从小型集成控制器到工业服务器，任何计算机系统中都存在容量为1 Mbit RAM（随机存取存储器，随机存取存储器）的早期Micron DRAM。处理器使用数据时，数据存储在SRAM（静态RAM）或DRAM（动态RAM）中。随着RAM价格的下降，在RAM和永久存储位置之间移动数据的模型可能会消失。

RAM受市场波动的影响很大，但从长远来看，其价值会下降。在2000年，1 GB的内存价格超过1000美元，而现在只需5美元。这使我们可以想象一个完全不同的系统架构。

数据库通常存储在磁盘上，必要时从那里将必要的信息读取到内存中，然后进行处理。通常认为，系统中的内存量比磁盘的容量小几个数量级-例如，千兆字节对TB级。但是随着内存的增加，将更多的数据加载到内存中变得更加有效，从而减少了读写次数。随着RAM成本的降低，可以将整个数据库加载到内存中，对其进行操作并写回。现在我们到了不将某些数据库写回到磁盘并不断挂在内存中的地步。

卡尔·蔡司（Carl Zeiss）的兆位芯片

直到1975年，RAM都是一个

4 MB的磁芯存储器EPROM芯片，使用通过窗口发送的紫外线辐射擦除了

。现代DRAM存储器的

访问速度以纳秒为单位进行测量，磁盘访问时间以毫秒为单位进行测量-即，内存快一百万倍。内存中的数据传输速度当然不会快一百万倍-每秒千兆字节，而对于快速硬盘来说则是每秒几百兆字节-但至少RAM的速度超过驱动器的速度一个数量级。

在现实世界中，差异并不那么严重，但是将数据从磁盘读取到RAM并将其写回是一个严重的瓶颈，同时也是出现错误的领域。该步骤的消失导致指令的简化，简单性和效率的提高。

随着大型公司和数据中心的RAM价格下降，为服务器提供TB级的内存已变得很流行。但是除了大小，出于可靠性的考虑，通常不希望保留内存中的数据库。当电源中断或系统受损时，RAM会丢失内容。尝试遵守ACID数据库可靠性标准（原子性，一致性，隔离性，耐久性-原子性，一致性，隔离性，耐久性）时会遇到这些问题。

使用强制转换和日志可以避免问题。正如您可以从磁盘进行数据库备份一样，可以将内存中的数据库复制到存储中。创建强制转换会阻止其他进程读取数据，因此断点的频率是速度和可靠性之间的折衷。而这又可以通过记录事务或记录数据更改记录来消除，以便可以从较早的副本重新创建较晚的状态。但是，即使数据库完全位于内存中，也会丢失一定百分比的冗余。

用于管理内存中数据库的程序（IMDBS）允许您创建混合系统，其中一些数据库表位于内存中，而其他数据库表位于磁盘上。这比缓存更好，并且在将整个数据库保留在内存中毫无意义的情况下非常方便。

可以压缩数据库，特别是在具有将表存储为列而不是行的列的系统上。大多数压缩技术都希望相邻数据具有相同类型，并且表中的列几乎总是包含相同类型的数据。尽管压缩会增加计算的负担，但存储列非常适合于非常大的数据集中的复杂查询，这就是大数据用户和科学家对它们感兴趣的原因。

大规模地，像Google这样的公司已经转向RAM，以便以可接受的速度处理大量搜索查询。由于连接到一个母板的RAM数量有限，并且共享访问的组织会导致额外的延迟，因此在访问大量内存时也会遇到问题。

RAM后的生活

但是您不能保证使用内存中的数据是数据处理的未来。一种替代方法是使用非易失性RAM（非易失性RAM，NVRAM），用户以SSD的形式熟悉它们，并提供与磁盘系统兼容的体系结构。它们现在在NAND闪存上运行，与机械硬盘驱动器相比，该闪存提供较高的读写速度。但是她有自己的问题。闪存需要相对较高的电压来记录数据，并且闪存会逐渐退化，因此需要使用特殊算法来对其进行抵抗，从而导致运行速度逐渐降低。

