在本系列的前三部分中，我介绍了闪存存储的演变和现状。我还描述了如何配置 NVMe over Fabric (NVMeoF) 存储网络，以通过基于融合以太网的 RDMA (RoCE) 以及原生 TCP 导出 NVMe 卷。[请参阅 Petros 的 “数据闪存系列（一）：磁盘存储的演变以及 NVMe 简介”、“数据闪存系列（二）：使用 NVMe 驱动器和创建 NVMe over Fabrics 网络” 和 “数据闪存系列（三）：使用 TCP 的 NVMe over Fabrics”。]

但是，内存技术的未来会是什么样呢？对于通过 NVMe 实现的传统闪存技术，您应该继续期待更高的容量。例如，在 QLC 或四层单元 NAND 技术之后会是什么？只有时间会证明。下一代 NVMe 规范将引入一种协议标准，该标准将在更多 PCI Express 通道上以更高的带宽运行。随着内存技术的不断发展，您将该技术插入计算机的方法也将随之发展。

请记住，最终目标是更接近 CPU 并减少访问时间（即延迟）。

图 1. 随着您远离 CPU，数据性能差距

多年来，供应商一直在开发一种技术，使您能够将持久性内存插入传统的 DIMM 插槽中。是的，这些插槽与易失性 DRAM 使用的插槽完全相同。存储级内存 (SCM) 是一种较新的混合存储层。它不完全是内存，也不完全是存储。它更靠近 CPU，并且有两种形式：1) 由大型电容器支持的传统 DRAM，用于将数据保存到本地 NAND 芯片（例如，NVDIMM-N）和 2) 完整的 NAND 模块 (NVDIMM-F)。在第一种情况下，您保留了 DRAM 速度，但您没有获得容量。通常，基于 DRAM 的 NVDIMM 落后于最新的传统 DRAM 尺寸。Viking Technology 和 Netlist 等供应商是基于 DRAM 的 NVDIMM 产品的主要生产商。

然而，第二种将为您提供更大的容量，但它不如 DRAM 速度快。在这里，您会发现您的标准 NAND——与现代固态驱动器 (SSD) 中发现的完全相同，固定在您的传统 DIMM 模块上。

这种类型的内存不会在 CPU 中注册为传统内存，并且根据 DDR4 规范标准，现代主板和处理器能够使用此类技术，而无需任何特殊的微代码或固件。当操作系统加载到包含此类内存的系统上时，它会将其隔离到“受保护”模式类别（例如，0xe820），并且不会像使用标准易失性 DRAM 那样使用它。相反，它将仅通过驱动程序接口访问所述内存。持久内存或 pmem Linux 模块就是该接口。使用此模块，您可以将这些 SCM 设备的内存区域映射到用户空间可访问的块设备中。

当前应用程序将 SCM 用于内存数据库、高性能计算 (HPC) 和人工智能 (AI) 工作负载，以及作为持久性缓存，尽管它不一定仅限于这些用途。随着 NVMeoF 的不断成熟，它将允许您通过存储网络导出 SCM 设备。

在 DRAM 和传统 SSD 之间，正在涌现出新兴技术，例如英特尔的 Optane（最初与美光合作构建，名为 3D-XPoint）和三星的 Z-SSD。这些技术非常新，除了它们既不是 DRAM 也不是 NAND 之外，人们对它们知之甚少。就英特尔的 Optane 而言，它是一种新的持久性内存技术，据信它依赖于相变存储器 (PCM)。Optane 的性能优于 NAND，但远不及 DRAM。另一个优点是它比 NAND 具有更好的耐用性或单元寿命——也就是说，它比您的标准 NAND SSD 能够承受更高的每日驱动器写入次数 (DWPD)。

通常，应用程序与其需要访问的数据之间引入的延迟太长，或者托管该应用程序所需的 CPU 周期消耗了主机上过多的资源，从而给驱动器本身带来了额外的延迟。人们该如何避免这种负面影响？相反，人们将应用程序移动到物理驱动器本身。这是一种更新的 emerging 趋势，它被称为计算存储。

站在该技术前沿的是 NGD Systems、ScaleFlux 甚至三星。那么，什么是计算存储？以及它是如何实现的？

这个想法是将数据处理重新定位到数据存储层，并避免将数据移动到计算机的主内存中（最初由主机 CPU 处理）。想想看。在传统系统上，需要资源将数据从存储位置移动，处理数据，然后将其移回同一存储目标。整个过程将花费时间，并且会引入访问延迟——如果主机系统正在处理其他相关（或不相关）的任务，则更是如此。此外，数据集越大，移入/移出的时间就越长。

为了解决这个痛点，一些供应商已开始将嵌入式微处理器集成到其 NVMe SSD 的控制器中。该处理器将运行标准操作系统（例如 Ubuntu Linux），并将允许软件片段在 SSD 本地运行以进行原位计算。

当今市场上，内存技术面临哪些挑战，阻碍了更广泛的采用？首先是每千兆字节的价格。虽然硬盘驱动器 (HDD) 的成本为每千兆字节 0.03 美元至 0.06 美元，但基于 NAND 的 SSD 大约为每千兆字节 0.13 美元至 0.15 美元。从宏观角度来看，这听起来可能不多，但在规模上，它却意义重大。想象一下尝试用 SSD 而不是 HDD 填充数据中心。这将变得非常昂贵。

HDD 继续优于 SSD 技术的另一个类别是标准外形尺寸的容量。您只能在标准服务器中安装这么多 TB 的存储空间。而且，您可以安装比 SSD 更多的 HDD 存储空间。随着内存技术的发展，这种情况可能会在未来几年发生变化。

SSD 难以应对的另一个领域是软件应用领域。许多软件应用程序不符合访问 NAND 内存的最佳方法。这些应用程序都将增加驱动器访问延迟并缩短 NAND 的单元寿命。

就内存技术而言，未来看起来非常有希望且非常令人兴奋。SSD 会完全取代传统的旋转 HDD 吗？我对此表示怀疑。看看磁带技术。它仍然存在，并在归档存储领域继续找到一席之地。HDD 很可能也会有类似的命运。尽管在那之前，HDD 将继续在价格和容量方面与 SSD 竞争。