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存储级内存SCM技术填补存储架构性能鸿沟.docx
资料介绍
一、引言
在计算机系统的存储层次结构中，DRAM与NAND Flash之间存在一个显著的性能鸿沟。DRAM的访问延迟约为50至100纳秒，带宽可达数十GB/s，但容量有限、断电数据丢失，且每比特成本高。NAND Flash的容量可达数TB，断电数据不丢失，但访问延迟约为50至100微秒，与DRAM之间存在约三个数量级的延迟差距。这一性能鸿沟在AI大模型训练、内存数据库、实时分析等数据密集型应用中导致严重的性能瓶颈。
存储级内存（SCM）技术旨在填补这一性能鸿沟，提供介于DRAM与NAND Flash之间的存储层级。SCM器件应具备非易失性、低延迟（亚微秒级）、高耐久性与适中的容量成本。英特尔傲腾（Optane）技术基于3D XPoint，是SCM商业化最成功的尝试，尽管英特尔已于2022年停止Optane业务，但SCM的技术探索并未停止。2026年，基于PCM、ReRAM与MRAM的新型SCM方案正在加速产业化，CXL互连技术的成熟也为SCM在数据中心中的部署提供了新的路径。
二、SCM的技术定位
2.1 存储层次结构中的SCM
在传统的存储金字塔中，从CPU寄存器到机械硬盘，访问延迟跨越了七个数量级。SCM的定位在DRAM与NAND Flash之间，目标延迟为100纳秒至10微秒，容量为数十GB至数TB，每比特成本介于DRAM与NAND之间。
SCM的理想应用场景包括：大容量内存扩展、持久化内存、高速缓存与存储级加速。SCM既可作为大容量的非易失性内存使用，也可作为高速存储缓存，加速对NAND Flash的访问。
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