隨著各大處理器處理速度的提高，特別是前幾年Intel和IBM在CPU運行速度的競爭環(huán)境下，整個CPU運行速度的發(fā)展基本符合摩爾定律，但是近十年來，CPU的速度提升就變得十分緩慢了，個人認(rèn)為最主要的原因有兩點，其一就是工藝，其二就是訪存，數(shù)據(jù)放在存取區(qū)域中，很難快速的load到core中。同樣在各大設(shè)計應(yīng)用中，存儲器的IO速度問題越來越突出，那么到今天為止，在memory access上的的IO速度是否出現(xiàn)了一些突破呢？

Everspin’s nvNITRO NVMe card

上個月，Everspin公布了他們最新研發(fā)的基于MRAN而實現(xiàn)的 nvNITRO NVMe 存儲加速器卡，吸睛之處在于他們給出了這款加速器卡的IO訪存速度為：對于隨機混合4KB 70/30的讀寫操作它的IO速度可以達(dá)到1.46百萬，這個速度有點委實有點驚人，可是說這個速度在目前的IOPS界應(yīng)該是最快的了。換句話說這個IOPS速度其實已經(jīng)超過Intel 的P4800X Optane SSD卡將近三倍了（Optane在隨機4KB 70/30 讀寫操作時的IOPS可以達(dá)到500K的速度）。究其緣由，有多個因素造就了如此高的IOPS速率，首先這款nvNITRO存儲加速器卡采用了Everspin最新的高速1Gb ST-MRAM（Spin Torque Magnetostrictive RAM），DDR4，SDRAM兼容性IO；其次，加速卡內(nèi)部為NVMe 1.1+ 配置了兼容的MRAM專用存儲控制IP塊；關(guān)鍵的是還采用了Xilinx Kintex UltraScale KU060 FPGA芯片為整個板卡實現(xiàn)了MRAM控制器到 PCIe Gen3X8的主機接口，這一點就為IO的高速 access奠定了基礎(chǔ)。同時值得關(guān)注的是，Everspin的nvNITRO NVMe卡將會在2017年的Q4上見到，并且其可用能力將會達(dá)到1或2GB，值得期待。

圖1：Everspin’s nvNITRO NVMe card

不同于過去實現(xiàn)NVMe 卡時采取的存儲技術(shù)，非易失性MRAM實現(xiàn)了一些十分有意義的優(yōu)勢，比如說它的非易失，可以省去后備電源的需求。除此之外，ST-MRAM有非常高的持久力，所以nvNITRO卡可以每天沒有限制的進(jìn)行寫操作不會出error，這就省去在NAND Flash存儲是要通過耗損平衡算法來為存儲steal一些cycle的需要，同時，隨著運行時間的延長在讀寫性能上并未有所降低。

圖：Everspin ST-MRAM 快速寫且具有高的 write endurance

從上面的坐標(biāo)系中，隨著Y軸數(shù)據(jù)的增加，觀察X軸上可以看到Everspin的ST-MRAM的寫速度相當(dāng)快，幾乎和DRAM速度相同，當(dāng)然了，這一點也確實是實現(xiàn)nvNITRO加速器具有相當(dāng)快的讀寫速率的原因之一。

另外，關(guān)于Everspin nvNITRO NVMs 存儲加速器的數(shù)據(jù)手冊中值得指出的一點是“用戶可以通過寫自己的RTL code到可編程的FPGA芯片來自定義feature”(原文為：Customer-defined features using own RTL with programmable FPGA)，這就好比說用戶自己可以在nvNITRO 存儲加速器卡系統(tǒng)中的Lintex UltraScale KU060 FPGA芯片中寫code來實現(xiàn)PCIe接口和ST-MRAM控制器，即在不增加BOM開銷的前提下，你可以寫自己獨特的需求code在這個設(shè)計系統(tǒng)中。這樣一說的話，如果身邊有這樣一塊板子的話確實值得一試。

總結(jié)

在上面的整個介紹中，主要是突出了nvNITRO這個加速器卡的訪存速度超級快，并對其快的原因進(jìn)行了分析。其實結(jié)合以前的一些文章，可以發(fā)現(xiàn)并歸納出 一個關(guān)鍵點：使用FPGA其實是實現(xiàn)這些性能的一個前提，比如說應(yīng)用FPGA可以靈活的實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)接口和控制器；還有一點就是使用FPGA使得整個系統(tǒng)的靈活性完全不一樣了，更多的為用戶的自主設(shè)計流出了空間。相信在以后的更多用到Xilinx 高性能FPGA的設(shè)計中將會越來越注重將FPGA的靈活性發(fā)揮出來。