存储在多个存储服务器上,并将分散的存储资源集成到虚拟存储设备中,有效提高存储系统的存储和读取效率。 随着云计算、大数据、人工智能的发展,海量数据使得分布式存储逐渐取代了将所有数据存储在一台存储服务器上的传统方式。 由高密度NAND闪存颗粒和高性能存储器控制芯片组成的存储系统是分布式存储的主流解决方案和未来演进方向。
利用高性能存储控制芯片的存储控制技术和智能存储粒度管理,可实现高性能、低时延、完整的存储功能,并提供有效的重复数据去重、压缩和稳定的数据保护功能,从而满足大数据分析等非结构化数据量大、数据价值高、存储工作负载多样化等新应用场景。 高级监控、高性能计算、工业互联网、医学影像、虚拟化云计算。华为全系列分布式存储可实现91硬盘空间利用率最高达6%,稳定时延小于1ms,支持4096节点扩容,满足多样化数据分析服务需求,灵活按需购买部署,节省空间和能耗,降低TCO(总拥有成本)30%。
(3)基于新的存储颗粒和存储接口的持久内存
持久内存由新型内存芯片和新型内存控制器芯片实现,在现有存储层次结构中增加了内存和SSD之间的一层,在相同的成本下提供比内存更大的存储容量和比SSD更低的访问延迟。 持久内存适用于高性能、大容量、持久化等具有存储工作负载特性的应用场景,擅长处理人工智能、机器习、高性能计算等任务。 主机 CPU 可以通过直接访问持久内存直接执行这些类型的工作任务,无需在内存和 SSD 之间来回切换数据块。
这种架构降低了成本高昂的内存使用要求,并提高了 SSD 的利用率,以适应不同的数据类型、技术需求和预算限制。 为了充分利用持久内存的特性,构建在PCIe逻辑层和物理层之上的CXL协议,可以规范持久内存的管理,更好地发挥持久内存的价值,成为主流接口发展方向。 基于CXL的新型存储控制器芯片实现了CXL协议中定义的多种新型存储协议,可支持内存、持久内存等,扩展存储容量,并支持资源共享(内存池化)和交换,提高数据处理效率和系统计算速度,使持久内存快速应用到落地。