MicronはSupercomputing 2017において、DDR4 NVDIMM（不揮発性デュアルインラインメモリモジュール）の容量を32GBに向上させたと発表しました。この容量向上は、Micronの8GBおよび16GB DIMMに続くものです。
パーシステントメモリは、インメモリおよび従来型データベース、メタデータストレージ、HPC、ストレージソリューションのキャッシュなど、厳格なデータ保護要件を持つワークロードにおいて、DRAMの爆発的な高速化を実現します。DIMMには、ストレージ（ブロックモード）またはメモリ（DAX - ダイレクトアクセスモード）としてアクセスでき、後者の方が最高のパフォーマンスを提供します。
SSDは一部のワークロードを高速化するためにも使用できますが、ストレージデバイスとしてのみ機能します。また、パフォーマンスははるかに低く、高負荷のワークロードは基盤となるフラッシュメモリの寿命を大幅に短縮する可能性があります。予想通り、DRAMははるかに高いパフォーマンス（約20倍）を実現し、ほぼ無制限の耐久性も提供します。また、ブロックデバイスとして使用する場合、NVDIMMは書き込みワークロードを吸収してから書き込み結合データをNANDにフラッシュすることで、SSDの耐久性を向上させることができます。
ほとんどのDIMMと同様に、JEDEC準拠のNVDIMMをメモリスロットに挿入します。システム内で複数のNVDIMMを使用できますが、特別な装着ルールが適用され、システムには少なくとも1つの標準DDR4「シャペロン」DIMMが必要です。Micron社によると、ほとんどの顧客は64GBのNVDIMMストレージを必要としているため、32GBの容量に達すると、顧客は4枚ではなく2枚のDIMMを使用でき、標準DDR4メモリ用のスペースを確保できます。
NVDIMMには-N、-F、-Pの3種類があります。これらのモデルはすべて、DRAMとNANDを同一モジュールに統合するという基本原理は同じですが、ホストシステムに対してそれぞれ異なる機能を提供します。MicronのNVDIMM-Nでは、システムはDRAMに、通常のストレージデバイスと同様にブロックベースのストレージとして、またはロード/ストアセマンティクスを備えた通常のメモリ（DAX - Direct Access）としてアクセスできます。オンボードの64GB NANDパッケージはホストにマッピングされません。
NVDIMMはブロックベースのストレージとして使用できますが、DAXはI/Oスタックのボトルネックを解消するため、はるかに優れたパフォーマンスを提供します。Micronは上記のパフォーマンスデータを8GB NVDIMM-Nモデルで生成しました。DAXモードで使用すると、NVMe SSDと比較して76.4倍のパフォーマンスを実現します。また、NVDIMMはSSDで見られる長時間のワークロード後のパフォーマンス低下の影響を受けないため、一部のNANDベースSSDの10倍以上のパフォーマンスを容易に実現できます。
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電源喪失が発生した場合、システムはSave-nピンを介してDIMMに保存/復元コマンドを送信します。このコマンドは、DRAMからNANDへのデータフラッシュを開始します。Save_nピンはコマンド発行の最も安全で信頼性の高い方法ですが、APIやサイドバンド信号など、他にも様々な手法があります。64GB NANDパッケージはpSLC（擬似SLC）モードで動作するため、ストレージ容量は32GBのみですが、pSLCは書き込みパフォーマンスを向上させ、フラッシュ時間を短縮します。接続されたPowerGEMスーパーキャパシタ（8GBモデルに搭載）は、NANDへのデータフラッシュに十分な電力を供給します。
64GBモデルでは、Micronは前世代モデルと同じPowerGEMフォームファクタを提供していますが、DRAM容量が大幅に増加したため、NANDへのフラッシュに時間がかかります。より厳しい要件を持つユーザー向けに、Micronは現在、30秒のフラッシュウィンドウを維持できる大容量コンデンサを提供しています。Micronは、より電力密度が高く、より高速なフラッシュウィンドウとより小型のフォームファクタを実現する新世代コンデンサを市場に投入する予定ですが、発売日はまだ発表されていません。
かつて、NVDIMMのほとんどは既存のサーバーに搭載されていました。かさばるスーパーキャパシタは各DIMMに専用のケーブル接続を必要とするため、開発初期段階では導入が進まない要因となっていました。Micronは、専用の12V UPS電源をモジュールに配線するオプションも提供しており、これは他のNVDIMM製品との差別化要因となっています。シャーシ内UPSバッテリー（一部のOCP設計で使用されているものなど）の人気が高まっており、新たなコンポーネントを追加することなく既存のハードウェアを活用できることは常に望ましいことです。Skylakeサーバーの黎明期には、ほとんどのOEMが既製のNVDIMM対応システムを提供していました。これは、エコシステムサポートをさらに促進するための重要な要素の一つであり、これについては後ほど詳しく説明します。
NVDIMMは高い期待を寄せられているものの、成熟には時間を要しました。初期製品は2133MTpsが上限で、システム内の他のDIMMの性能を制限していました。初期モデルはデータパスに独立したMUXを搭載していたため、速度は2400MTpsに制限されていましたが、新モデルではDRAM自体にMUXを統合し、最大2933MTpsを実現しています。統合型MUXは信号パスをクリアし、より高いデータ転送速度を実現します。Micron社によれば、これは同社の製造能力が生み出したメリットです。
32GB NVDIMMの消費電力は約7～8Wですが、同様のDDR4モジュールは約4.5～7Wです。この追加消費電力の大部分は、統合FPGAコントローラとNANDパッケージによって発生します。
NVDIMMはJEDEC標準化のインターフェースとプロトコルで動作しますが、オペレーティングシステムのサポートは初期の課題でした。永続メモリの潜在能力を最大限に引き出すには、オペレーティングシステムの対応が不可欠です。そのため、マイクロソフトはCLFLUSH（キャッシュラインフラッシュ）を補完するCLFLUSHOPT（最適化キャッシュラインフラッシュ）やCLWB（キャッシュラインライトバック）といった新しいキャッシュおよびメモリ管理命令を開発しました。これらの命令は、データのフラッシュを管理し、確実に実行します。pmem.ioのNVMライブラリセットにより、開発者はWindows 10とLinuxの両方でDAX機能に基づいてアプリケーションを最適化することも可能になり、これによりより多くのアプリケーションが永続メモリに対応できるようになりました。
パーシステントメモリは、3D XPointなどのストレージクラスメモリとは異なりますが、DIMMフォームファクタで既に利用可能です。NVDIMMは、総合的なパフォーマンスが最も優れており、実績のある技術による経済性も兼ね備えています。NVDIMM対応のOEMシステムが広く普及していることで、この技術は、初期導入の中心であったTier 1ハイパースケールデータセンターから主流へと移行しつつあります。もちろん、パーシステントメモリが幅広いアプリケーションでサポートされるようになるまでには何年もかかるでしょうが、現在では必要なツールは容易に入手可能です。
マイクロンは、エコシステムの強化を継続しており、大容量モデルが普及拡大に貢献するだろうと述べています。マイクロンの32GBモデルは現在販売中です。
ポール・アルコーンはTom's Hardware USの編集長です。CPU、ストレージ、エンタープライズハードウェアに関するニュースやレビューも執筆しています。
