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SCM 介于DRAM与NAND之间的新一代高速存储介质,或将引领计算机软硬件变革

SCM 介于DRAM与NAND之间的新一代高速存储介质,或将引领计算机软硬件变革

在当今数据驱动的时代,计算机存储系统的性能瓶颈日益凸显。动态随机存取存储器(DRAM)虽速度快,但成本高、断电易失;而NAND闪存虽容量大、成本低、非易失,但速度较慢、擦写寿命有限。正是在这一背景下,存储级内存(Storage-Class Memory, SCM)应运而生,它巧妙地在速度、容量、成本、持久性之间寻找新的平衡点,被誉为有望最终取代传统闪存,成为新一代首选高速存储介质的革命性技术。

从技术定位来看,SCM是一种新型的非易失性存储器,其性能指标介于DRAM和NAND之间。它不像DRAM那样需要持续电力刷新来保持数据,具有断电后数据不丢失的特性;其读写速度(尤其是延迟)远优于NAND闪存,且擦写寿命更长。目前,已实现商业化的SCM技术主要包括英特尔与美光联合推出的3D XPoint(如英特尔傲腾系列)、相变存储器(PCM)、磁阻存储器(MRAM)和电阻式存储器(ReRAM)等。这些技术通过不同的物理机制实现数据的快速、持久存储,为存储架构带来了根本性的变化。

SCM有望最终取代闪存成为首选高速存储介质,这一趋势主要源于其多方面的核心优势。在性能上,SCM的延迟可比NAND闪存低数个数量级,更接近DRAM,能极大缓解存储I/O瓶颈,特别适用于需要极低延迟和高吞吐量的应用场景,如高频交易、实时数据分析、大型数据库等。在耐用性方面,SCM的擦写次数远高于NAND闪存,降低了因磨损导致的更换频率和维护成本。其字节可寻址的特性,使得它可以像内存一样被CPU直接访问,这模糊了传统内存与存储的界限,为软硬件协同设计开辟了新天地。

SCM的崛起将深刻重塑计算机软硬件架构。在硬件层面,它可能催生新的存储层次:位于DRAM之下、传统SSD/HDD之上,甚至在未来直接与内存总线连接,作为持久内存(Persistent Memory)使用。例如,英特尔傲腾持久内存就已允许应用程序将大量数据保持在接近内存的速度访问,同时保证持久化。这减少了数据在DRAM和存储间来回搬运的开销,提升了整体效率。

在软件与系统层面,SCM的到来要求操作系统、文件系统、数据库乃至应用程序进行重大革新。传统的基于块设备的I/O栈需要优化,以支持SCM的字节寻址和持久化特性。新的编程模型和持久化数据结构库(如PMDK)正在发展,使开发者能够更直接、高效地利用SCM的潜力。数据库系统可以重新设计,将热数据直接存放在SCM中,实现近乎内存的访问速度,同时保障数据安全。虚拟化和云计算环境也能从SCM的高性能和低延迟中获益,提供更优质的服务。

SCM要全面取代NAND闪存也面临挑战。目前,其每比特成本仍高于NAND闪存,产能和市场份额尚在爬升期。整个生态系统(包括硬件接口标准、软件栈、开发者工具和知识)的成熟需要时间。NAND闪存本身也在不断演进(如QLC、PLC技术提升容量,以及接口速度提升),短期内仍将在高容量、低成本存储领域占据重要地位。

随着制造工艺的进步、规模效应的显现以及生态系统的完善,SCM的成本有望逐步下降,其性能与成本的优势将更加凸显。它很可能不是简单地“取代”闪存,而是推动存储体系结构走向更精细的分层与融合:SCM承担对速度、延迟和耐用性要求极高的关键任务;DRAM作为顶级缓存;而NAND闪存和HDD则专注于大容量、冷数据存储。这种分层存储架构,结合智能数据管理,将最大化整个系统的性价比和效率。

SCM作为介于DRAM和NAND之间的新一代存储介质,正凭借其卓越的性能、持久性和可字节寻址特性,从底层推动计算机软硬件的协同演进。它不仅是存储技术的升级,更是计算架构变革的重要催化剂,有望在未来数年内,逐步成为高速存储领域的首选,为人工智能、大数据、物联网等前沿应用提供更强大的数据基石。

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更新时间:2026-01-12 08:44:44