殺死NAND Flash，替代DRAM；3D Xpoint有這個能力嗎？|半導體行業觀察

n n 來源：半導體行業觀察翻譯自computerworld，作者Lucas Meariann n n n n n ，謝謝。n n n n n

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n 在3D NAND Flash大行其道的21世紀，當Intel和美光在2015年首次介紹3D Xpoint的時候，市場掀起了軒然大波。據當時的介紹，3D Xpoint的會比NAND Flash快1000倍，且壽命也會比其長1000倍。n

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n 但實際上，這樣的性能表現只能出現在PPT里。根據實際的測試，3D Xpoint只是比NAND快10倍，且在讀入新數據的時候，需要先擦除老數據。n

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n 但是這個新興的固態存儲器將會在數據中心找到他的位置，因為他的價格只有DRAM的一半，只主要是因為它會和傳統的存儲技術搭配來提升性能。但是相比於NAND Flash，3D Xpoint的價格還是會貴很多。n

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n n 隨著傳輸數據、雲計算、數據分析等多樣需求的增長，更高性能的存儲也成為廠商的目標。這就給3D Xpoint帶來了新的機會。n n

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n 下面，我們來看一下3D Xpoint。n

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n 「毫無疑問，這項技術會給數據中心帶來重要的影響，但是在PC端的影響則沒有那麼大」，Gartner的半導體和NAND Flash VP Joseph Unsworth表示。「無論是超大規模數據中心、雲服務供應商，或者是傳統的企業存儲客戶，他們對這項技術都會感興趣」，他補充說。n

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n 但是3D Xpoint供應商並不能說服客戶用其去替代所有的DRAM，即使使用這項新技術能夠幫忙降低成本。主要因為在NAND Flash的SSD中，其性能遭到了質疑。n

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n 什麼是3D Xpoint？n n n

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n 相信大家看過很多這個新技術的介紹。簡單來說，這就是一個新型的非易失性固態存儲，擁有比NAND Flash更強悍的性能，以及更長久的壽命。而從價格來說，他是處於DRAM和NAND Flash之間的。n

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n 根據Gartner的數據顯示，現在DRAM的售價基本是每gigabyte 5美金，而NAND的價格則是25美分每gigabyte。3D Xpoint的大批量採購價格則會在每gigabyte 2.4美金這個區間。按目前看來，到2021年，3D Xpoint的售價也會比NAND Flash貴許多。n

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n 但是其實無論是Intel或者美光，都沒有談過太多關於這項新技術的細節，他們只說這是一項基於電子存儲的技術，和Flash存儲和DRAM一樣，也沒有用到晶體管。他們也聲稱這並不是ReRAM或者憶阻器。這兩者被認為是NAND未來的最大挑戰者。n

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n 根據專家用排除法分析，可以得到3D Xpoint應該是相變存儲（PCM）技術，和美光先前開發過的一種技術差不多，而性能也相近。n

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n PCM 作為新一代存儲技術,利用特殊材料在晶態和非晶態之間相互轉換的相變來儲存數據,其晶元目前廣泛使用的核心材料是GST(由鍺銻碲按比例混合而成)。這和美光Russ Meyer之前說的不謀而合——「存儲單元本身是在兩個不同狀態之間簡單變動的」。n

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n 在PCM中，非晶態的高阻率是保存為0，低阻率的靜態則保存為1.n

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n 3D Xpoint的架構和顯微鏡下的窗格子類似。而那些支持則是由硫族化合物組成，且搭配了開關，能夠允許數據的讀寫。n

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n Intel非易失性存儲事業部GM Rob Crook表示，3D Xpoint並不像DRAM那樣，把數據存儲在電容的電子里，也不像NAND那樣把數據存儲在浮動柵的電子阱里。它使用一種物理材料，這種材料本身能夠改變0或1狀態，然後存儲數據。但是他們需要將其尺寸變小，以適合更多應用。n

