基于MRAM和NVMe的未来云存储解决方案

英尚微电子

在2019全球闪存峰会上，Everspin作为全球MRAM存储芯片龙头分享如何用MRAM这类非易失性存储和NVMe SSD构建未来的云存储的解决方案。

首先STT-MRAM作为异常掉电数据缓存的介质有以下几大优势：
5 @. r9 a* y( j# l
6 }& l  d( k2 m8 F- i/ b1.   非易失性存储器芯片，比传统的SRAM或者DRAM在数据保持方面更强；
! p2 C* |" e4 j+ \7 t2.   芯片容量较大，单颗芯片容量高达1Gb；
3.   采用DDR4接口，带宽可以到2.7GB/s，超强性能；
! T, ?% k- U/ k5 q4 X5 H4.   擦写次数几十亿次！生命周期；
5 O! T  T9 f; @$ b9 r5.   超低延迟；
' z" c2 k1 }! T3 q; b, V; X6.   数据保存期很久：85度高温下数据可以保存10年以上；
; n6 Q' h- m6 B* X+ G9 P# D; ?* J' R7.   数据错误率低；
8.   可靠性强。

MRAM可应用在NVMe SSD的下列场景，PCIe SSD、NVMe-oF、全闪存阵列：
! I9 ?/ M" u* y2 p1 b7 h" @

2 u9 g* u( x: t& D7 d) B

NVMe SSD场景

/ F' |1 ~9 @5 z+ d9 J  i, n
: H0 ]( w7 i7 L: [MRAM为NVMe SSD，尤其是QLC做缓存有以下优势：

" k; k. E; v) Q6 B采用MRAM之后，NVMe SSD内部的架构发生了以下图片的变化，将MRAM作为数据缓存使用，而FTL映射表存储依然是DRAM：
9 x* m. d" n" h! A6 N! B

NVMe-oF场景

数据中心采用NVMe-oF有以下四大优势：
- B1 o" @* i5 n/ h1.   实现低于1微秒的数据传输，跳过内核、跳过主机CPU和内存、可以P2P传输；
2.   把CPU计算任务分摊到专用计算芯片或者存储控制器；
( s' i5 c+ |5 g6 m' o3.   读写带宽更高；
6 L; I+ h/ P" t2 B( Z" _  _+ T4.   服务器可以更简单、省电，不用昂贵的X86 CPU，用ARM CPU就够了。
0 G' G, j- T6 L! e" F: E+ E
0 m- k. f% F  w3 P# N以下图片是传统的NVMe-oF的数据流，要通过系统内存和CPU再进入NVMe SSD，这样会导致读写延迟比较长。
* r1 M& o! `7 t

, ~$ @( _* y, n1 s2 O- P. C1 B
, F7 p% J6 d$ w. w6 @1 G如果采用了MRAM作为智能网卡上的缓存，数据就直接通过P2P传输给NVMe SSD，并跳过了系统内存和CPU，大大缩短读写延迟，也大幅提升性能。

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MRAM用在全闪存阵列

) Q# f* T  c7 U' l# d1 Y4 t7 x5 L1 Z在全闪存阵列的存储控制器中，MRAM可以作为缓存加速，并提升产品性能及可靠性，同时可以不需要额外的电池或者电容。
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- n3 R* p, C6 o/ x2 j
9 R* Z, X, t, B未来的数据中心存储长这样？

未来以NVMe SSD和NVMe-oF为基础的云存储硬件架构如下图，其中MRAM可以用在网卡缓存、NVDIMM、全闪存阵列加速和NVMe SSD内部。

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5 V& v9 w5 {' X  ?+ t* u# F( nEverspin公司专业设计制造嵌入式MRAM和自旋传递扭矩STT-MRAM的领导者，其市场和应用领域涉及数据持久性和完整性，低延迟和安全性至关重要。在数据中心，云存储，能源，工业，汽车和运输市场中提供了超过1.2亿个MRAM和STT-RAM产品，为MRAM用户奠定了强大，增长快的基础。Everspin MRAM可以抵抗高辐射，可以在极端温度条件下运行，并且可以防篡改。这使得MRAM适用于汽车，工业，军事和太空应用。Everspin代理英尚微电子提供完善的产品解决方案及技术方面支持和指导.
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2020-7-9 16:43 上传

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STT-MRAM作为异常掉电数据缓存的介质有以下几大优势：

3 ^& v, R- L" i7 N6 M1.   非易失性存储器芯片，比传统的SRAM或者DRAM在数据保持方面更强；
2.   芯片容量较大，单颗芯片容量高达1Gb；
3.   采用DDR4接口，带宽可以到2.7GB/s，超强性能；
4.   擦写次数几十亿次！生命周期；
5.   超低延迟；
6.   数据保存期很久：85度高温下数据可以保存10年以上；
7.   数据错误率低；
8.   可靠性强。