1.1.1　硬件的发展

摩尔定律是信息技术领域最知名的分析预测之一，指用一美元所能买到的计算机性能，每隔18个月便会增加一倍，这一定律揭示了信息技术进步的速度。内存计算时代的到来也与处理器、内存、磁盘等硬件技术的发展息息相关。

CPU被称为计算机的大脑，第一个单芯片的微处理器Intel 4004由Intel公司于1971年发布。1978年，Intel发布了第一个16位的处理器8086，可寻址1MB内存，从此引入了x86架构。1985年，Intel发布了32位处理器80386，可寻址4GB内存。2004年，Intel发布了第一个64位多核处理器Xeon。在整个CPU的发展进程中，不仅CPU时钟频率越来越高，而且芯片密度越来越大，出现了多CPU和多核架构。AMD于2020年发布的锐龙Threadripper 3990X CPU拥有64核。Intel于2021年发布的至强8358处理器已经具备32核。随着CPU及核数的不断增长，CPU与内存之间的通信出现了瓶颈，于是出现了新的NUMA架构以改进传统对称多处理（SMP）架构的扩展性，非一致内存访问（NUMA）架构将CPU分为多个模块，每个模块都具备本地和远端内存，这也是其称为非一致的原因。NUMA架构一方面提升了系统的扩展性，可以组合出更多CPU、更强处理能力的系统，如SGI UV、Oracle SPARC T5-8、HP Superdome及16路及以上的x86服务器；另一方面，NUMA架构不仅是硬件架构上的改变，同时也影响应用和数据的设计，特别是针对并行计算应用，数据和处理应尽量遵循本地化的原则，毕竟访问远端内存开销很大。分析型内存计算可以很好地利用NUMA架构，一方面分析型数据通常以列式存储，方便进行垂直分区后并行处理；另一方面，分析型数据数值重复度和稀疏度较高，通过与数据压缩技术结合，可进一步缓解内存访问速度和CPU处理速度之间的差异。

在数据库发展的过程中，数据库设计者和使用者一直在尽量避免磁盘I/O。从硬件的角度看，数据处理分为三个部分，即处理器进行计算、存储存放数据以及两者之间的数据传输系统，而这三者中磁盘始终是瓶颈。尽管磁盘的密度越来越高，容量越来越大，但磁盘的I/O处理能力却提升得不多。例如一般磁盘的吞吐量在200MB/s，而内存的数据吞吐量可达到100GB/s。基于闪存的SSD磁盘出现后，读取性能有了较大的提升，但由于其工作原理以及擦写寿命，并不适合写密集型工作负载。机械磁盘的读写延迟一般为10ms，SSD的读和写延迟分别为25μs和300μs，而DRAM的读写延迟为60ns，比机械磁盘快5000倍，即使是与SSD相比，读写速度也要快400倍。最初，由于价格高昂和容量有限，内存仅用于缓存部分数据，随着内存容量的不断增加和价格的大幅下降，将所有数据置于内存成为可能，这时，磁盘不再作为数据的主存储，而是作为数据备份和持久化的设备。根据Gartner的报告，内存价格每年下降幅度为32%。2006年，1GB内存的价格近100美元，2016年只需要不到4美元。内存容量方面，微软Windows Server 2022在x86服务器上最多可支持48TB内存，Red Hat企业版Linux 8在x86服务器上可支持24TB内存。