DRAM Mikron awal, dengan kapasitas 1 Mbit

RAM (memori akses acak, memori akses acak) hadir dalam sistem komputer apa pun, dari pengontrol terintegrasi kecil hingga server industri. Data disimpan dalam SRAM (RAM statis) atau DRAM (RAM dinamis) saat prosesor bekerja dengannya. Dengan jatuhnya harga RAM, model untuk memindahkan data antara RAM dan lokasi penyimpanan permanen dapat hilang.

RAM sangat dipengaruhi oleh fluktuasi pasar, tetapi dalam jangka panjang nilainya turun. Pada tahun 2000, satu gigabyte memori berharga lebih dari $ 1000, dan sekarang harganya hanya $ 5. Ini memungkinkan kita untuk membayangkan arsitektur sistem yang sama sekali berbeda.

Database biasanya disimpan pada disk, dari mana informasi yang diperlukan dibaca ke dalam memori, jika perlu, dan kemudian diproses. Secara umum diyakini bahwa jumlah memori dalam suatu sistem beberapa urutan besarnya lebih kecil daripada volume disk - misalnya, gigabyte dibandingkan terabyte. Tetapi dengan peningkatan memori itu menjadi lebih efisien untuk memuat lebih banyak data ke dalam memori, mengurangi jumlah membaca dan menulis. Dengan penurunan biaya RAM, menjadi mungkin untuk memuat seluruh database ke dalam memori, melakukan operasi pada mereka dan menulisnya kembali. Sekarang kita telah sampai pada titik di mana beberapa database tidak ditulis kembali ke disk, dan terus-menerus menggantung di memori.

Chip Megabit dari Carl Zeiss

Hingga tahun 1975, RAM adalah memori inti magnetik

chip EPROM 4-megabyte dihapus menggunakan radiasi ultraviolet yang dikirim melalui jendela

. Sekelompok

kecepatan akses memori DRAM modern diukur dalam nanodetik, dan waktu akses disk diukur dalam milidetik - mis. , memori sejuta kali lebih cepat. Kecepatan transfer data dalam memori, tentu saja, tidak sejuta kali lebih cepat - ini adalah gigabytes per detik versus beberapa ratus megabyte per detik untuk hard hard - tetapi setidaknya kecepatan RAM melebihi kecepatan drive dengan urutan besarnya.

Di dunia nyata, perbedaannya tidak begitu serius, tetapi membaca data dari disk ke dalam RAM dan menuliskannya kembali adalah hambatan yang serius, serta bidang untuk kesalahan muncul. Hilangnya langkah ini mengarah pada penyederhanaan instruksi, peningkatan kesederhanaan dan efisiensi.

Dengan turunnya harga RAM di perusahaan besar dan pusat data, telah menjadi populer untuk menyediakan server dengan memori terabyte. Namun terlepas dari ukurannya, database dalam memori biasanya tidak ingin disimpan karena alasan keandalan. RAM kehilangan konten saat listrik padam atau sistem terganggu. Masalah-masalah ini dihadapi ketika mencoba untuk memenuhi standar keandalan basis data ACID (atomisitas, konsistensi, isolasi, daya tahan - atomisitas, koherensi, isolasi, daya tahan).

Masalah dapat dihindari dengan gips dan log. Sama seperti Anda dapat membuat cadangan basis data dari disk, basis data dalam memori dapat disalin ke penyimpanan. Membuat gips mencegah proses lain dari membaca data, sehingga frekuensi breakpoint adalah kompromi antara kecepatan dan keandalan. Dan ini, pada gilirannya, dapat diperhalus dengan mencatat transaksi, atau dengan mencatat, merekam perubahan data sehingga keadaan selanjutnya dapat dibuat kembali dari salinan sebelumnya. Tapi tetap saja, ketika database benar-benar dalam memori, persentase redundansi tertentu hilang.

Program untuk mengelola basis data dalam memori (IMDBS) memungkinkan Anda membuat sistem hibrid di mana beberapa tabel basis data berada dalam memori dan yang lainnya hidup di disk. Ini lebih baik daripada caching, dan nyaman dalam kasus-kasus di mana tidak ada gunanya menyimpan seluruh database dalam memori.

