隨著 DRAM 記憶體容量和頻率的持續增長，現有電腦記憶體的安全性也一直沒有得到提升。近日，JEDEC固態技術協會宣佈的最新第一代協議是由對DRAM容量和頻寬的需求增加，以及在計算系統中附加新興的持久記憶體的靈活方法所驅動的。NVDIMM-P 記憶體能夠在意外斷電時保留原有資料，與英特爾傲騰（Optane）記憶體晶片比較類似。

JEDEC混合DIMM任務組標準化NVDIMM主席Jonathan Hinkle表示，JESD304-4.01 DDR4 NVDIMM-P匯流排協議為混合DIMM技術提供了正式規範，如NVDIMM-P，它使設計工程師能夠將DDR的訪問速度與非易失性儲存器的可靠性和容量相結合，以改進資料管理。

該標準的關鍵目標是找到一種在執行時像DRAM一樣附加和利用各種永續性儲存器的方法，如磁阻隨機訪問儲存器(MRAM)、電阻隨機訪問儲存器(ReRAM)和相變儲存器(PCRAM)，包括Intel的Optane。

此圖為最近釋出的JESD304-4.01 DDR4 NVDIMM-P匯流排協議的一個示例實現，該協議為NVDIMM-P等混合記憶體技術提供了正式規範，使設計工程師能夠將DDR的訪問速度與非易失性儲存器的可靠性和容量相結合。

NVDIMM-P 的新功能：

永續性：作業系統能夠低延遲、高頻寬訪問非易失記憶體。

虛擬化的記憶體：在 DDR 通道啟用盡可能多的記憶體容量。

大容量：支援擴充套件的記憶體定址功能。

支援即插即用：在電腦開機時可以直接插入標準的雙列記憶體插槽，並立刻與同一總線上的 DDR 記憶體互動操作。

Hinkle表示，DDR4 NVDIMM-P匯流排協議與目前建立計算快速鏈路(CXL)生態系統很好地結合在一起。CXL生態系統的部分目標是減少資料在系統內的移動距離，並將其轉移到最適合工作負載的媒體上。“新的儲存型別有不同的特點，我們想要低延遲，非常快地訪問，但新儲存不一定遵循與DRAM相同的規則。”

首先，DRAMDRAM的效能完全取決於處理器的預期。相比之下，各種新的持久記憶體型別需要多花幾納秒，或者需要執行某些操作才能獲得資料返回。“我們需要在新協議中加入靈活性。“我們的目標是確保任何新出現的記憶體都能利用現有的快速通道; 該協議提供的記憶體媒介提取涵蓋了DDR通道上的任何記憶體介質，包括DRAM、MRAM或Optane等3D Xpoint媒體。

然而，Hinkle介紹，我們必須在變數和獲得更低延遲訪問之間找到平衡——完全變數允許任何東西被連線，但這將增加延遲並降低效能，這有利於支援靈活性。“我們努力使它能讓你從非常快的儲存中得到非常快的反應。”

該協議還支援擴充套件記憶體定址，以允許更高的記憶體容量，以及透過標準雙重內嵌式記憶體模組(DIMM)插座實現即插即用互操作性，並可在同一總線上與DDR DRAM記憶體進行執行時互操作。

DDR4 NVDIMM-P匯流排協議被設計成相容DDR4，而不是最新、最好的DDR5，因為DDR4正在廣泛生產。Hinkle介紹，協議的下一個主要迭代將包括對DDR5的支援。第一次迭代花了三年多的時間解決這個問題，其目的是開發一個開放的標準來響應行業需求，並適應不同的供應商提供不同型別的新興的、持久的記憶，而不是有一個合適的解決方案。得益於DDR4 NVDIMM-P匯流排協議，英特爾最近推出了Optane DIMM，可以極大的改變伺服器和資料中心處理資料集的方式。英特爾的Optane DIMM將使用3D XPoint記憶體，這是一種非易失性記憶體，是NAND和DRAM的融合。其亮點是3D XPoint在斷電後保留資料，這意味著它可以作為記憶體和儲存器進行定址，併為許多新的用例做好準備。“這確實是一種標準方式，我們可以觸控各種不同型別的記憶體，它具有我們可以支援的所有特徵，比如記憶永續性和更高的容量。”

