自文明的曙光乍現(xiàn)以來，磁盤驅(qū)動(dòng)器和RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）之間不堪的I/O關(guān)系一直是計(jì)算瓶頸。SSD（固態(tài)硬盤）的出現(xiàn)松緩但卻并沒有改變這一I/O瓶頸。有三項(xiàng)進(jìn)展正在密謀將這個(gè)瓶頸推向CPU（中央處理器）。

首先，近十年，訪問速率和聯(lián)網(wǎng)速率分別登頂25Gb/s和58Gb/s，且在向100Gb/s逼近。計(jì)算機(jī)可以像訪問自己的磁盤一樣快地將數(shù)據(jù)從遠(yuǎn)程系統(tǒng)移動(dòng)到自己的磁盤上。其次，磁盤和RAM之間的I/O屏障即將消失；在這之后，RAM和緩存之間的障礙也就隨之土崩瓦解。

想象一下你所有的內(nèi)容都在RAM硬盤中，但不僅僅在RAM中，還在L1緩存內(nèi)。你可花不到2000美元買一臺(tái)帶64GB RAM的上好電腦，但想象一下艾字節(jié)（EB）大的緩存容量。這是個(gè)很大的數(shù)，只需5EB就可裝下人類所說過的所有話。來看下圖1中的圖表。

圖1：HDD（硬盤驅(qū)動(dòng)器）、SSD、新型超高速存儲(chǔ)器、融合以太網(wǎng)上的RDMA（RoCE）、L2緩存和L1緩存的訪問時(shí)間。（圖片來自Infiniband 行業(yè)協(xié)會(huì)。）

硬盤和固態(tài)硬盤的磁盤訪問時(shí)間在左側(cè)，RAM和高速緩存訪問時(shí)間在右側(cè)。美光（Micron）公司的3D Xpoint NVM（非易失性存儲(chǔ)器）技術(shù)凸顯了這一趨勢(shì)：新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)在朝著RAM存取時(shí)間的方向發(fā)展。

綠色的RoCE（發(fā)音為“Rocky”）列是該難題的第二部分：將網(wǎng)絡(luò)上的許多NVM“磁盤”直接連接到RAM。 （我給“磁盤”加個(gè)引號(hào)，是因?yàn)楣虘B(tài)硬盤與旋轉(zhuǎn)磁盤驅(qū)動(dòng)器的差別就像手機(jī)上的按鍵與 “撥號(hào)盤”一樣大。）可以肯定的是，RoCE并不是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)的技術(shù)，它只是我所了解的一個(gè)。（免責(zé)聲明：我為Infiniband行業(yè)協(xié)會(huì)撰寫過一篇關(guān)于RoCE的白皮書《RoCE Accelerates Data Center Performance, Cost Efficiency, and Scalability（RoCE可加速數(shù)據(jù)中心的性能、成本效率和可擴(kuò)展性）》；還有其他技術(shù)聲稱可以實(shí)現(xiàn)相同的奇跡，其中包括Infiniband本身和iWARP。）

RoCE是個(gè)復(fù)合縮寫詞——RDMA over converged Ethernet（融合以太網(wǎng)上的RDMA），其中RDMA代表遠(yuǎn)程直接存儲(chǔ)器訪問。DMA（直接存儲(chǔ)器訪問）一直內(nèi)置于個(gè)人電腦中。它使內(nèi)部外圍器件（磁盤驅(qū)動(dòng)器控制器、聲卡、圖形卡、網(wǎng)卡等）得以讀寫系統(tǒng)存儲(chǔ)器而不會(huì)麻煩到處理器。RDMA將DMA推廣到了網(wǎng)絡(luò)適配器，以便數(shù)據(jù)可以在不通過CPU或TCP/IP（傳輸控制協(xié)議）的主存儲(chǔ)器路徑的情況下，在不同服務(wù)器上的應(yīng)用之間傳輸。也就是說，RDMA使網(wǎng)絡(luò)接口控制器（NIC）可以直接訪問RAM，從而繞過操作系統(tǒng)并且完全沒有TCP/IP開銷。

這一難題的另一個(gè)關(guān)鍵部分是新的NVM技術(shù)，如3D XPoint，它是由英特爾與美光合作開發(fā)的基于相變的固態(tài)NVM，速度會(huì)比閃存快1,000倍。該想法是在具有垂直線連接亞微觀柱體的三維設(shè)計(jì)中創(chuàng)建隨機(jī)存取技術(shù)——這些柱體的密度要比傳統(tǒng)存儲(chǔ)器高10倍。XPoint（crosspoint，交叉點(diǎn)）裸片（圖2）具有兩個(gè)層和一個(gè)交叉開關(guān)矩陣設(shè)計(jì)。NAND數(shù)據(jù)是按數(shù)kB的塊尋址的，而3D XPoint NVM可以逐字節(jié)尋址，延遲時(shí)間不超過7μs。由于XPoint芯片可以安裝在DIMM上——就在存儲(chǔ)器總線上，因此可以消除“磁盤”與RAM之間的差異。

圖2：3D Xpoint設(shè)計(jì)使用堆疊裸片來增加密度。

當(dāng)3D XPoint和其他新的持久性存儲(chǔ)器技術(shù)（如3D Super-NOR）將RAM存儲(chǔ)器與我們所認(rèn)為的磁盤存儲(chǔ)技術(shù)結(jié)合在一起時(shí)，一切都會(huì)改變。在3D XPoint等技術(shù)實(shí)現(xiàn)其承諾的同時(shí)，RoCE將在400Gb/s網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，到那時(shí)，磁盤和RAM之間的區(qū)別將不復(fù)存在。

我們將不再遵循從遠(yuǎn)程磁盤到本地磁盤、到RAM、到緩存、再到數(shù)據(jù)處理的供應(yīng)鏈，而是直接從“磁盤”到數(shù)據(jù)處理。我們不僅會(huì)將“磁盤”視作甚至比“撥號(hào)盤”更過時(shí)，而且隨著全球的數(shù)據(jù)都高效存儲(chǔ)在RAM中，數(shù)據(jù)處理將不再受主板和物理位置所限制。本地和云計(jì)算之間的區(qū)別將會(huì)消失，光速將成為設(shè)備可做可為的決定性因素，而CPU本身會(huì)成為處理瓶頸，摩爾定律也將繼續(xù)起支配作用。