मेमोरी के लिए धन्यवाद: कितनी सस्ती मेमोरी कंप्यूटिंग को बदल देती है

1 माइक्रोन

रैम (रैंडम एक्सेस मेमोरी, एक रैंडम एक्सेस मेमोरी) की क्षमता वाला प्रारंभिक माइक्रोन DRAM, छोटे कंप्यूटरों से लेकर औद्योगिक सर्वर तक किसी भी कंप्यूटर सिस्टम में मौजूद होता है। डेटा SRAM (स्टैटिक रैम) या DRAM (डायनामिक रैम) में स्टोर होता है जबकि प्रोसेसर उनके साथ काम कर रहा होता है। रैम की कीमतों में गिरावट के साथ, रैम और स्थायी भंडारण स्थान के बीच डेटा स्थानांतरित करने का मॉडल गायब हो सकता है।

रैम बाजार के उतार-चढ़ाव से काफी प्रभावित होता है, लेकिन लंबे समय में इसका मूल्य कम हो जाता है। 2000 में, एक गीगाबाइट मेमोरी की लागत $ 1000 से अधिक थी, और अब इसकी लागत केवल $ 5 है। यह हमें पूरी तरह से अलग प्रणाली वास्तुकला की कल्पना करने की अनुमति देता है।

डेटाबेस आमतौर पर डिस्क पर संग्रहीत होते हैं, जहां से आवश्यक जानकारी को मेमोरी में पढ़ा जाता है, यदि आवश्यक हो, और फिर संसाधित किया जाता है। यह आमतौर पर माना जाता है कि किसी सिस्टम में मेमोरी की मात्रा डिस्क के आयतन की तुलना में छोटे परिमाण के कई ऑर्डर हैं - उदाहरण के लिए, गीगाबाइट बनाम टेराबाइट्स। लेकिन स्मृति में वृद्धि के साथ यह अधिक डेटा को मेमोरी में लोड करने के लिए अधिक कुशल हो जाता है, जिससे रीड और राइट की संख्या कम हो जाती है। रैम की लागत में कमी के साथ, पूरे डेटाबेस को मेमोरी में लोड करना, उन पर संचालन करना और उन्हें वापस लिखना संभव हो जाता है। अब हम उस बिंदु पर आ गए हैं जिस पर कुछ डेटाबेस डिस्क पर वापस नहीं लिखे गए हैं, और लगातार मेमोरी में लटकाए जाते हैं।


कार्ल जीस से मेगाबिट चिप


1975 तक, रैम एक चुंबकीय कोर मेमोरी थी


4-मेगाबाइट EPROM चिप को एक खिड़की के माध्यम से पराबैंगनी विकिरण का उपयोग करके मिटा दिया गया था


आधुनिक DRAM मेमोरी

एक्सेस स्पीड का एक गुच्छा नैनोसेकंड में मापा जाता है, और डिस्क एक्सेस टाइम मिलीसेकंड में मापा जाता है - अर्थात , स्मृति एक लाख गुना तेज है। मेमोरी में डेटा ट्रांसफर गति, निश्चित रूप से, एक लाख गुना तेज नहीं है - ये गीगाबाइट प्रति सेकंड बनाम कई सौ मेगाबाइट प्रति सेकंड की तेज गति के लिए हैं - लेकिन कम से कम रैम की गति परिमाण के क्रम से ड्राइव की गति से अधिक हो जाती है।

वास्तविक दुनिया में, अंतर इतने गंभीर नहीं हैं, लेकिन एक डिस्क से रैम में डेटा पढ़ना और इसे वापस लिखना एक गंभीर अड़चन है, साथ ही त्रुटियों को प्रकट करने के लिए एक क्षेत्र है। इस कदम के गायब होने से निर्देशों का सरलीकरण, सादगी और दक्षता में वृद्धि होती है।

बड़ी कंपनियों और डेटा केंद्रों में रैम की कीमतों में गिरावट के साथ, यह टेराबाइट्स मेमोरी के साथ सर्वर प्रदान करने के लिए लोकप्रिय हो गया है। लेकिन आकार के अलावा, स्मृति में डेटाबेस आमतौर पर विश्वसनीयता के कारणों के लिए नहीं रखा जाना चाहता है। पावर आउटेज या सिस्टम से छेड़छाड़ होने पर RAM सामग्री खो देता है। ACID डेटाबेस विश्वसनीयता मानक (एटोमिसिटी, संगति, अलगाव, स्थायित्व - परमाणुता, सुसंगतता, अलगाव, स्थायित्व) का अनुपालन करने का प्रयास करते समय इन समस्याओं का सामना करना पड़ता है।

