新型存储器介面将改写历史

开放互连介面将改写处理器和存储器关系？

Gen-Z联盟展示新一代存储器的开放互连原型，瞄准以存储器为中心的运算架构划，计划将自2019年起导入商用，首先将从现正开发中的高性能DRAM模组开始；预计将颠覆现有的存储器和处理器设计......

Gen-Z联盟(Gen-Z Consortium)在日前举行的2017年快闪存储器高峰会(Flash Memory Summit)展示其无需特定存储器的互连原型，并计划自2019年起用于新一代的持久型存储器；预计它可能率先用于现正开发中的高性能DRAM模组。

来自Hewlett-Packard Enterprise (HPE)、Western Digital (WD)、Lam Research以及其他公司的主管指出，新的存储器类型将颠覆现有的存储器和处理器设计，而Gen-Z联盟将会是这一过程中的重要推手。

长久以来，新型的相变、电阻和磁阻式存储器一直着眼于成为快闪存储器与DRAM的替代或补充技术。截至目前为止，这些新型的存储器也已经琢磨出一些较小的利基市场了。

Lam Research技术长Rick Gottscho表示，“有些新的存储器看起来就像DRAM一样快，并持续改善而使其变得更快。”他预期当今的平面DRAM设计最终将达到微缩限制。

Gottscho等人更强调，新型存储器的神圣使命在于成为新一代处理器的核心。他以未来的机器学习晶片概念为例表示，“神经网路的权重无法像数位定量一样储存，而是作为类比电阻值储存⋯⋯突触到突触，如此就不至于存在晶片外，而能实现极其快速的资料传输⋯⋯让存储器晶片成为电脑！”

WD描述了一个类似的概念，显示持久型存储器周围将围绕着采用开放指令集的大量低闸数处理器。该公司宣布将在2020年以前推出可变电阻式存储器(ReRAM)，并支援Gen-Z互连以及RISC-VISA。

WD技术长Martin Fink在发表专题演说时表示：“处理器专有介面的概念并没什么意义。”他强调，所有的新型存储器都将发挥作用。

HPE 3Par储存部门首席软体架构师Siamak Nazari认为：“转型至新型存储器将追随硬碟转型至快闪存储器的相同路径，首先发生在快取层。例如我们的首款新型存储器产品看来似乎相当传统，但它添加了新的快取层，最终还必须融合储存与运算，才能取得最大优势。”

新型DIMM缩减接脚数　提升速度与容量

率先导入Gen-Z互连技术的首款存储器在去年10月发表，它可能会是搭载新型DIMM的DRAM。

包括HPE以及至少另外两家公司都使用Gen-Z来定义模组——封装更高容量、以更高资料速率执行，而且使用较当今DIMM更少80%的接脚。新的模组将有助于弥合与2.5D堆叠晶片(支援更高资料率，但成本更高且容量较低)之间的差距。

多处理器可直接存取新的模组。这种途径不仅减少资料复制的延迟，并简化处理器故障的恢复程序。

Gen-Z将实现支援非对称读写操作的DIMM，以及当今DIMM所使用的对称型式。随着DRAM微缩电容器至其实体极限，有些人关注于其可能开始表现出新特性，而使非对称连接具有价值。

Gen-Z的任务是在嵌入式PCI Express或乙太网路模组中，使用串列解串器(SerDes)连接处理器和存储器。根据所使用的PCIe或乙太网路世代，分别提供了一系列的资料速率选择。

许多工程师都在呼吁使用112G介面，为存储器模组打造每秒400GBytes的传输速率，但这预计要到2020年以后才能实现。当今的28G NRZ和56G PAM-4介面更可能成为首款商业产品，时间点大约是在2019年左右。

基于乙太网路的途径使用802.3电子层的最佳化版本，为不同的资料速率和距离提供各种实体介面支援，包括为封装于机架内独立外壳的模组提供40dB超长距离的支援。此外，该途径还可支援突发模式传输，进一步实现节能。

其他工程师还看好在使用PCIe Gen3的处理器中导入8GT/s SerDes的可能性。此外，该发展方向也有助于未来的晶片发展至支援16GT/s和32GT/s传输速率的PCIe Gen4和Gen5版本。

IBM则为其即将推出的Power9处理器打造基于OpenCAPI介面的设计。Gen-Z支援网状网路、交换机与透明路由器拓扑，以及OpenCAPI所欠缺的存储器、储存语义与硬体强制安全功能。然而，Gen-Z规格至少要到今年年底后才会完善，因此，IBM在这方面存在领先一年上市的优势。

英特尔(Intel)希望能够同时在OpenCAPI和Gen-Z上取得成功。其Apache Pass存储器模组将采用目前出货中SSD所用的3DXP晶片，并预计在明年开始出货。

英特尔的3DXP晶片支援DRAM与快闪存储器间的延迟，并可提高容量。Apache Pass模组预计将使用DD4或DDR5介面，并可能包括一些英特尔的专有协议。

JEDEC和SNIA的JESD248 DDR4 NVDIMM-N标准荣获最佳展品奖。该标准定义了NAND快闪存储器模组——预计接下来将获得许多公司采用，以扩展内部存储器资料库或提供新的快取层。

预计2019年导入商用

Gen-Z将免费与联盟成员分享支援基本读/写操作的RTL，可用于控制器、交换机和桥接器。展会中也将展示采用程式码的FPGA。

目前已有一款商用Gen-Z桥接器(最初针对处理器专有的一致性连接介面)正开发中，以及至少两款设计分别用于Gen-Z媒体控制器和交换机。

设计人员必须尽快决定是否将Gen-Z嵌入于至少一款处理器中，这些处理器预计要到2020年之后出货，但它们必须在硬体中支援Gen-Z，才能达到最高资料速率和最低延迟。

HPE已经打造出以存储器为中心的电脑原型了，采用的即是Gen-Z的早期版本。此外，该联盟也为多家公司认可的连接器加以定义。HPE研究人员兼Gen-Z创办人之一的Michael Krause表示：“它虽然不是一个巨大的生态系统，但正在成长中。”

从2011年开始的这项工作最初集中于智慧型手机，如今则看到服务器以及其他的资料中心设备成为更有利润的目标。HPE的另一个动机是为其新型存储器——忆阻器在寻找新市场之前预先铺路。

Krause表示，Gen-Z旨在成为通用的协议，广泛支援读/写、载入/储存以及缓冲区放置和获取。“当算术逻辑单元(ALU)与存储器通讯时，我试图让运算回到一开始。这种简单的模式为软体大幅削减开销，而且近来有很多人都在问如何破解存储器和储存软体堆叠。”

该联盟最近发布了新版规格，并从晶片和系统设计人员及其客户处获得了反馈。Krause说：“我还曾经与一家银行交谈，发现他们对于Gen-Z内建安全更感兴趣。”