RRAM et PCM en lice pour contrer l'essor de la 3D Xpoint

Le Saint-Graal de l’informatique serait de disposer de Teraoctets de mémoire persistante dans les serveurs. La technologie 3D XPoint d’Intel et Micron est pour l’instant l’un des concurrents sérieux dans cette quête, mais de multiples retards à l’allumage pourraient permettre à la concurrence de refaire son retard.

L’avènement d’une couche de mémoire vive persistante pourrait éviter aux applications de devoir en passer par le stockage de leurs données dans des blocs de 4Ko adressés par une pile d’entrées-sorties lente et compliquée. La différence est simple : il faut 20 nanosecondes pour écrire une donnée en RAM, alors qu’une opération d’écriture de bloc prend une microseconde ou deux avec de la mémoire Flash très performante et une dizaine de millisecondes avec des disques durs.

Au cours des deux dernières années, des alternatives ont commencé à émerger. Par exemple, un module NVDIMM (NonVolatile Dual Inline Memory Module) permet de doper les accès aux données tout en permettant d’assurer la persistance des données en cas de rupture d’alimentation électrique. Il y a actuellement deux types de NVDIMM:

• Les modules NVDIMM-F sont des barrettes DIMM à base de mémoire Flash  que l’on peut insérer à la place d’une barrette mémoire dans un emplacement DIMM et qui sont vues comme des SSD très rapides. Elles sont accessibles via la pile d’entrées-sorties historique (donc les transferts se font par blocs de 4K) au moyen d’un pilote spécifique (les serveurs doivent aussi disposer d’un firmware adapté). Malgré cette utilisation du chemin d’I/O historique, les barrettes NVDIMM-F affichent des performances significativement meilleures que celles des SSD ou cartes PCIe Flash, même si elles restent sensiblement plus lentes que la DRAM.

• Les barrettes NVDIMM-N sont quant à elles des barrettes DRAM traditionnelles, mais qui sont couplées à de la Flash et à un mécanisme de protection électrique (en général un supercondensateur). Le serveur accède à la RAM de façon standard et en cas de défaillance électrique, le contenu de la RAM est sauvegardé sur la Flash.En couplant les deux technologies, on approche des promesses de la mémoire persistante, mais avec quelques limitations. En particulier, le fait de devoir packager deux types de mémoire sur une même barrette et les contraintes de consommation électrique limite la capacité à quelques centaines de gigaoctets et pas à des téraoctets. Il faut aussi un support firmware spécifique dans les serveurs et des systèmes d’exploitation à même de reconnaître les NV-DIMM-N, notamment pour bien gérer la reprise après une panne d’alimentation.

Si ces deux types de NVDIMM ont la capacité de doper de façon drastique la performance d’un système, en particulier pour les bases de données, aucune n’est, en l’état, à même d’atteindre le vrai Graal de la mémoire persistante. Toutefois, la mémoire 3D Xpoint, une nouvelle technologie annoncée par Intel et Micron, offre des temps d’accès radicalement meilleurs que la Flash. Les deux sociétés entendent déployer la mémoire 3D XPoint dans des SSD, mais aussi au sein de barrettes NVDIMM.

Les SSD 3D Xpoint s’insèrent dans des serveurs existants, mais affichent des performances sensiblement supérieures. Il en va de même avec les barrettes NVDIMM, mais les limitations sont les mêmes qu’avec les actuelles NVDIMM-N: les supports firmware et OS ne sont pas encore mûrs, même si Intel a sans doute une petite longueur d’avance en la matière.

Mise en œuvre dans une NVDIMM, la 3D XPoint pourrait offrir environ 20% des performances de la mémoire vive standard. C’est suffisamment rapide pour que les deux technologies puissent cohabiter sur un serveur, la mémoire vive servant en quelque sorte de cache rapide pour masquer la différence de performance. Mais pour que l’ensemble fonctionne de façon transparente, de subtils changements sont requis au niveau logiciel.

L’idéal serait que les compilateurs soient à même de faire la différence entre les différentes classes mémoire, afin que le comportement des applications s’adapte à la nature des différents supports. Ces modifications sont en cours de développement. Intel et Micron sont confiants qu’elles arriveront en conjonction avec la disponibilité de la mémoire 3D XPoint.