1.寫在前面

眾所周知，在傳統的計算機體系結構中，記憶體架構是層級制的。
從片上的暫存器記憶體-快取記憶體（cache），到片外的主存（DRAM），以及磁碟（disk）。不同的計算機*硬體廠商可能在具體的等級劃分數目上有所不同，但大體結構並無二致。*
比如，有的cache做成三層，有的做成兩層。再比如，有些會在內盤與磁碟之間加一個SSD cache，作為磁碟快取。
快取技術是計算機記憶體技術中非常關鍵的一個技術概念，它利用的是程式執行的區域性性原理。區域性性原理又分為空間區域性性和時間區域性性。
更具體地，所謂空間區域性性，是指當某一個數據或程式段被呼叫執行（會調入cache頁）後，在不遠的將來。它在記憶體中的位置地址附近的資料或程式段也很有可能被執行；所謂時間區域性性，是指當某一個數據或程式段被呼叫執行後，在不遠的將來，它會被再次執行。

2.為什麼要引入新型記憶體

我們知道，根據 暫存器記憶體-快取記憶體-主存-硬碟儲存器 這樣的從上到下的層級結構，一個簡單的事實是越往下儲存容量越大，價格更低，但是存取速度也越慢。無論是學術界還是工業界，在儲存器體系上所一直不懈努力的目標就是用相對較低的價格，獲得儲存容量大並且速度快的記憶體。
由於CPU晶片大小的固有限制，暫存器記憶體不能太大，一般只有幾十KB到幾百KB的儲存容量。所以，一個更好地改造目標是DRAM，近年來隨著技術的進步和成熟，DRAM已經從從2GB發展到如今的8GB，16GB甚至更高，且速度效能也在不斷提升。
但是，隨著近些年記憶體計算技術的興起，越來越多的應用需要將更多資料放入記憶體中進行操作，記憶體空間就成為了一個不可忽視的瓶頸。如何能夠在保證訪問速度的情況下，提升記憶體儲存空間成為了一個極具挑戰力的課題。
目前業界一個備受關注並且極具創新力的解決方案是NVM（Non-volatile Memory）的設計。所謂NVM，即是非易失性記憶體。比如我們目前廣泛使用的DRAM記憶體，它是易失的（volatile），具體來說，就是當掉電之後，所有儲存在DRAM中的資料將全部丟失。而像大容量的磁碟儲存裝置，則屬於非易失性的，具有持久儲存的能力。
要注意的是，NVM並不是指某種特定的硬體介質記憶體，而是針對具有非易失特性的記憶體的統稱。
而我們將要介紹的SCM,也就是儲存級記憶體。它不僅具有大容量的突出優點，而且還兼具非易失的儲存特性，這就為記憶體技術革命提供了良好的基礎。

3.SCM的特點

作為新型記憶體的SCM，具有如下幾個突出特點：
1、非易失
2、極短的存取時間（DRAM-like）
3、每比特價格低廉（Disk-like）
4、固態，無移動區（SSD-like）

基於以上特點，SCM勢必成為大資料時代炙手可熱的重要記憶體產品。

4.SCM與DRAM的關係

既然SCM有這麼多優點，是否意味著傳統的DRAM記憶體將被它取而代之呢？
答案是暫時不會。
雖然我們強調SCM具有快速的存取特性，這很像DRAM，但實際上它僅僅讀速度與DRAM相當（但是還是會慢一些，約為一個數量級），寫速度則相差10倍到100倍以上。並且SCM還具有一個作為NVM裝置的致命缺陷，即寫次數有限，寫幾百萬次時會寫穿造成永久失效的問題。因此，對於寫次數大的應用而言，SCM未必是一個好的選擇。
因此，DRAM在現階段是不可能也不應該被淘汰的。一個良好的思路是，是否可以設計一種混合架構記憶體，使得DRAM和SCM強強聯手，達成一個更好的優化目標呢？
這一點是可行的，目前在硬體裝置上，如華為、浪潮這樣的硬體裝置廠商已經基本生產出了符合技術目標的NVM原型，尤其值得一提的是這些硬體在機器上執行時，記憶體堆上層使用者的操作是透明的。也就是說，使用者在使用記憶體時，本身是不知道它是DRAM還是SCM的，這既為使用者提供了便利，也使得應用程式開發人員能夠更好地關注軟體本身的架構及程式執行的合理性，而無需關心記憶體與作業系統之間的互動細節。
DRAM/SCM混合記憶體架構是一種嶄新的記憶體架構，目前學術界和工業界都不遺餘力地在這一架構上尋求突破口和創新點。

5.混合記憶體架構的機遇與挑戰

關於基於SCM的應用變化及創新，更具體地將在後續博文中結合我近期閱讀過的論文（相關研究）
來詳細地介紹，在這裡就先只做一些概要的講述。

針對傳統的DRAM資料儲存掉電易失的問題，計算機從業人員構思出了備份、冗餘碼、transaction、logging等技術機制來保證資料一致性。而在使用SCM之後，事情也許可以發生一些變化，比如，備份機制就沒有必要了。因為資料儲存在SCM中是持久儲存的，在掉電重啟之後只要重新訪問資料儲存區域就可以繼續原來的工作了，當然，這需要transaction和logging技術的支援，以及其他的可能需要提出的新技術（為優化效能使用）。

針對記憶體中計算的應用，比如in-memory database，in-memory KV-Store，使用SCM來儲存如資料庫、KV-Store這樣的結構，既可以結合傳統的技術，又能減輕容錯方面需要考慮的問題複雜性，這就使得進一步優化其他效能指標如load balancing和流量成為了可能。