Definition

Was ist NVDIMM-P?

| Autor / Redakteur: Walter Schadhauser / Rainer Graefen

Speicherarchitektur en miniature
Speicherarchitektur en miniature (Bild: Jedec)

Während NVDIMM-N den Inhalt des DRAMs auf Flash-Speicher kopiert und NVDIMM-F einen größeren internen wie auch extern anschließbaren Flash-Speicher ermöglicht, bringt NVDIMM-P eine Speicherarchitektur auf das Hauptspeichermodul, die DRAM als Cache für einen wesentlich größeren Halbleiterspeicher nutzt und wo eine im Controller installierte Speichersoftware für einen persistenten Hauptspeicher mit geringstmöglichen Latenzzeiten sorgt.

Noch stehen viele Fähigkeiten dieser neuartigen Speicherarchitektur nur in den Präsentationen von Jedec und SNIA, und die Standardisierung von NVDIMM-P, die für 2018 geplant ist, steht noch aus. Wahrscheinlich wird dann gleich die DDR5-DRAM-Generation mit 64 GByte Kapazität und erhöhten Zugriffsgeschwindigkeiten zum Einsatz kommen.

Nimmt man es von der wirtschaftlichen Seite, so kostet das GByte-DRAM derzeit 15 Euro. Mit NVDIMM-P würden sich die Kosten, so schätzen Gartner-Analysten, auf wenige Euro pro GByte reduzieren. Zudem basiert der Fertigungsprozess von DRAM und Halbleiterspeicher auf den selben Produktionsmethoden, so dass hier Skaleneffekte bei der Kostenreduktion zu erwarten sind.

Die Grundlagen für KI und Autonomie

Technisch betrachtet bringt man eigentlichen einen Bit- und einen Blockspeicher zusammen, wenn man sich das Ganze als DRAM- und Flash-Hybrid vorstellt. Doch ein Halbleiterspeicher wie Intels 3D Xpoint oder Western Digitals ReRAM bringt auch die Fähigkeiten zur bitweisen und fast unbegrenzt häufigen Speicherung mit. Nebenbei bemerkt: Die Zugriffsart macht den Unterschied zwischen schnellem Memory und langsamen I/O-Storage aus. Damit sitzt das Hybrid-Modul auf der schnellstmöglichen Datenverbindung, dem Systembus, zum Prozessor.

Auf der Softwareseite kommt das schon heute Furore machende NVMe-Protokoll (Non Volatile Memory Express) zum Einsatz. Das ist geschätzt 30 Prozent schlanker als SCSI und arbeitet mit vorerst nur einfach strukturierten 13 Befehlen. Interessant ist ebenso die Warteschlangen-Architektur. Unterstützt werden 64.000 Warteschlangen mit je 64.000 Einträgen. NVMe ist deshalb kein Flaschenhals und bringt in Zeiten von Scale-Out-Architekturen eine bislang unbekannte Skalierfähigkeit mit.

Von NVMe gibt es auch eine Netzwerkvariante namens NVMe over Fabric/Ethernet/Infiniband. Die Fabric-Infrastruktur soll nur eine zusätzliche Latenz von etwa 10 Mikrosekunden zum NVMe-Protokoll addieren. Weitere Protokoll-Fähigkeiten sorgen z. B. bei einem Cache miss für extrem schnelles Nachladen. Während bei einem DRAM-Speicher die Daten im Speicher stehen müssen, beherrscht NVMe den Out-of-Order-Befehl und kann deshalb fehlende Daten nachfordern.

Eine weitere wichtige Eigenschaft von NVMeoF ist, dass das Protokoll RDMA-Fähig ist. Das Remote Direct Memory Access Protocol gestattet Anwendungen direkt ins Memory zu schreiben oder von dort zu lesen. Die Kommunikation zwischen Programmen / Clusterknoten würde bei Benutzung enorm beschleunigt werden. Allein, kommerzielle Software wird das wahrscheinlich erst in zehn Jahren beherrschen.

Auf der Managementebene wird NVDIMM-P ähnliche Fähigkeiten bekommen, wie es sie mit S.M.A.R.T bei Festplatten gibt. Das ist bei Ausweitung des Storage-Class-Memory in TByte- und Petabyte-Bereiche unvermeidlich. Auslastung, Fehler, Konfiguration, Topologie des Speicheraufbaus und die Funktionsfähigkeit jeder einzelnen Speicherzelle müssen beständig kontrolliert und abfragbar werden.

Wermutstropfen

NVDIMM-P ist nicht rückwärtskompatibel. Aber wo ein Wille ist, da ist auch eine herstellerspezifische Lösung in Sichtweite, die unter dem Namen NVDIMM-X oder NVDIMM-P+ den Mearkt erobern soll. Dieser Kompatibilitätsmodus wird wie im SSD-Betrieb mit Blockzugriffen und Wear-Levelling Lese- und Schreiboperationen arbeiten. Byte-Zugriffe wie bei DRAMs sind nicht vorgesehen. So müssen Software-Entwickler nur den Gerätetreiber, nicht aber ihre Software anpassen.

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