许山白

基于冯诺依曼结构的计算机，从根本原理开始就和存储器的性能息息相关。即使经过如此多年的发展，为了解决存储方面的瓶颈，计算机仍然不得不使用寄存器、缓存、内存、硬盘这样的多级缓冲存储结构，以达到满足性能需求并降低成本的要求。去年，英特尔和美光宣布了全新3D XPoint存储技术，能够在很大程度上解决存储系统中硬盘和内存速度差异太大的问题。和目前的存储器介质相比，3D XPoint除了工艺和部分结构，在读写原理和特性上有了革命性的进步，今年也许会是首款商业化的非易失性超高速、长寿命存储设备，因此值得我们重点关注。

性能鸿沟——目前存储器存在的一些问题

存储器的性能是PC设备上目前的短板。这一点从很多用户由HDD更换为SSD后，感觉像是“换了一个电脑”就能体现出来。HDD目前的传输速度往往在200MB/s以内，寻道时间约为10ms级；SSD传输速度为数百MB/s到几GB/s，寻道时间约为0.1ms以内；更快的内存带宽为几十GB/s，延迟时间低至ns级。再向上还有更高速的缓存、寄存器等设备。

DRAM：易失性难以解决

抛开和处理器紧密相关的高速缓存和寄存器不说，先来看内存和外部存储这两个级别。目前我们使用的内存主要是DRAM。DRAM的核心问题是易失性，其它方面的表现优秀——比如在性能上DRAM的延迟很低（纳秒级别）、带宽较为充裕；寿命方面由于原理所致，DRAM寿命很长（只要不是物理损坏、接触不良或者击穿）。不过，DRAM的存储需要不停供电，断电就会丢失存储的数据。从DRAM被发明出来到现在，比如从SDRAM到后来的DDR、DDR2、DDR3以及目前的DDR4，DRAM只是不断地在预取值和总线上进行调整，核心的存储架构其实变化不大。……