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n 為什麼3D Xpoint能夠吸引如此多的關注？當然是因為他在PCIe/NVMe介面連接的時候，擁有比NAND Flash高十倍的性能，且使用時間會長1000倍。這也就意味著持續讀寫次循環超過100萬次，也就意味著，這個存儲一旦裝上，在不壞的情況下能永久使用。與之對比，現在的NAND Flash只有3000到10000的持續讀寫循環。如果帶有損耗平衡和誤差糾正軟體，這個循環能提升，但和100萬比，這還是小巫見大巫。n

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n 3D Xpoint還有比較低的延遲。與NAND Flash相比，這個數據是1000倍，與DRAM相比，則是十倍。明顯看出，在高速讀取的應用中，這回事更明智的選擇。Sn

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n 這種優勢讓3D Xpoint能夠降低數據中心存儲體系的落差（包括處理器上的SRAM，DRAM，NAND FLAHS，HHD、磁帶或光碟）。這個還能夠彌補易失性的DRAM和非易失性NAND Flash SSD 之間的差距。n

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n 也許這是數據中心的未來。Intel NVM方案部門主管James Myers表示，他們的3D Xpoint產品Optane能夠用來執行有限的數據集或者實時存儲和升級數據。n

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n 相反地，傳統的NAND Flash 只能批次地處理存儲數據，利用列式資料庫系統分析。這就需要非常多的讀寫操作。n

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n 「不會有很多人為更高的連續吞吐量支付額外的錢，因為很多的分析可以在凌晨2點到5點完成，因為哪個時段不會有很多的業務操作」，Myers表示。n

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n Intel的首個3D Xpoint SSD P4800x每秒能夠執行550000次的讀寫操作（IOPS），與之對比，Intel最頂尖的NAND Flash SSD的IOPS只能達到400000。n

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n 和DRAM一樣，3D Xpoint可以按位元組定址，這就意味著每一個存儲單元有一個不同的位置，這不像分區的NAND，在應用在為數據搜索的時候，不允許「超車」。n

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n 「這個不是Flash，也不是DRAM， 3D Xpoint是一個介乎這兩者之間的技術，而生態系統的支持對於這項技術的拓展極為重要。」Unsworth說。目前我們還沒看到任何一個飛翼式的DIMM被裝配，因此這會是一個很大的挖掘空間。n

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n 3D Xpoint什麼時候可以準備好？n n n

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n Intel已經開拓出了一個不同於美光的3D Xpoint路線。按照他們的說法，其Optane品牌適合於數據中心和桌面PC。美光則表示其Quantx SSD非常適合於數據中心，他們也或多或少提到，其產品也會適合消費級別的SSD。n

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n 在2015年，Intel小批量生產了使用IM Flash技術的3D Xpoint Wafer。到了去年，Intel和Micron則投資了做立在猶他州Lehi的Fab，大批量生產3D Xpoint產品。n

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n 上個月，Intel開始出貨他的手系列新品：專為PC打造的 Intel Optane 存儲加速模塊（16GB/MSRP $44和 32GB/$77），另外還有數據中心級別的375GB Intel Optane SSD DC P4800X擴展卡，售價1520美金。DC P4800X使用的是PCIe NVMe 3.0×4（四路）介面。n

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n Optane 存儲PC加速器模組能夠被應用到在一個七代Intel Kaby Lake平台上，加速各種SATA連接的存儲設備。在存儲中加上Optane模組就像在桌面PC或者筆記本上加了某種類型的緩存。n

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n DC P4800X是首個為數據中心生產的3D Xpoint SSD，Intel方面表示，後續會推出更多此類應用，包括一個企業泣別的Optane SSD，他的容量為750GB。Intel方面表示，這會在今年第二季度到來。而1.5TB的SSD則會在今年下半年推出。n

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n 這些SSD同樣以模組的形式存在，並適用於PCIe/NVMe和U.2插槽，這就意味著他們適用於使用AMD 32核Naples 處理器平台的工作站和伺服器。n

