新型存储介质教案资料.doc

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1、新型存储介质精品文档新型存储介质 作者：靳蕴瑶 来源：《世界家苑》2018年第08期        摘要：众所周知，在传统的计算机体系结构中，内存架构是层级制的。从片上的寄存器内存-高速缓存（cache），到片外的主存（DRAM），以及磁盘（disk）。不同的计算机硬件厂商可能在具体的等级划分数目上有所不同，但大体结构并无二致。由于存在寄存器内存-高速缓存-主存-硬盘存储器这样的从上到下的层级结构，越往下存储容量越大，价格更低，但是存取速度也越慢。更高密度、更大带宽、更低功耗、更短延迟时问、更低成本和更高可靠性是存储器设计和制造者追求的永恒目标。根据这一目标

2、，人们研究各种存储技术，以满足应用的需求。本文对目前几种比较有竞争力和发展潜力的新型存储介质做了一个简单的介绍。        关键词：存储介质；新型        由于CPU芯片大小的固有限制，寄存器内存不能太大，一般只有几十KB到几百KB的存储容量。所以，一个更好地改造目标是DRAM，近年来随着技术的进步和成熟，DRAM已经从从2GB发展到如今的8GB，16GB甚至更高，且速度性能也在不断提升。但是，随着近些年内存计算技术的兴起，越来越多的应用需要将更多数据放入内存中进行操作，内存空间就成为了一个不可忽视的瓶颈。如何能够在保证访问速度的情况下，提升内存存

3、储空间成为了一个极具挑战力的课题。        1scm介质        SCM（StorageClassMemory）是当前业界非常热门的新介质形态，同时具备持久化和快速字节级访问的特点。SCM介质的访问时延普遍小于1μs，没有NANDFlash顺序写入和写前擦除的约束，操作过程更简单；SCM介质的在寿命和数据保持能力方面的表现也远超NANDFlash。基于这些特点，业界普遍认为SCM会成为颠覆存储系统设计的新一代介质，并优先应用于性能和可靠性要求较高的场景。        1.1PCM相变存储器        相变存储器，是指利用特殊合金材料在晶态和

4、非晶态下的导电性差异来表示0或者1的状态。        缺点是对于高温比较敏感，PCM可用于Cache加速场景和大内存应用场景，由于其寿命和内存仍有一定差距，因此需要在系统设计上针对PCM进行优化以避免“写穿”。但结构简单，便于实现大容量和低成本。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档        主要用于Cache加速和Cache内存应用，考虑到PRAM的成熟度、对热度敏感和写穿透等因素，在应用中一般搭配DRAM或SRAM一起使用，在填补RAM和Storage之间的性能、容量差距的同时，形成具有分級能力的高速Cache应用资源池；其典型代表为In

5、tel和Micron联合研发的Intel的3DXpoint。        1.2ReRAM阻抗随机存储器        阻抗随机存储器，是通过在上下电极间施加不同的电压，控制Cell（存储单元）内部导电丝的形成和熔断对外呈现不同的阻抗值。        它的读写寿命和性能都较低，但优点是它的不同阻抗值可以表示不同状态，理论容量密度和成本可以最优。        主要应用于高速的数据存储场景。典型代表厂商为HPE和Crossbar，目前成熟度有待加强。        1.3MRAM磁性随机存储器        磁性随机存储器，是通过电流磁场改变电子自旋方向来

6、表示不同状态。        它的缺点很明显，工艺成熟度低，实际产品容量密度也较小。但它的理论性能和寿命都很高，当前理论研究较为成熟。        适用于贴近CPU侧的高速缓存（如L2Cache，LLCache），代表厂商为Toshiba和Everspin。        1.4NRAM碳纳米管随机存储器        碳纳米管随机存储器，是采用碳纳米管作为开关，控制电路通断表示不同的数据状态。        它的缺点是工艺成熟度低，实际产品容量密度较小，但由于碳纳米管尺寸非常小并且具备极强的韧性，因此NRAM理论制程可以达到5nm以下，密度和寿命及其优秀

7、，理论功耗也比较低，具有极强的发展潜力。        可用于替代SRAM（Staticrandom-accessmemoryorStaticRAM）的应用场景。当前由Nantero授权其他存储芯片厂商加工，成熟度比较低，距离规模商用仍需很长的发展历程。        2非易失存储器（NVM）        非易失性存储器是指当电流关掉后，所存储的数据不会消失者的电脑存储器。非易失性存储器中，依存储器内的数据是否能在使用电脑时随时改写为标准。分为二大类产品，即ROM和Flashmemory。当然，NVM并不是指某种特定的硬件介质内存，而是针对具有非易失特性的

8、内存的统称。目前有几种比较具有发展潜力的新型非易失性