Basis data dapat dikompresi, terutama pada sistem dengan kolom yang menyimpan tabel sebagai kumpulan kolom daripada baris. Sebagian besar teknologi kompresi lebih suka data tetangga dari jenis yang sama, dan kolom dalam tabel hampir selalu berisi data dari jenis yang sama. Dan meskipun kompresi melibatkan peningkatan beban pada komputasi, menyimpan kolom sangat cocok untuk pertanyaan kompleks dalam kumpulan data yang sangat besar - itu sebabnya pengguna data besar dan ilmuwan tertarik pada mereka .

Dalam skala besar, perusahaan seperti Google telah beralih ke RAM sehingga sejumlah besar permintaan pencarian diproses dengan kecepatan yang dapat diterima. Ada juga masalah menyediakan akses ke sejumlah besar memori, karena jumlah RAM yang terhubung ke satu motherboard terbatas, dan pengaturan akses bersama menyebabkan penundaan tambahan.

Kehidupan setelah RAM

Tetapi Anda tidak dapat menjamin bahwa bekerja dengan data dalam memori adalah masa depan pemrosesan data. Metode alternatif adalah penggunaan RAM non-volatile (non-volatile RAM, NVRAM), yang akrab bagi pengguna dalam bentuk SSD , menawarkan arsitektur yang kompatibel dengan sistem disk. Mereka sekarang berjalan pada memori flash NAND, yang menawarkan kecepatan baca dan tulis yang tinggi dibandingkan dengan hard drive mekanis. Tapi dia punya masalah sendiri. Memori flash membutuhkan voltase yang relatif tinggi untuk merekam data, dan secara bertahap mengalami degenerasi, yang disebut sebagai algoritma khusus untuk dilawan, yang menyebabkan perlambatan bertahap dalam pengoperasian.

Biaya memori dan penyimpanan seiring waktu (dolar per megabyte)

Seperti yang dapat Anda lihat dari grafik, seiring waktu, biaya drive berkurang kira-kira sama dengan biaya RAM. Berkurangnya biaya SSD telah menyebabkan distribusi mereka di pusat data dan tempat kerja, tetapi sejauh ini tidak jelas apa masa depan teknologi ini. Sebuah studi dari Google yang diterbitkan pada Februari 2016, berdasarkan penggunaan selama enam tahun, menyimpulkan bahwa memori flash jauh lebih tidak dapat diandalkan daripada hard drive - misalnya, itu menghasilkan kesalahan fatal - meskipun memerlukan penggantian yang lebih jarang. Dan SSD untuk penggunaan perusahaan tidak berbeda dalam kualitas dari opsi konsumen.

Tetapi jenis NVRAM baru sudah muncul. RAM feroelektrik (FRAM) dulunya seharusnya menjadi pengganti RAM dan flash drive di perangkat seluler, tetapi sekarang perhatian telah beralih ke RAM magnetoresistif (MRAM). Dalam hal kecepatan, ia mendekati RAM, dan keterlambatan mengaksesnya adalah 50 nanodetik - lebih lambat dari 10 ndalam DRAM, tetapi 1000 kali lebih cepat dari mikrodetik di NAND.

Skema MRAM MRAM

menyimpan informasi menggunakan orientasi magnetik daripada muatan listrik, menggunakan struktur film tipis dan persimpangan terowongan magnetik. Switching MRAM sudah digunakan dalam produk seperti array penyimpanan EqualLogic Dell, tetapi sejauh ini hanya untuk penjurnalan.

Spin Transfer MRAM (ST-MRAM) menggunakan struktur yang lebih kompleks yang berpotensi memungkinkan peningkatan kepadatan. Sekarang Everspin meluncurkannya di pasar, baru-baru ini dirilis di NASDAQ dengan kode MRAM. Perusahaan lain yang menjajaki peluang ini adalah Crocus, Micron, Qualcomm, Samsung, Spin Transfer Technologies (STT) dan Toshiba.

