加州大學聖地亞哥分校與鎂光,BEEcube,Xillinx等公司合作,成功製成了一台使用PCM相變內存構造的固態硬盤設備,這種SSD存儲設備的讀寫速度要比現有的SSD硬盤快上6倍,更比現有的常規機械式硬盤快上數千倍。 這台存儲設備被命名為Moneta。

PCM相變內存芯片存儲和寫入數據的方法是利用硫族材料遇熱時會在非晶態或結晶態之間變化,從而改變材料的電阻值的特性,在寫入數據時往硫族材料中通以大電流(產生較大熱量),在讀取數據時則只通以數值較小的電流(熱量產生較小)。

這台Moneta機型中使用的是鎂光生產的第一代PCM相變內存芯片。 機型的大尺寸數據讀取峰值速度為1.1GB/s,寫入峰值速度為371MB/s。 在讀寫少量數據時(如讀寫512B數據),讀入峰值速度可達327MB/s,寫入速度則可達91MB/s。 可見Moneta機型的讀寫性能相比SSD硬盤的性能提升幅度在1-6倍之間。 其讀寫延遲時間更低,而且省電性能也更好,尤其在讀寫大量數據時。

Moneta的第二代產品有望在6-9個月之後準備就緒,類似機型的正式推出上市則可能還要等上幾年時間,這主要是由於與相變內存技術匹配的其它基礎技術還有需要修改之處。 聖地亞哥分校的研究人員Steven Swanson表示:“你可以造出速度更快得多的存儲設備,但是...同時與之配套的管理軟件也必須改寫。過去40多年來,存儲系統的配套軟件都是基於速度極慢的磁盤技術而設計的。而要想讓基於相變內存技術的存儲設備充分發揮性能優勢,就必須對系統軟件進行徹底的變革。”

Moneta機型將在本月7-8日舉辦的DAC會展儀式上展出。

 

一種叫做相變存儲器(phase-change memory)的新型數據存儲技術已經被證明在寫某些類型的數據時比傳統的閃存速度快。這項測試所使用的是基於相變存儲芯片原型的磁盤驅動器。

基於固體閃存芯片的磁盤在計算機和服務器中得到了越來越多的應用,這是因為其性能比傳統的磁盤驅動器高。由加利福尼亞大學聖地亞哥分校(University of California San Diego)的研究人員所開發的實驗性相變磁盤驅動器的性能表明,過不了多久,這項技術就可以讓計算設備的速度得到大幅度提升。

研究人員開發的原型首次公開對磁盤驅動器中相變存儲芯片的性能進行了基準檢查。許多半導體公司致力於相變芯片的開發,但他們還沒有發布要使用相變芯片來開發存儲設備的消息。

“現在並不是相變芯片的黃金時期,但如果技術持續發展的話,這就是(固態硬盤)在未來幾年內會變成的樣子,”斯蒂夫·斯旺森(Steve Swanson)說,他和同事一起開發了Onyx原型。該原型有8G的數據容量,與服務器中斯旺森所謂的“高端”80GB閃存盤展開了競爭。

在寫入千字節大小的小批量數據時,Onyx比傳統驅動器的速度快了70%到120%。同時,該原型大大減小了所使用的計算機處理器的計算負載。在訪問任何大小的數據塊時,讀取數據的速度也比閃存盤快了很多。Onyx擅長的大容量、小讀寫模式正是分析社交網絡如Twitter時所進行的計算類型的特點,斯旺森說。但是,在寫入大塊數據時,Onyx比其商業競爭對手還是要慢很多的。

Onyx使用Micron公司生產的相變芯片原型,該公司主要致力於相變芯片技術的產業化。芯片把數據保存在一種類型的玻璃中,通過加熱來切換錶示數字1和0的兩種狀態或相位的材料區,在一個相位中,玻璃的原子以有序晶體排列,在另一個相位中,它們以非晶形無組織的形式排列。

Onyx所具有的性能是因為把數據寫入相變芯片的過程較之閃存芯片更簡單,閃存芯片在半導體塊上把數據保存成電荷島的形式,斯旺森說。閃存芯片不能按要求重寫單個信息比特(1或0)。必須從固定大小的“頁”中刪除數據,然後返回要求的數據進行編程。這限制了這項技術的速度。“在繼續使用正確數據的時候,它要求閃存設備有軟件能記錄日誌,” 斯旺森說。“有了相變存儲器,你可以任意的重寫需要的數據。”

薩達哈瓦·古魯摩奇(Sudhanva Gurumurthi)在弗吉尼亞理工學院(Virginia Tech)研究計算機體系結構,他說,聖地亞哥的項目對於展示相變存儲器芯片性能有非常大的價值。“許多研究都對該芯片的運行方式進行了仿真,但這個研究洞察出了仿真捕捉不到的複雜性,”他說。但這項技術的價格會決定其在什麼時候能成為有競爭力的技術,古魯摩奇說。

古魯摩奇的研究表明,與其等待相變存儲器足夠便宜時再用到專有設備上,不如結合使用相變存儲器和閃存,因為後者使得新技術到達市場的時間比前者要短。仿真顯示,在閃存盤上增加一個小的相變存儲器緩衝區就可以簡化寫入小批量數據的過程,這種操作在閃存上運行效率最不好。“我們發現這極大的提升了性能,” 古魯摩奇說。“這也許足夠抵消增加少量相變存儲器的代價。”

 

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