SCM技術(shù)對存儲產(chǎn)業(yè)存在影響嗎

儲存級記憶體（Storage Class Memory， SCM）概念雖然早在2008 年就已被IBM 等廠商提出，但2019 年才可說是SCM 元年。

儲存級記憶體SCM 是一種介于DRAM 與NAND Flash 之間的技術(shù)概念。應用上大致可分為儲存及記憶體兩種形式。是作為底層儲存裝置，或混合 SSD 使用，另一種則用于輔助DRAM 來提供加速存取的效果。簡單來講，SCM 就是DRAM 與SSD 的中介，一種高速讀寫的非揮發(fā)性記憶體技術(shù)，用來改善系統(tǒng)整體I/O 效能。

在理想中，它是一種速度能與DRAM 媲美，但成本逼近傳統(tǒng)硬盤的新型儲存技術(shù)。當然目前大概只有讀取速度能與DRAM 比肩，寫入速度仍有差距，且在SSD 的單位成本已逼近傳統(tǒng)硬盤的境況下，SCM 還沒有足夠的性價比做為底層儲存裝置。

且實際上，還有諸多被指望成為SCM 的技術(shù)尚未決出勝負，包括相變化記憶體（PCM）、磁性記憶體（MRAM）、電阻式記憶體（RRAM）等，但達到商品化的，目前市面上僅有少數(shù)大廠如英特爾與美光合作的3D XPoint 及三星的Z-NAND 技術(shù)。

SCM 彌補落差

而這些技術(shù)的目標及潛力都在于能弭平DRAM 與SSD 讀寫速度的鴻溝。理論上，現(xiàn)代資訊系統(tǒng)由于內(nèi)裝置性能的落差徒增不少功耗，資料往返所耗費的時間，成為整體性能的短板，所以在處理器與記憶體之間設(shè)有暫存器及快取等，而引入SCM 做為記憶體緩沖或SSD 快取，也都是為了解決這樣的問題。

儲存單元比較。（Source：科技新報）

當然記憶體內(nèi)處理（In-memory Computing）才是更理想的方案，其將儲存設(shè)備間資料交換與運算的過程，改成直接從記憶體存取資料，和以傳統(tǒng)硬盤構(gòu)成的資料儲存架構(gòu)相比，能更快速地回傳結(jié)果，特別適合需要大量即時資料分析的應用環(huán)境，而SCM 的問世朝此邁出了相當大的一步。

當然SCM 離完全取代SSD 仍需一段時日，不過已先重燃了分層儲存架構(gòu)應用。近年來在SSD 成本越來越低的情況下，原先自動分層儲存技術(shù)（Auto-Tiering）所提供的效能就不再那么引人關(guān)注。但如今由DRAM、SCM、SSD 所構(gòu)成的新分層儲存架構(gòu)，將在兼具成本效益下，進一步改善系統(tǒng)性能。

由SCM 及DRAM 架構(gòu)出的統(tǒng)一尋址空間，等同于擴大伺服器的緩存規(guī)模。尤其是在SCM 結(jié)合SSD 標準NVM Express（NVMe）后，能更進一步降低延遲。所以除了硬件進展之外，NVMe 的發(fā)展也備受矚目。在2017 年英特爾所推出的NVMe SCM 產(chǎn)品獲得相當大的成功?；谂c晶片組及處理器直接點對點傳輸?shù)腜CIe 介面的NVMe，可說是現(xiàn)今要發(fā)揮SCM 概念的必然設(shè)計。

NVMe 形成生態(tài)

且NVMe 早已不僅僅是單純的邏輯裝置介面標準，更逐漸擴展成一套生態(tài)系統(tǒng)，細分出了NVMe-MI（NVMe Management Interface ）以及NVMe-oF（NVMe over Fabrics）等協(xié)定。

NVMe生態(tài)架構(gòu)。（Source：NVM Express官網(wǎng)）

其中NVMe 作為主要標準，規(guī)范了Host 對儲存裝置的讀寫、存取以及資源管理等功能，而NVMe-MI 則能透過SMBus/I2C 及MCTP 等進行帶外管理。NVMe-oF 則是一種基于NVMe 的網(wǎng)路協(xié)定，支援如FC（Fibre Channel）、RoCE（RDMA over Converged Ethernet）、iWARP（Internet Wide-area RDMA Protocol）與InfiniBand 等網(wǎng)路環(huán)境，展現(xiàn)出應用在更廣泛系統(tǒng)的潛力。

使用NVMe-oF 架構(gòu)，將能替分散式系統(tǒng)帶來更低延遲，擴大記憶體內(nèi)處理，且NVMe 不僅僅是邏輯上的協(xié)議接口，更是一種可擴充指令標準。這些技術(shù)特點受到機器學習（Machine Learning）工程師的青睞，以之建構(gòu)出更高性能、更深入的神經(jīng)網(wǎng)路。在機器學習的過程中，計算處理和儲存之間需要反覆的交換大量數(shù)據(jù)，且對延遲的要求也非常高。

甚至可以說，機器學習應用是現(xiàn)在NVMe SCM 最能展現(xiàn)成本效益的方式。對AI 加速器的需求，帶動了對新興記憶體的研究。尤其在現(xiàn)今GPU 計算力發(fā)展遙遙領(lǐng)先之下，其他零組件的協(xié)調(diào)性成為新興科技發(fā)展的短板。還有高速、低延遲等特性，也相當完美的符合諸如5G 通訊等技術(shù)需求，NVMe SCM 因此成為催生新興科技的關(guān)鍵。

新興科技共識

所以將NVMe SCM 納入系統(tǒng)可以說已成為趨勢，令許多廠商趨之若鶩。Dell EMC、IBM、Hitachi、HPE、Fujitsu 與華為等大廠近年來也都紛紛推出了相關(guān)的高階企業(yè)儲存解決方案。伺服器市場已被快速改變，由擴展規(guī)模轉(zhuǎn)為追求低延遲，全快閃的產(chǎn)品出貨已壓過混合陣列。各家廠商甚至也借此推出了基于AI 的云端化管理系統(tǒng)，透過NVMe SCM 來有效減輕維運負擔。

總而言之，NVMe SCM 不僅是單一硬件產(chǎn)品的進步，更影響了大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、云端生態(tài)等技術(shù)，促進了業(yè)界對于傳輸規(guī)范共識的同時，對現(xiàn)今的資訊系統(tǒng)架構(gòu)帶來變革。當此技術(shù)越趨于成熟，就能更快的催化出新興科技。雖然還有一段相當長的路要走，但或可如此譬喻，NVMe SCM 將會是記憶體的終局之戰(zhàn)。

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