3D XPoint究竟是什么?

  • zhupengbo
  • 2015-07-30 13:32:28
  • 《This new 3D XPoint memory could last forever》

[导读]英特尔和镁光联合发布的3D XPoint闪存技术,介于DRAM和NAND之间,3D XPoint架构其实是一种大容量存储技术,虽然比DRAM要慢,但它比DRAM要便宜,比NAND要快,但是比NAND要贵,最重要的是它是非易失性的。

英特尔和镁光本周联合发布了全新类别的存储形式,比NAND闪存快一千倍,比NAND闪存耐用性高一千倍!继3D NAND以来,又一个闪存介质的创新。

一千倍的耐用性意味着一百万次的读写次数,新存储介质在寿命上有重大突破。

现在用的NAND闪存读写次数在3000~10000次之间。虽然可以通过读写均衡和错误修正软件来提升寿命,但还远远达不到10000次。

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英特尔,镁光

3D XPoint技术之前的架构(Corss-point)舍弃了原来位存储晶体管(bit-storing transistors),采用栅状电线(a latticework of wires)电阻来表示0和1。

而3D XPoint架构其实是一种大容量存储技术,虽然比DRAM要慢,但它比DRAM要便宜,比NAND要快,但是比NAND要贵,最重要的是它是非易失性的。所以,断电之后数据不丢失。

三星和镁光都很激动,表示这是二十五年来开创的第一个新的存储类别。3D XPoint介于DRAM和NAND闪存之间,未来很有可能在企业级数据中心甚至消费级产品中引起变革。

神秘的材料

虽然宣布正在准备大规模生产,但镁光和英特尔都拒绝透露技术细节。

不说用的什么材料,不公布性能参数,只是表示很快就有样品亮出,双方还都表示2016年才会正式推出这一产品。

镁光的流程整合总监Russ Meyer表示,3D XPoint将会比DRAM慢五到八倍。这意味着它不可能改变内存计算那种应用场景。

3D XPoint跟常规的2D平面NAND的容量差不多,但比DRAM的密度高出十倍。意味着镁光和英特尔的闪存产品的密度上将保持优势。

并不是完全全新的技术

3D XPoint也不是完全全新的技术,之前的cross-point架构舍弃了原来位存储晶体管(bit-storing transistors),采用栅状电线(a latticework of wires)电阻来表示0和1。

Cross point架构采用基于ReRAM(或RRAM)的忆阻器概念(memory resistor concept),也可叫作应用忆阻器(memristor)。电阻式存储(Resistive memories)已经在过去的几年中投入了生产。

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SanDisk

上图是闪迪在2008年展示的cross-point技术,说明这一技术多年前就有了。

传统的NAND闪存用晶体管来存储数据,XPoint和ReRAM的cell改变了他们的物理特性,通过改变电阻特性来表示数据。当处于高电阻状态时,电不能轻易通过,cell表示0,当处于低电阻时,cell表示1。

相变存储(phase-change memory)也是cross-point的一类,这也是多年前就开始开发的技术了。

2008年,通知和闪迪宣布正在研究cross point存储RAM芯片。2013年,两家公司在国际固态电路研讨会上证明了这一技术。

2011年,IBM宣布已经生产出了相变存储芯片,它存储的数据量比NAND闪存高一百倍,而且读写次数达500万次。

英特尔和它的合作伙伴Numonyx也在2009年宣布了在相变存储上的一次突破。

2013年,一家名为Crossbar的初创公司推出了邮票大小的ReRAM产品原型,它可以存储1TB数据,该产品预计将于今年大规模生产。

也有人表示,虽然这不完全是相变存储,但是也涉及到了部分相变存储的内容。

有什么不同

3D XPoint采用了独特的化合物材料,一种特殊的cross-point架构,密度比常见的存储高出数十倍,跟相变存储相比它的扩展方式更多。

另外,XPoint的cell的读写靠的是各种电压,电压的高低表示0和1。

镁光的资料上提到,这样一来就不需要晶体管了,既增加了容量又减少了成本。

但英特尔和镁光对于究竟使用了什么材料这件事,还是选择了保密。

3D XPoint技术采用了新的材料来转化电阻的状态,对可靠性低成本高的零件的依赖性降低,跟之前的一些技术不同,这些技术可以真正生产出来。

新架构和新的神秘材料成就了英特尔和镁光引以为豪的3D XPoint。

这意味着什么?

消费级产品上,如台式机和笔记本电脑或者手机上,XPoint能增加他们的存储容量,传输速度将从现在的500MB/s提升到500GB每秒,如果英特尔和镁光没骗你的话。(Dostor PS:SATA 3的接口速度有点吃不消吧)

但这个产品离消费级产品还比较远,数据中心更需要这个。

跟当年NAND出现时候一样,新兴的存储技术总要经过许多年才会真正使用。这一项新技术可能会出现在内存计算和高性能计算等领域。

如今的数据中心采用DRAM来进行高性能计算,运行一些IO密集型的应用程序,还有一些怕因为断电丢失数据的应用场景。有了XPoint存储后,一些高性能处理不必完全依靠DRAM了,同时他的高容量也解放了许多NAND闪存。

有专家表示DRAM不会被完全取代,未来DRAM只占很少的一部分,大部分将会是3D XPoint存储。

3D XPoint对用户带来许多直接的好处,可以显著提升需要对大量数据进行分析的场景,提升鉴别欺诈的能力,对于基因检测,原油勘探,物联网行业都有很多积极意义。

无非还是为了速度

一个很重要的方面是:3D XPoint很快,超级快。

如今,内存和闪存存储在计算机上采用不同的接口。笔记本电脑用的通常是SATA或者PCIe口。DRAM或者系统内存由不同的插槽连接到CPU,这意味着两者有不同的接口和性能水平。

英特尔和镁光都表示,在一个新的系统架构下,3D XPoint可以取代DRAM和NAND闪存。

因为,DRAM的时延降低到纳秒级,NAND闪存的时延为微秒级,尽管如此,还是硬盘快上上千倍。尽管没有看到性能标准,镁光和英特尔表示3D XPoint的速度比较接近DRAM。

3D XPoint使用的材料很关键。NAND闪存的发展遇到了工艺上的瓶颈,晶体管不能再小了。当前,最小的工艺制程在10nm到20nm之间。NAND闪存厂商,像英特尔,镁光,三星,闪迪和东芝都在搞3D NAND,他们有的最多堆叠了48层,以此来提高闪存的密度和容量。

3D XPoint存储阵列由许多垂直的传导器连接着1280亿个cell。每一个cell存储一个bit数据。紧凑的数据架构带来了高性能和高容量。

镁光和英特尔的资料中写道:XPoint中,横跨两个堆叠存储层的每个die能存储128Gbit数据。未来或许通过横跨更多的层,或者采用传统的光刻间距扩展来提高die的容量。

如果一切进展顺利,3D XPoint或将成为引领存储变革的下一个爆发点。

本文由Dostor译自ComputerWorld,原文《This new 3D XPoint memory could last forever》,原文链接
 

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