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n Intel還計劃明年推出他們DRAM類型的DIMM模組Optane。而美光方面則打算在20147年下半年推出其QuantX產品。n

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n 3D Xpoint會對電腦性能造成什麼影響？n n n

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n Intel表示，其Optane將PC的啟動時間減少了一半，並將整體系統性能增加了28%，載入遊戲速度也快了65%。n

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n DC P4800在隨機讀寫環境下的表現也非常出色，因此我們可以用它來增強伺服器的DRAM。在隨機讀寫的狀態下，Optane會自動啟動，這在高端PC和伺服器中非常常見。Optane的隨機寫速度比傳統的SSD快10倍，而讀速度也有三倍左右的提升。n

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n 除此之外，新的DC P4800 SSD 的讀寫延遲低於10微秒，這在NAND Flash的SSD中是不可能任務，後者的延遲在30到100ms這個範圍。而DC 3700的平均延遲則有20ms，這是DC P4800的兩倍。P4800X的讀寫延遲接近相同，這不同於Flash存儲的SSD。n

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n 3D Xpoint會「殺死」NAND Flash嗎？n n n

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n 或者這樣的結局不會產生，Intel和美光雙方都認為3D Xpoint與NAND是互補的。他的出現主要是彌補NAND和DRAM的差距。然而，隨著新3D Xpoint的普及，SSD的經濟規模會增長，分析師們認為它會挑戰現存的存儲技術，不是指NAND，而是DRAM。n

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n Gartner預測，到2018年，3D Xpoint 會在數據中心中佔領上風。屆時它會吸引很多關鍵客戶的目光。這不僅僅限於伺服器、存儲，超算中心或者雲計算，軟體客戶也是他們的潛在關注者，Unsworth說。一旦你能夠在資料庫分析速度和成本上找到一個平衡，那麼就會吸引更多的客戶執行實時的數據分析處理。n

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n 因此我認為這是一個革命性的技術，他補充說。但這個最終被廣泛採納需要一段時間，數據中心生態鏈需要一點時間去接納這個新存儲技術，晶元組和第三方應用的支持也需要時間去兼容。n

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n 另外，現在只有Intel和美光兩家供應商提供3D Xpoint，從長期看來，這個技術應該也會授權給其他廠商。n

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n 再者，包括ReRAM和憶阻器在內的競爭技術也會在未來某一天到來，但他們當中沒有哪一個可以滿足高存儲和大批量出貨的需求。n

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n 去年秋天，三星介紹了其新的Z-NAND存儲，這是3D Xpoint的一個明顯競爭者。這個即將發布的Z-NAND SSD延遲會較3D NAND Flahs降低四分之三，而順序讀速度也會快1.6倍，三星計劃在今年推出其Z-NAND。n

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n 那麼，這意味著NAND的「死亡」么？我認為近期內都不可能。n

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n 隨著挑戰3D Xpoint的非易失性存儲技術逐漸出現，傳統的NAND Flahs依然有很長的路要走，直到2025年，這個技術都是安然無憂的。n

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n 而最新版本的3D或者垂直NAND堆棧已經到了64層，這比傳統的平面NAND的密度有了很大提升。製造們打算在明年將其擴展到96層，並打算在未來幾年將其擴展到128層。n

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n 初次之外，現在的的3bit/ cell TLC NAND有望轉向4bit/cell 的 QLC 技術，這樣能夠增加密度，同時降低生產成本。n

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n 這是一個很有彈性的產業，因為在世界範圍內有很多很大的供應商。同時，中國也會在當中充當非常重要的角色。Unsworth認為，如果NAND在幾年內會死亡，他們就不會花費數百億美元進入這個NAND Flaash產業。我看到了3D NAND慢下來了，但他們依然沒碰到天花板，他補充說。n

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n n 原文鏈接：http://www.computerworld.com/article/3194147/data-storage/faq-3d-xpoint-memory-nand-flash-killer-or-dram-replacement.htmln n

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n 今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1274期內容，歡迎關注。n n

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