英特爾正在定位DIMM以彌合DRAM和NAND之間的價格和效能差距，儘管目前還不知道具體的定價細節。但是，預計DIMM的價格遠低於目前的DDR4 DRAM。

能夠容納各種永續性記憶體的概念並不是一個新的嘗試。儘管非易失性記憶體主機控制器介面規範(NVMe) 主要設計目標是解鎖NAND快閃記憶體作為固態驅動器(SSD)的效能，此前這一效能受到硬碟驅動器架構的限制，但它也有潛力被用作其他基於永續性儲存器的裝置的介面，如MRAM和OPTANE媒體，而不僅僅是基於快閃記憶體的SSD。

CXL的三個協議可以單獨使用，也可以在特定的用例中組合使用，記憶體中的加速器可以支援密集計算，記憶體緩衝區可以支援記憶體容量擴充套件和儲存類記憶體。

CXL最近的快速發展還涉及到記憶體選項(volatile或non-volatile)的靈活性。它由三個協議組成，每一個協議都可以單獨或組合使用用於特定的用例，包括支援密集計算的記憶體加速器或支援記憶體容量擴充套件和儲存類記憶體的記憶體緩衝區。

延伸閱讀——NVDIMM到底是一個什麼神仙技術？

在計算機體系結構中，處理器CPU主頻增長及多核的出現使其效能以每年70%的速度在增加，而以DRAM為主流的儲存器效能每年提升約7%，這就導致了所謂的“記憶體牆”出現。應用方面，雲計算、大資料和一些高效能計算平臺迫切需增加記憶體容量。

NVDIMM就是應對這樣挑戰的產物，也正好能夠滿足相關企業提升效能的需求。

NVDIMM技術平衡記憶體與快閃記憶體效能差異

處理器與儲存器間的效能差異催生了NVDIMM(Non-Volatile Dual in Memory Module，非易失記憶體模組)的出現。非易失性記憶體指的是即使在不通電的情況下，資料也不會消失。因此可以在計算機非正常掉電、系統崩潰或正常關機的情況下，保持資料不丟失。NVDIMM技術平衡了傳統主流記憶體DRAM和非易失介質如Flash（快閃記憶體）/PCM（相變儲存）之間的效能差。

NVDIMM的誕生一方面解決了記憶體容量的需求，另一方面也解決了DRAM記憶體掉電易失的尷尬。在速度上，NVDIMM介於DRAM記憶體和NAND Flash儲存之間，它兼顧了DRAM訪問速度快和NAND Flash容量大的優點。以DRAM為主記憶體的儲存器容量目前在GB級別，但DRAM具有納秒級快速訪問的優點；與之相對的NAND Flash SSD儲存容量已經達到TB級別，而訪問速率卻在微秒級。

根據JEDEC標準化組織的定義,有三種NVDIMM的實現：

NVDIMM-N

在一個模組上同時放入傳統DRAM和flash快閃記憶體。計算機可以直接訪問傳統DRAM。透過使用一個小的後備電源,為在掉電時,資料從DRAM複製到快閃記憶體中提供足夠的電能。當電力恢復時,再重新載入到DRAM中。

NVDIMM-F：基於DDR介面的快閃記憶體盤

指使用了DRAM的DDR3或者DDR4匯流排的flash快閃記憶體，本質上講可以認為是一塊在DDR介面上的SSD。我們知道由NAND flash作為介質的SSD,一般使用SATA,SAS或者PCIe匯流排。使用DDR匯流排可以提高最大頻寬,一定程度上減少協議帶來的延遲和開銷。NVDIMM-F的主要工作方式本質上和SSD是一樣的。因此它的延遲在10的1次方微秒級。它的容量也可以輕鬆達到TB以上。

還有一個就是上述的NVDIMM-P。NVDIMM-P實際上是真正DRAM和flash的混合。它既支援塊定址,也支援類似傳統DRAM的按位元組定址。它既可以在容量上達到類似NAND flash的TB以上,又能把延遲保持在10的2次方納秒級。