Memori 3D XPoint

Dua

Diagram chip XPoint 3D 128GB untuk Intel / Micron 3D XPoint

Speed perbandingan

Sementara itu, Intel bekerja dengan Micron pada jenis NVRAM yang disebut 3D XPoint (dilafalkan "crosspoint"). Bentuk memori perubahan-fase (PCM) ini, yang dikenal sebagai RAM resistif (ReRAM), pertama kali dipublikasikan pada tahun 2015. "3D" berarti kemungkinan pembangunan memori multi-layer. Intel percaya bahwa XPoint dapat berjalan 1.000 kali lebih cepat dari NAND dan 10 kali lebih luas, meskipun baru-baru ini klaim ini sedikit menurun. Harga diharapkan antara flash dan DRAM. Karena itu, tidak mungkin untuk berakar di rumah, tetapi dalam skala besar dapat menggantikan RAM dan SSD.

IBM juga bekerja pada memori perubahan fase. Seperti Intel, teknologinya didasarkan pada kaca chalcogenide yang digunakan dalam media optik yang dapat ditulis ulang. Menggunakan listrik untuk mengubah bahan dari keadaan amorf menjadi salah satu dari tiga yang kristal, perusahaan menawarkan terobosan dalam kapasitas yang akan membuat biaya memori lebih rendah daripada DRAM.

Ras RAM akan memengaruhi semua level pengembangan komputer. Meningkatkan memori dari 8 hingga 16 GB pada desktop pengguna akhir akan mempercepat multitasking dan meningkatkan efisiensi program yang membutuhkan memori.

Dalam ultrabook, SSD sudah menjadi norma, dan kapasitas yang terus meningkat menjadikannya kandidat untuk mengganti hard drive. Generasi NAND tiga dimensi berikutnya(V-NAND, vertikal) menjanjikan efisiensi dan kerapatan perekaman yang lebih besar. Samsung memperkirakan bahwa pada tahun 2020 akan ada 512 GB SSD untuk pengguna akhir dengan harga sekrup terabyte saat ini.

Untuk bisnis menengah dan lembaga akademis, RAM yang lebih murah berarti analisis yang lebih baik dengan data dalam memori - jika perangkat lunak mengikutinya. SAP HANA adalah basis data dalam-memori, sebuah platform untuk penggunaan cloud dan solusi lokal yang tersebar luas, yang memungkinkan perusahaan-perusahaan kecil bekerja dengan data besar. IBM dan Oracle memiliki basis data yang serupa.

RAM mendemokratisasikan teknologi - teknologi menjadi lebih murah, dan perbedaan antara organisasi besar dan kecil dihapus.

Google Data Center dengan server khusus

Sequoia Supercomputer

Superkomputer Sunway TaihuLight, komputer tercepat di dunia, 93

Titan petaflops ,

pusat data superkomputer AS EcoPod HP tercepat.

Terakhir namun tidak kalah pentingnya , intinya adalah kebutuhan akan memori superkomputer. Sunway TaihuLight SC Cina tercepat saat ini mengandung 1.300 TB DDR3 DRAM, yang relatif kecil untuk kecepatan 93 petaflops (operasi floating point quadrillion per detik). Khususnya, karena ini, konsumsi energinya hanya 15,3 MW, tetapi ini mungkin menjadi faktor pembatas.

Sekarang semua orang berjuang untuk exaflops awalan, atau 1000 petaflops. Komputer Jepang pasca-K, yang dikembangkan oleh Riken dan Fujitsu, akan siap pada tahun 2020 dan akan mencakup Hybrid Memory Cube Micron, implementasi DRAM multi-layer, dan mungkin juga menggunakan NVRAM XPoint 3D. Proyek Eropa NEXTGenIO di Edinburgh Supercomputer Centre bermaksud untuk mencapai exaflops pada tahun 2022, juga menggunakan 3D XPoint.

Di AS, Exascale Computing Project, yang dikembangkan sebagai bagian dari inisiatif NSCI, akan menghadirkan dua superkomputer dengan kecepatan yang sama pada tahun 2023. Arsitektur mereka masih dikembangkan, tetapi karena kecepatan dan efisiensi energi adalah prioritas, RAM akan memainkan peran sentral di dalamnya.

Terima kasih atas memori: betapa murahnya memori mengubah komputasi

Kehidupan setelah RAM

More articles: