改變PC性能的黑科技？原來是這樣實現的！
黑科技的核心——3D XPoint技術
如果你關注最新的科技資訊，那麼想必一定聽說過英特爾最新推出的傲騰內存，這款被媒體稱之為「黑科技」的最新產品，自推出之初便受到了廣泛關注。而關於英特爾傲騰內存，各方不同的解讀也為這款產品增添了些許神秘色彩，我們在驚嘆傲騰內存給整機性能帶來的巨大提升的同時，對這款產品的本質與工作原理也產生了極大的興趣，那麼傲騰內存究竟是怎樣一款產品?它又給PC性能帶來了怎樣的改變呢？
想要弄清上面這些問題，我們首先還是要對傲騰內存有一個初步的了解。實際上，英特爾傲騰內存是一套完整的系統加速解決方案，它通過基於3D XPoint的英特爾傲騰技術，以及英特爾 快速存儲技術驅動程序，在不影響存儲容量的情況下提供更高的性能和響應能力。簡單概括來說，傲騰內存就是基於3D XPoint技術打造的，可以為硬碟提速的緩存設備。其主要作用是給傳統機械硬碟提速，讓HDD用戶可以感受到SSD般的使用體驗。在穩定性和性價比等方面，傲騰內存有著一定優勢。
此外，之所以稱其為內存，是因為它是利用新的內存介質將信息存儲到與處理器更近的位置，這與系統DRAM內存的功能十分相似。傲騰內存可以和普通內存串聯成一個虛擬驅動器，並使用智能軟體(英特爾快速存儲技術)來加速PC的性能和響應速度。
英特爾傲騰內存
當然，如果單純從產品形態的角度來看，傲騰內存就是3D XPoint和快速存儲技術所組成的M.2介面模塊。其中的3D XPoint可以說是傲騰內存中的關鍵技術，也是傲騰內存能夠提升PC性能的根本原因。
英特爾傲騰內存
1.3D XPoint
3D XPoint是一種由英特爾和美光科技共同推出的非易失性存儲技術，英特爾將該技術稱為Optane，而美光則稱其為QuantX。這個技術可以說是25年來存儲技術的革命性突破，其速度和耐用性都是目前NAND快閃記憶體的1000倍。在低延遲方面，3D XPoint更是NAND快閃記憶體的千分之一，DRAM的十倍，這尤其突顯了其可以進行高IO操作的能力。
3D XPoint
此外，雖然本質上都是3D XPoint技術，但英特爾的Optane和美光的QuantX其實是兩種不同的發展走向。英特爾的Optane適用於數據中心和台式PC，旨在加速數據訪問，同時實現經濟實惠的存儲容量價格。比如面向數據中心的英特爾Optane SSD——DC P4800X，擁有超高速、低延遲、壽命長的特點，並且推出之後便被國內兩大互聯網公司阿里巴巴和騰訊率先部署。
3D XPoint
3D XPoint比DRAM和NAND好在哪？
2.內存和硬碟的區別
在介紹3D XPoint之前，我們首先要了解一下易失性存儲器和非易失性存儲器的概念，易失性存儲器(Random Access Memory，RAM)：電源開啟時資料存在，電源關閉則資料立刻流失，例如：SRAM、DRAM、SDRAM、DDR-SDRAM 等；非易失性存儲器(Non-Volatile Memory，NVM)：電源開啟時資料存在，電源關閉資料仍然可以保留，例如：ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash ROM、FRAM、MRAM、RRAM、PCRAM等。
我們常說的內存和硬碟，則分別是易失性存儲器和非易失性存儲器中典型的代表，二者之間的區別主要體現在斷電後數據的處理上，在把電源關閉後，內存中的數據通常不會保留，而對於硬碟而言，即便是關掉電源，硬碟中的數據也不會消失。
但比起處理器的信息吞吐能力，硬碟的速度可以說不值一提，如果處理器運算所需要的數據如果直接從硬碟中獲取，時間顯然會比較久。而內存作為二者之間的橋樑，比CPU直接去抓硬碟數據快很多。如果CPU是火箭的話，那麼緩存就像是飛機，內存是火車，硬碟則像是輪船。不過，內存雖然處理數據的速度比硬碟快，但斷電之後數據會消失，而且價格也比硬碟貴，這使得人們不得不尋求一種更加合理的解決方案。
不同存儲器之間的性能差異
3.DRAM、NAND、3D XPoint
在上文中提到，DRAM（內存）和NAND（硬碟）是比較常見的存儲器技術，儘管二者已經誕生了幾十年，但DRAM和NAND的基礎性物理運作機制並沒有發生太多改變，在技術層面都存在著一定局限。
● DRAM
DRAM(Dynamic Random Access Memory)，即動態隨機存取存儲器，是最為常見的系統內存。由於DRAM只能將數據保持很短的時間，因此為了保持數據，DRAM所使用的電容存儲必須隔一段時間刷新一次。DRAM通過MOS管的柵電容上的電荷來存儲信息，一旦掉電信息會全部的丟失，由於柵極會漏電，所以每隔一定的時間就需要一個刷新機構給這些柵電容補充電荷，並且每讀出一次數據之後也需要補充電荷，這也是其被稱為動態隨機存儲器的主要原因。
DRAM的特點是延遲低、壽命長。但核心問題是易失性，需要不停的供電，斷電存儲數據就會消失。
DRAM
● NAND
NAND(NAND Flash Memory)是一種非易失性存儲技術，即斷電後仍能保存數據。隨著人們持續追求功耗更低、重量更輕和性能更佳的產品，NAND也在向著降低每比特存儲成本、提高存儲容量的目標發展。NAND主要是利用浮置柵極上的電容存儲電荷來保存信息，因為浮置柵不會漏電，所以斷電後信息仍然可以保存。另外，它的結構相對簡單，集成度較高，所以容量可以很大。
從壽命上來說，NAND是有平均讀寫次數的壽命的，即使是SLC NAND顆粒，其壽命也遠遠不及DRAM；同時受制於存儲原理，NAND的延遲較高。
NAND
●再談3D XPoint
我們在文章開始就說過，3D XPoint是一種非易失性存儲技術，它將原本平面化的NAND快閃記憶體結構變成了立體結構。在立體結構中，存儲容量將不再單純受晶元平面面積大小的影響，同樣的晶元面積上可以容納更大的數據吞吐量。同時，與NAND相比，3D XPoint擁有更加出色的性能和耐久，價格方面也處在DRAM和NAND之間。
另一方面，在生產工藝一定的前提下，單位面積里容納的存儲空間總是有限的，3D XPoint通過立體快閃記憶體堆疊技術，讓在單位空間內可以容納下更大容量的存儲空間。如果說每一個單位的NAND快閃記憶體就是一棟平房，那麼3D XPoint可以說是直接在地基上建造的摩天大樓。
3D存儲結構
除了立體化的存儲結構，3D XPoint在立體化空間里排布也有所不同，它由選擇器與內存單元共同構成，數據存儲在交叉疊起的字線和位線之間，在字線與位線之間提供特定電壓會激活單一選擇器，使存儲單元進行寫入或者讀取。當數據需要讀取時，字線和位線可以檢測某個存儲單位的電阻值，根據其電阻值來反饋數據存儲情況。
交叉陣列結構
同時，3D XPoint是一項以電阻為基礎的存儲技術成果，其通過改變單元電阻水平來區分0與1。這與NAND通過以浮置柵極是否帶電來表示1或0是極為不同的。同時，NAND由block(塊)構成，block的基本單元是page(頁)，NAND的page進行一次編程才能存儲1bit數據，而且擦除操作要在block層級進行操作；而在3D XPoint中，基礎訪問單位是bit，數據以bit的形式存儲在Memory Cell中，一個Memory Cell可存儲1bit數據，這樣操作更加簡單，搭配合理高效的選擇器（Selector），可以帶來更高的性能和更低的功耗水平。
Memory Cell和Selector
3D XPoint工作原理
3D XPoint可以說是自NAND推出以來最具突破性的一項存儲技術，也被看作是存儲產業的一個顛覆者。3D XPoint擁有與NAND類似的容量以及接近DRAM的性能。與NAND相比，3D XPoint的速度更快，是NAND的1000倍左右，同時擁有更加持久的使用壽命；與DRAM相比，3D XPoint的成本只有DRAM的一半，存儲密度卻是傳統存儲的10倍；正是得益於這些優勢，該技術可以廣泛應用在遊戲、媒體、金融等領域，未來具有廣闊的應用前景。
3D XPoint
3D XPoint
英特爾傲騰內存的意義
4.英特爾傲騰內存的意義
從以上對比中可以發現，DRAM和NAND之間的速度差距已經相差了一個數量級，DRAM通常只有十幾納秒的延遲，而NAND的延遲則達到了一百微秒，它們之間的性能差異是非常明顯的。實際上，DRAM和NAND之間的性能鴻溝已經成為了影響用戶體驗的主要瓶頸，這也是用戶更換SSD後可以明顯獲得更好PC應用體驗的主要原因。
DRAM和NAND之間的性能鴻溝
DRAM、NAND、3D XPoint延遲對比
當然，3D XPoint並不會徹底取代DRAM和NAND的技術，它只是計算機存儲中的一個新層級，可以增強目前存儲結構體系的性能表現。就傲騰內存而言，基於3D XPoint的傲騰內存反而與NAND形成了互補，彌補了內存與硬碟之間的性能差距，傲騰內存的形態也接近於二者之間的定位。如果將傲騰與處理器、內存、硬碟之間的關係進行類比，就像很多人說的那樣，在傳統純靠人工搬運的時代，內存這個「搬用工」經常要在「包工頭」CPU和「倉庫」硬碟之間進行貨物運輸；而進入到機械管理時代，「搬運工」內存不再像之前那樣進行貨物傳輸，通過傲騰內存這個小而快的「貨車」，「搬用工」不僅提升了工作效率，而且更加「省時省力」。
英特爾傲騰內存
傲騰內存作為一套完整的PC整體加速方案，對PC整體性能的提升是顯而易見的。相比於普通SSD，傲騰+機械硬碟的組合，在穩定性、使用壽命以及大容量存儲上，傲騰內存具有明顯的性價比和體驗優勢。當然，從投資者的角度來看，傲騰內存也是一種高效穩妥的投入方案，即使未來有升級大容量硬碟的需要，傲騰也依然可以支持。
PC整體加速方案
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