华宇：倾听我们的声音——大内存系统的过去、现在和未来

在即将于今年10月26-28日在沈阳举办的CNCC2023期间，在129个涵盖人工智能、安全、计算+、软件工程、教育、网络、芯片、云计算等30个热门专业领域的技术论坛上，包括国际知名学者、两院院士、产学研各界代表在内的700余位报告嘉宾将着力探讨计算技术与未来宏观发展趋势，为参会者提供深度的学术和产业交流机会，当中不乏在各领域深具影响力的重磅学者专家亲自担纲论坛主席。

本专题力邀CNCC2023技术论坛主席亲自撰稿，分享真知灼见，带你提前走进CNCC，领略独特专业魅力！

本期特别嘉宾：

华宇 CCF杰出会员，华中科技大学教授

作者：CNCC2023【大内存系统】技术论坛主席：华宇

内存系统

从广义上讲，计算机经典的存储结构主要包含CPU缓存、内存、存储等层次。在这些层次中，自顶向下访问速度依次下降，价格依次递减，容量依次递增。CPU缓存是CPU内部的高速存储空间，而基于DRAM的内存能够提供高吞吐率和低延迟的字节粒度的数据随机访问。尽管两者都能支持字节粒度的高速访问，但通常是基于易失的存储器件。这样，在计算机系统出现掉电或者宕机后会丢失缓存和内存中的数据。为保证数据的持久性，计算机系统需要将数据写到非易失的存储器件上，这些存储器件通常支持以块为粒度的访问接口，因此访问速度较慢。

融合内存高性能和存储持久化优势的新型非易失内存是内存相关领域的研究重点，其在系统掉电或宕机的情况下依然能保持数据，支持字节粒度访问。典型器件包括相变存储器、阻变存储器、自旋扭矩存储器等。

内存税的挑战

在通常的计算机体系结构中，计算和存储是分离的，为弥补两者之间的性能鸿沟，可以采用内存系统作为桥梁和纽带。自内存系统被提出以来就广受关注，相关典型研究工作涵盖单节点环境下的物理器件、接口标准、总线通道和替换算法等。

内存系统连接高速缓存和低速存储，但同时也经常成为系统的性能瓶颈。内存系统所支持的应用需要大量的数据迁移、产生高能耗开销以及面临潜在的安全风险，这些为支持内存操作而产生的额外开销通常被称为内存税。

内存是计算机系统的关键部件和重要基础设施，内存税所带来的挑战已经从传统的单机单点的访问延迟、数据溢出、安全风险等扩展为多点、多云、多链系统的瓶颈，需要注重分析和研究远程访问、一致性、共享机制和数据分布等软硬件生态问题。

大内存系统

为解决内存税难题，大内存系统目前正广受关注。以云边端协同计算、区块链、元宇宙等为代表的新兴应用迫切需要高并发、低延迟、大容量和具有安全保证的大内存系统的有力支持，同时持久内存、CXL互联内存等新架构也需解决一致性、可靠性和耐久性等关键问题。

当前，对于大数据、大模型和大芯片都有不同程度地比较清晰的理解和认识，但是对于大内存系统的本质和发展趋势，还需要学术界和工业界围绕相关应用模式和硬件特征开展富有建设性的分析和研讨。

面对新应用和新器件的双重挑战，构建大内存系统是学术界和工业界共同研讨的解决思路。为设计和实现具有高性能和高安全的大内存系统迫切需要解决以下关键问题：

回顾过去：新兴的大内存和传统内存的区别与联系是什么？
立足现在：构建大内存系统在学术界和工业界是否正当时？
展望未来：大内存系统的关键科学问题与生态体系是什么？

关于CNCC2023“大内存系统”技术论坛

CNCC 2023的“大内存系统”学术论坛将注重从大内存系统的软硬件生态体系出发，在体系结构、安全机制和系统软件等多方面开展全面而深入的分析和研讨，为未来大内存系统的进一步发展提供新思路，发出我们的声音，诚挚欢迎大家莅临指导。

报名CNCC

论坛名称：【大内存系统】技术论坛

举办时间：10月28日下午

论坛主席：华宇 CCF杰出会员，华中科技大学教授

顺序	主题	主讲嘉宾	单位
1	面向非易失内存与持久缓存的高速OLTP存储引擎	武永卫	清华大学
2	异构计算安全架构	侯锐	中国科学院信息工程研究所
3	RDMA赋能数据中心/超算中心间远程互联	田臣	南京大学
4	面向大模型的智算、存储与系统设计与思考	姚建国	上海交通大学
5	非易失内存兼顾高性能的安全保障优化技术	冯丹	华中科技大学