随时间推移的内存和存储成本（每兆字节美元）

从图中可以看出，随着时间的推移，驱动器的成本下降的幅度与RAM的下降幅度大致相同。 SSD成本的下降已导致其在数据中心和工作场所中的分布，但到目前为止，尚不清楚该技术的未来。 Google于2016年2月发表的一项研究基于六年的使用得出的结论是，闪存的可靠性要比硬盘驱动器低得多-例如，它会产生致命错误-尽管需要更换的闪存数量很少。企业使用的SSD与消费者选择的质量没有区别。

但是新型NVRAM已经出现。铁电RAM（FRAM）曾经被认为是移动设备中RAM和闪存驱动器的替代品，但是现在人们的注意力已转移到磁阻RAM（MRAM）上。在速度方面，它接近RAM，访问延迟为50纳秒-比DRAM中的10 ns慢，但比NAND中的微秒快1000倍。

MRAM方案MRAM

使用薄膜结构和磁性隧道结，使用磁取向而不是电荷存储信息。交换MRAM已经在诸如Dell的EqualLogic存储阵列之类的产品中使用，但到目前为止仅用于日志记录。

自旋转移MRAM（ST-MRAM）使用更复杂的结构，有可能允许增加密度。现在，Everspin将其投放市场，最近在纳斯达克上市，代码为MRAM。其他利用此机会的公司还有Crocus，Micron，Qualcomm，三星，Spin Transfer Technologies（STT）和东芝。

3D XPoint内存

两个128GB 3D XPoint 芯片，

用于Intel / Micron 3D XPoint

速度比较

同时，英特尔正在与Micron合作开发一种称为3D XPoint（发音为“交叉点”）的NVRAM。这种形式的相变存储器（PCM）被称为电阻RAM（ReRAM），于2015年首次公开。 “ 3D”意味着可以多层构造存储器。英特尔认为XPoint的运行速度比NAND快1000倍，而容量则比NAND高10倍，尽管最近这些说法有所减少。价格预计在闪存和DRAM之间。因此，它不太可能在家庭中扎根，但可以大规模替代RAM和SSD。

IBM还致力于相变存储器。像英特尔一样，他们的技术也基于可重写光学介质中使用的硫属化物玻璃。该公司利用电力将材料从非晶态转变为三种晶态之一，在容量方面取得了突破，这将使内存成本低于DRAM。

RAM竞赛将影响计算机开发的各个级别。最终用户桌面上的内存从8 GB增加到16 GB将加速多任务处理并提高内存需求程序的效率。

在超极本中，SSD已经成为常态，而容量的增长已经使其成为替换硬盘的候选者。下一代三维NAND（V-NAND，垂直）承诺更高的效率和更高的记录密度。三星公司预测，到2020年，将以今天的TB级螺钉的价格为最终用户提供512 GB SSD。

对于中型企业和学术机构，便宜的RAM意味着可以更好地利用内存中的数据进行分析-如果该软件能够满足要求的话。 SAP HANA是一个内存数据库，是广泛使用云和本地解决方案的平台，它允许较小的公司处理大数据。 IBM和Oracle具有类似的数据库。

RAM使技术民主化-技术变得更便宜，大小型组织之间的差异也被消除。

带有自定义服务器的Google数据中心

红杉超级计算机

超级计算机Sunway TaihuLight，世界上最快的计算机，93

Titan petaflops ，美国最快的超级计算机

EcoPod HP数据中心

最后但并非最不重要的一点是，这需要超级计算机内存。当今最快的中国双威TaihuLight SC 包含1300 TB DDR3 DRAM，相对于其93 petaflops（每秒四亿浮点运算）的速度而言，它相对较小。特别是由于这个原因，其能耗仅为15.3 MW，但这可能成为限制因素。

现在每个人都在努力寻找前缀exaflops或1000 petaflops。由Riken和Fujitsu开发的日本post-K计算机将在2020年投入使用，其中包括Micron的Hybrid Memory Cube，这是DRAM的多层实现，并且还可能使用3D XPoint NVRAM。爱丁堡超级计算机中心的欧洲项目NEXTGenIO计划到2022年也使用3D XPoint实现exaflops。

在美国，作为NSCI计划的一部分而开发的百亿亿次计算项目将在2023年前推出两台速度相似的超级计算机。它们的体系结构仍在开发中，但是由于速度和能源效率是重中之重，因此RAM将在其中发挥核心作用。

感谢您的内存：便宜的内存如何改变计算

RAM后的生活

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