SCM技术对存储产业存在影响吗

储存级记忆体（Storage Class Memory， SCM）概念虽然早在2008 年就已被IBM 等厂商提出，但2019 年才可说是SCM 元年。

储存级记忆体SCM 是一种介于DRAM 与NAND Flash 之间的技术概念。应用上大致可分为储存及记忆体两种形式。是作为底层储存装置，或混合 SSD 使用，另一种则用于辅助DRAM 来提供加速存取的效果。简单来讲，SCM 就是DRAM 与SSD 的中介，一种高速读写的非挥发性记忆体技术，用来改善系统整体I/O 效能。

在理想中，它是一种速度能与DRAM 媲美，但成本逼近传统硬盘的新型储存技术。当然目前大概只有读取速度能与DRAM 比肩，写入速度仍有差距，且在SSD 的单位成本已逼近传统硬盘的境况下，SCM 还没有足够的性价比做为底层储存装置。

且实际上，还有诸多被指望成为SCM 的技术尚未决出胜负，包括相变化记忆体（PCM）、磁性记忆体（MRAM）、电阻式记忆体（RRAM）等，但达到商品化的，目前市面上仅有少数大厂如英特尔与美光合作的3D XPoint 及三星的Z-NAND 技术。

SCM 弥补落差

而这些技术的目标及潜力都在于能弭平DRAM 与SSD 读写速度的鸿沟。理论上，现代资讯系统由于内装置性能的落差徒增不少功耗，资料往返所耗费的时间，成为整体性能的短板，所以在处理器与记忆体之间设有暂存器及快取等，而引入SCM 做为记忆体缓冲或SSD 快取，也都是为了解决这样的问题。

储存单元比较。（Source：科技新报）

当然记忆体内处理（In-memory Computing）才是更理想的方案，其将储存设备间资料交换与运算的过程，改成直接从记忆体存取资料，和以传统硬盘构成的资料储存架构相比，能更快速地回传结果，特别适合需要大量即时资料分析的应用环境，而SCM 的问世朝此迈出了相当大的一步。

当然SCM 离完全取代SSD 仍需一段时日，不过已先重燃了分层储存架构应用。近年来在SSD 成本越来越低的情况下，原先自动分层储存技术（Auto-Tiering）所提供的效能就不再那么引人关注。但如今由DRAM、SCM、SSD 所构成的新分层储存架构，将在兼具成本效益下，进一步改善系统性能。

由SCM 及DRAM 架构出的统一寻址空间，等同于扩大伺服器的缓存规模。尤其是在SCM 结合SSD 标准NVM Express（NVMe）后，能更进一步降低延迟。所以除了硬件进展之外，NVMe 的发展也备受瞩目。在2017 年英特尔所推出的NVMe SCM 产品获得相当大的成功。基于与晶片组及处理器直接点对点传输的PCIe 介面的NVMe，可说是现今要发挥SCM 概念的必然设计。

NVMe 形成生态

且NVMe 早已不仅仅是单纯的逻辑装置介面标准，更逐渐扩展成一套生态系统，细分出了NVMe-MI（NVMe Management Interface ）以及NVMe-oF（NVMe over Fabrics）等协定。

NVMe生态架构。（Source：NVM Express官网）

其中NVMe 作为主要标准，规范了Host 对储存装置的读写、存取以及资源管理等功能，而NVMe-MI 则能透过SMBus/I2C 及MCTP 等进行带外管理。NVMe-oF 则是一种基于NVMe 的网路协定，支援如FC（Fibre Channel）、RoCE（RDMA over Converged Ethernet）、iWARP（Internet Wide-area RDMA Protocol）与InfiniBand 等网路环境，展现出应用在更广泛系统的潜力。

使用NVMe-oF 架构，将能替分散式系统带来更低延迟，扩大记忆体内处理，且NVMe 不仅仅是逻辑上的协议接口，更是一种可扩充指令标准。这些技术特点受到机器学习（Machine Learning）工程师的青睐，以之建构出更高性能、更深入的神经网路。在机器学习的过程中，计算处理和储存之间需要反覆的交换大量数据，且对延迟的要求也非常高。

甚至可以说，机器学习应用是现在NVMe SCM 最能展现成本效益的方式。对AI 加速器的需求，带动了对新兴记忆体的研究。尤其在现今GPU 计算力发展遥遥领先之下，其他零组件的协调性成为新兴科技发展的短板。还有高速、低延迟等特性，也相当完美的符合诸如5G 通讯等技术需求，NVMe SCM 因此成为催生新兴科技的关键。

新兴科技共识

所以将NVMe SCM 纳入系统可以说已成为趋势，令许多厂商趋之若鹜。Dell EMC、IBM、Hitachi、HPE、Fujitsu 与华为等大厂近年来也都纷纷推出了相关的高阶企业储存解决方案。伺服器市场已被快速改变，由扩展规模转为追求低延迟，全快闪的产品出货已压过混合阵列。各家厂商甚至也借此推出了基于AI 的云端化管理系统，透过NVMe SCM 来有效减轻维运负担。

总而言之，NVMe SCM 不仅是单一硬件产品的进步，更影响了大数据、人工智能、5G、云端生态等技术，促进了业界对于传输规范共识的同时，对现今的资讯系统架构带来变革。当此技术越趋于成熟，就能更快的催化出新兴科技。虽然还有一段相当长的路要走，但或可如此譬喻，NVMe SCM 将会是记忆体的终局之战。

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