कास्ट और लॉग के साथ समस्याओं से बचा जा सकता है। जैसे आप डिस्क से डेटाबेस बैकअप बना सकते हैं, वैसे ही मेमोरी में डेटाबेस को स्टोरेज में कॉपी किया जा सकता है। जातियों का निर्माण अन्य प्रक्रियाओं को डेटा पढ़ने से रोकता है, इसलिए ब्रेकपॉइंट की आवृत्ति गति और विश्वसनीयता के बीच एक समझौता है। और यह बदले में, लेनदेन को रिकॉर्ड करके, या लॉगिंग करके, डेटा परिवर्तनों को रिकॉर्ड करके सुचारू किया जा सकता है ताकि बाद की स्थिति को पहले की प्रतिलिपि से फिर से बनाया जा सके। लेकिन फिर भी, जब डेटाबेस पूरी तरह से मेमोरी में होता है, तो अतिरेक का एक निश्चित प्रतिशत खो जाता है।



मेमोरी में डेटाबेस के प्रबंधन के लिए प्रोग्राम (IMDBS) आपको हाइब्रिड सिस्टम बनाने की अनुमति देता है जिसमें कुछ डेटाबेस टेबल मेमोरी में होते हैं और अन्य डिस्क पर रहते हैं। यह कैशिंग से बेहतर है, और उन मामलों में सुविधाजनक है जहां पूरे डेटाबेस को स्मृति में रखना व्यर्थ है।

डेटाबेस को संपीड़ित किया जा सकता है, विशेष रूप से उन सिस्टमों पर जो स्तंभों को पंक्तियों के बजाय स्तंभों के सेट के रूप में संग्रहीत करते हैं। अधिकांश संपीड़न प्रौद्योगिकियां पड़ोसी डेटा को एक ही प्रकार की पसंद करती हैं, और तालिकाओं में कॉलम लगभग हमेशा एक ही प्रकार के डेटा होते हैं। और यद्यपि संपीड़न में कंप्यूटिंग पर भार बढ़ाना शामिल है, बहुत बड़े डेटासेट में जटिल प्रश्नों के लिए स्टोरिंग कॉलम अच्छी तरह से अनुकूल हैं - यही कारण है कि बड़े डेटा उपयोगकर्ता और वैज्ञानिक उनमें रुचि रखते हैं ।

बड़े पैमाने पर, Google जैसी कंपनियों ने रैम पर स्विच कर दिया है ताकि बड़ी संख्या में खोज क्वेरी को स्वीकार्य गति से संसाधित किया जा सके। बड़ी मात्रा में मेमोरी तक पहुंच प्रदान करने में भी समस्याएं हैं, क्योंकि एक मदरबोर्ड से जुड़ी रैम की मात्रा सीमित है, और साझा पहुंच का संगठन अतिरिक्त देरी की ओर जाता है।

RAM के बाद जीवन

लेकिन आप गारंटी नहीं दे सकते कि मेमोरी में डेटा के साथ काम करना डेटा प्रोसेसिंग का भविष्य है। एक वैकल्पिक विधि SSD के रूप में उपयोगकर्ताओं से परिचित गैर-वाष्पशील रैम (गैर-वाष्पशील रैम, एनवीआरएएम) का उपयोग है , जो डिस्क सिस्टम के साथ एक वास्तुकला की पेशकश करता है। वे अब नंद फ्लैश मेमोरी पर चलते हैं, जो मैकेनिकल हार्ड ड्राइव की तुलना में उच्च पढ़ने और लिखने की गति प्रदान करता है। लेकिन उसकी अपनी समस्याएं हैं। फ्लैश मेमोरी को डेटा रिकॉर्ड करने के लिए अपेक्षाकृत उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है, और यह धीरे-धीरे पतित हो जाता है, जिसे विशेष एल्गोरिदम से लड़ने के लिए कहा जाता है, जिससे ऑपरेशन में क्रमिक मंदी होती है।


समय के साथ स्मृति और भंडारण की लागत (प्रति मेगाबाइट डॉलर)

जैसा कि आप ग्राफ से देख सकते हैं, समय के साथ, ड्राइव की लागत लगभग रैम की लागत के बराबर घट जाती है। एसएसडी की घटती लागत ने डेटा सेंटर और कार्यस्थलों में उनके वितरण को प्रेरित किया है, लेकिन अभी तक यह स्पष्ट नहीं है कि इस तकनीक का भविष्य क्या है। Google द्वारा फरवरी 2016 में प्रकाशित एक अध्ययन, छह साल के उपयोग के आधार पर, निष्कर्ष निकाला गया कि फ्लैश मेमोरी हार्ड ड्राइव की तुलना में बहुत कम विश्वसनीय है - उदाहरण के लिए, यह घातक त्रुटियां पैदा करता है - हालांकि इसके लिए दुर्लभ प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है। और कॉर्पोरेट उपयोग के लिए SSDs उपभोक्ता विकल्पों से गुणवत्ता में भिन्न नहीं होते हैं।

लेकिन नए प्रकार के एनवीआरएएम पहले से ही दिखाई दे रहे हैं। फेरोइलेक्ट्रिक रैम (FRAM) कभी मोबाइल उपकरणों में RAM और फ्लैश ड्राइव के लिए एक प्रतिस्थापन माना जाता था, लेकिन अब ध्यान मैग्नेटोरेसिस्टिव रैम (MRAM) में स्थानांतरित हो गया है। गति के संदर्भ में, यह रैम तक पहुंचता है, और इसकी पहुंच देरी 50 नैनोसेकंड है - यह DRAM में 10 ns से धीमी है, लेकिन NAND में माइक्रोसेकंड की तुलना में 1000 गुना तेज है।


एमआरएएम योजना एमआरएएम

एक पतली फिल्म संरचना और एक चुंबकीय सुरंग जंक्शन का उपयोग करते हुए, विद्युत प्रभार के बजाय चुंबकीय अभिविन्यास का उपयोग करके जानकारी संग्रहीत करता है। एमआरएएम को स्विच करना पहले से ही डेल के इक्वलोगिक स्टोरेज सरणियों जैसे उत्पादों में उपयोग किया जाता है, लेकिन अभी तक केवल जर्नलिंग के लिए।

स्पिन ट्रांसफर MRAM (ST-MRAM) एक अधिक जटिल संरचना का उपयोग करता है जो संभावित रूप से घनत्व में वृद्धि की अनुमति देता है। अब एवरस्पिन इसे बाजार में लॉन्च कर रहा है, हाल ही में NASDAQ पर एमआरएएम कोड के तहत जारी किया गया है। इस अवसर की खोज करने वाली अन्य फर्मों में क्रोकस, माइक्रोन, क्वालकॉम, सैमसंग, स्पिन ट्रांसफर टेक्नोलॉजीज (एसटीटी) और तोशिबा हैं।


3 डी XPoint मेमोरी इंटेल / माइक्रोन 3 डी XPoint स्पीड तुलना के लिए


दो 128 जीबी 3 डी XPoint चिप्स


आरेख




इस बीच, इंटेल एक प्रकार के NVRAM पर माइक्रोन के साथ काम कर रहा है जिसे 3D XPoint (स्पष्ट "क्रॉसपॉइंट") कहा जाता है। चरण-परिवर्तन मेमोरी (पीसीएम) का यह रूप, जिसे प्रतिरोधक रैम (रेराम) के रूप में जाना जाता है, को पहली बार 2015 में सार्वजनिक किया गया था। "3 डी" का अर्थ है मेमोरी की बहु-परत निर्माण की संभावना। इंटेल का मानना ​​है कि XPoint NAND से 1,000 गुना तेज दौड़ सकता है और 10 गुना अधिक कैपेसिटिव हो सकता है, हालांकि हाल ही में इन दावों में थोड़ा कमी आई है। कीमत फ्लैश और डीआरएएम के बीच होने की उम्मीद है। इस वजह से, घरों में जड़ लेने की संभावना नहीं है, लेकिन बड़े पैमाने पर यह रैम और एसएसडी की जगह ले सकता है।

आईबीएम फेज-चेंज मेमोरी पर भी काम करता है। इंटेल की तरह, उनकी तकनीक फिर से लिखने योग्य ऑप्टिकल मीडिया में इस्तेमाल किए जाने वाले क्लोजेनाइड ग्लास पर आधारित है। एक अनाकार राज्य से सामग्री को तीन क्रिस्टलीय में से एक में बदलने के लिए बिजली का उपयोग करना, कंपनी क्षमता में एक सफलता का दावा करती है जो कि DRAM की तुलना में मेमोरी लागत को कम कर देगी।

रैम रेस कंप्यूटर विकास के सभी स्तरों को प्रभावित करेगा। एंड-यूज़र डेस्कटॉप पर 8 से 16 जीबी तक मेमोरी बढ़ाने से मल्टीटास्किंग तेज होगी और मेमोरी-डिमांडिंग प्रोग्राम्स की कार्यक्षमता बढ़ेगी।

अल्ट्राबुक में, एसएसडी पहले से ही आदर्श हैं, और बढ़ती क्षमता पहले से ही उन्हें हार्ड ड्राइव को बदलने के लिए उम्मीदवार बना रही है। तीन आयामी नंद की अगली पीढ़ी(वी-नंद, ऊर्ध्वाधर) अधिक दक्षता और रिकॉर्डिंग घनत्व का वादा करता है। सैमसंग की भविष्यवाणी है कि 2020 तक आज के टेराबाइट स्क्रू की कीमत पर अंत उपयोगकर्ताओं के लिए 512 जीबी एसएसडी होंगे।

मध्यम आकार के व्यवसायों और शैक्षणिक संस्थानों के लिए, सस्ती रैम का अर्थ है मेमोरी में डेटा के साथ बेहतर एनालिटिक्स - यदि सॉफ़्टवेयर उसी के साथ रहता है। एसएपी हाना एक इन-मेमोरी डेटाबेस है, जो क्लाउड और ऑन-प्रिमाइसेस समाधानों के व्यापक उपयोग के लिए एक मंच है, जो छोटी कंपनियों को बड़े डेटा के साथ काम करने की अनुमति देता है। IBM और Oracle के समान डेटाबेस हैं।

RAM तकनीक का लोकतांत्रिकरण करता है - तकनीक सस्ती हो जाती है, और बड़े और छोटे संगठनों के बीच का अंतर मिट जाता है।


कस्टम सर्वर Sequoia Supercomputer के साथ Google डेटा सेंटर






सुपर कंप्यूटर Sunway TaihuLight, दुनिया का सबसे तेज कंप्यूटर, 93 पेटन फ्लॉप


टाइटन, USA


EcoPod HP डेटा सेंटर में सबसे तेज सुपर कंप्यूटर है

लेकिन कम से कम नहीं, यह बिंदु सुपर कंप्यूटर मेमोरी की आवश्यकता है। आज के सबसे तेज चीनी Sunway TaihuLight SC में 1,300 TB का DDR3 DRAM है, जो इसकी 93 पेटाफ्लॉप्स (क्वाड्रिलियन फ्लोटिंग पॉइंट ऑपरेशंस प्रति सेकंड) की गति के लिए अपेक्षाकृत कम है। विशेष रूप से, इस वजह से, इसकी ऊर्जा खपत केवल 15.3 मेगावाट है, लेकिन यह एक सीमित कारक बन सकता है।

अब हर कोई उपसर्ग exaflops, या 1000 पेटाफ्लॉप्स के लिए प्रयास कर रहा है। रिकेन और फुजित्सु द्वारा विकसित जापानी पोस्ट-के कंप्यूटर, 2020 तक तैयार हो जाएगा और इसमें माइक्रोन का हाइब्रिड मेमोरी क्यूब, डीआरएएम का बहु-परत कार्यान्वयन शामिल होगा, और संभवतः 3 डी एक्सपॉइंट एनवीआरएएम का भी उपयोग किया जाएगा। एडिनबर्ग सुपरकंप्यूटर सेंटर में यूरोपीय प्रोजेक्ट NEXTGenIO 2022 तक 3 डी एक्सपॉइंट का उपयोग करके एक्सफोलॉप्स प्राप्त करने का इरादा रखता है।

अमेरिका में, एनएससीआई पहल के हिस्से के रूप में विकसित एक्सकैसल कंप्यूटिंग प्रोजेक्ट, 2023 तक समान गति के दो सुपर कंप्यूटर पेश करने के कारण है। उनकी वास्तुकला अभी भी विकसित की जा रही है, लेकिन चूंकि गति और ऊर्जा दक्षता एक प्राथमिकता है, रैम इसमें एक केंद्रीय भूमिका निभाएगा।

Source: https://habr.com/ru/post/hi398373/