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今天的计算机需要在由多个不同类型的短期和长期存储器构成的错综复杂的系统中来回移动数据。这就难怪工程师们很久以来都一直梦想有一种内存技术——能够简化计算和数据路径的通用内存——能够支配全部这些存储器。
3月份，英特尔宣布将发售一款面向数据中心的新型固态驱动，名为“闪腾”（Optane）。据称它能够使这类简化成为现实。闪腾驱动与闪存一样是非易失性的，这就意味着该驱动相对来说几乎不需要使用备用电源，且速度与动态随机存取存储器（DRAM）一样快。“这真正开始将内存和存储世界结合在一起。”英特尔公司的首席执行官布莱恩•柯再奇（Brian Krzanich）在推广视频中伴随着不断增强的雄壮旋律介绍说。英特尔的执行副总裁威廉•霍尔特（William Holt）在同一个视频中称该技术“几乎成为内存中的圣杯”。
闪腾所采用的神秘的3D XPoint技术能否兑现这一承诺，很大程度上取决于其性能表现，以及英特尔使用新材料扩大制造和拓展相应市场的能力。正在发售的这一款375千兆字节的闪腾驱动售价为1520美元，大约是同等容量普通固态驱动价格的3倍。
据英特尔非易失性内存架构部门的詹姆斯•迈尔斯（James Myers）介绍，这是第一款能够使数据中心使用数量相对较少的服务器做较多工作的产品。他以运行MySQL数据库的服务器为例。应用程序会采用该数据库来存储即时信息。同等闪存驱动每秒可以处理1400次这类交易，而闪腾驱动每秒可以处理超过1.6万次。
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闪腾驱动的推出非常高调，但是英特尔对于其背后所用的技术却三缄其口。迈尔斯称“3D”指的是存储单元堆叠的方式；“XPoint”暗指存储元件的排列方式。闪存元件必须以组为单位进行读写，而位于互连交叉点的XPoint元件则能够被单独读写。迈尔斯称这一架构以及存储材料本身固有的某些特性使得3D XPoint的速度要快于闪存的速度。
英特尔公司（最初与美光公司共同开发3D XPoint技术）不肯说出这项技术到底是什么，但这似乎并没有给研究人员和分析师造成困扰。“每个人似乎都认为它是一个相变存储器，”半导体分析师吉姆•汉迪（Jim Handy）说，“我并不在意。”他关心的——也是英特尔希望其客户关心的——是它的性能。
当今存储器分级体系的复杂性是无可避免的恶魔。这一体系通常是包括磁盘和闪存、DRAM和静态随机存取存储器（SRAM）在内的综合结构。每个技术都有其自身的优势，因此它们必须结合在一起。数据从速度快但价格高的SRAM的缓存（这些缓存靠近处理器并嵌入其内）传送至速度较慢但价格稍微便宜一点（但依然很昂贵）的DRAM中。最后，数据被储存在速度慢但可靠的闪存和/或硬盘驱动中。即便无法在一项存储技术中做到所有这些，仅使用一个作为靠近处理器的工作内存，而另一个作为长期存储器，也有助于简化工作。英特尔称XPoint可以作为比闪存和磁性硬盘速度更快的替代选择。该公司亦建议可使用XPoint作为DRAM的补充或者替代品。
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“DRAM的功耗无人能及，因此无论采取什么办法，只要能够摆脱它就是一个好办法。”汉迪如是说。比如，根据加州大学圣地亚哥分校的计算机科学家史蒂芬•斯旺森（Steven Swanson）的介绍，人们认为谷歌将整个互联网的索引都储存在了多个能耗高、存取速度快的DRAM服务器上。如果它能够将这些索引转移到据英特尔声称存储密度为DRAM 10倍的3D XPoint上，谷歌就可以减少服务器的使用数量，从而节约能源和成本。
英特尔也提供了可以使计算机将闪腾作为内存而不是存储器使用的软件，但速度不快。闪腾驱动器的延迟最多为7或者8微秒——比延迟为数百微秒的闪存要快得多，但并没有达到DRAM的数百纳秒的低水平。闪腾驱动受到其所使用的接口的束缚：它们被接入到存储接口而非内存接口。
斯旺森说，短期来看，英特尔的驱动器不太可能取代任何一种现有的内存技术，但是将作为这些技术的补充。他于2011年基于英特尔的3D XPoint技术打造了一个实验驱动器。他预计通往内存和存储简化的道路将非常复杂，因为必须重新设计计算系统以便为数据规定新的路由路线。
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斯旺森和汉迪相信英特尔从存储开始着手是为了帮助消除发布新的内存技术的一些风险。将闪腾作为内存需要设计新的电路板以及与程序员合作。为实现这些，英特尔需要表明3D XPoint技术有市场，同时证明其可靠性。英特尔称，将在2018年推出使用内存接口的产品。即便使用内存接口，3D XPoint的速度也不会和DRAM一样快，但英特尔承诺它的密度会更大，价格也会更便宜。
届时，这一新内存能否成功，将取决于数据中心是否会在该公司努力扩大生产的同时接受这一退而求其次的早期形式产品。虽然大家普遍承认今天的内存和存储体系存在缺陷，但是改变这一体系却是一个冒险的举动。“几乎所有的内存企业都存在一到两个这一技术的潜在竞争者，在投入巨资之前他们都在观望。”斯旺森说。
内存爱好者对于真正的通用内存在物理上是否确实可行意见不一。也许它最大的用处就是作为引导计算机行业前进的目标。“通用内存的概念非常具有吸引力，因为这一想法是为了简化，”密歇根大学计算机科学家兼电阻式随机存取存储器初创企业Crossbar的首席科学家卢伟称，“我们面临着大数据问题，而目前的计算机从根本上来说并不擅长应对这个问题。”
作者：KatherineBourzac
2030年的电网
脑机接口 心想事成
反思计算机科学入门课程
