- 2016/5/6 11:13:07
- 类型:原创
- 来源:电脑报
- 报纸编辑:电脑报
- 作者:
由英特尔和镁光联合推出的3D XPoint技术在2016年大出风头,先是年初英特尔展示了采用该技术的存储产品,然后在4月初,英特尔又宣布斥资35亿元在中国生产产品。当然最吸引大家关注的是3D XPoint存储产品出色的性能:速度比目前的NAND快1000倍,而储存密度则是DRAM的10倍。那么3D XPoint究竟是何方神圣,它是如何实现如此优异的性能的呢?
3DXPoint的原理
3DXPoint是一种新型非易失性存储技术,可用于NAND和DRAM,其是由多层线路构成的三维结构。可能有人会说这不就是英特尔版的3D V NAND。尽管3D层叠技术是3DXPoint的一大亮点,但是3D XPoint不仅仅是将存储单元层叠起来这么简单,其在基本工作原理上与传统的NAND有着极大的区别。
传统NAND,采用的是电容储存原理,依靠的是浮动栅级上的绝缘层形成一个等效电容,依靠控制这个等效电容上是否储存有电量,就可以判断出这一单元存储的是1或者0,这就达到了存储数据的目的。而3DXPoint则采用了全新的储存原理,其存储单元是一种很特殊的电阻材料,这种电阻材料有非常神奇的特性:即施加不同的电压,其内部材料的形态会产生巨大的变化,从而使电阻阻值产生极大的变化,当电压撤消后,其阻值依旧会保持。打个比方,当在存储电阻上加载正电压时,电阻会呈现低电阻状态,而施加负电压时,内部材料变化,从而形成高阻抗区,让电阻阻值急剧升高,变成高阻值状态,这样,依靠施加电压的改变,就可以让存储单元在高低阻值间切换,就可以让每一个存储单元表征出1或0,就达到了存储数据的目的。
图:传统NAND闪存依靠电容原理来存储数据。
图:3DXPoint的可变电阻阻抗转换原理
3DXPoint为何能如此出色?
3DXPoint是如何做到速度比目前的NAND快1000倍,且寿命更长,而储存密度则是DRAM 10倍的呢?
我们先从存储密度说起,3DXPoint产品的结构相当简单,完整的存储器仅由存储单元、控制存储单元的选择器以及读写总线构成,与传统内存颗粒内部复杂的电容、晶体管结构来说,可是简单多了。这样一来每一个存储单元所占的空间就比传统产品小了很多,再加上3DXPoint还采用层叠原理,将数个存储单元垂直安装,这就更进一步提升存储密度,从而实现储存密度则是内存的10倍。需要注意的是,在这里与3DXPoint产品进行对比的是DRAM,这是因为英特尔悄悄地偷换了概念。因为NAND也开始采用了3D层叠技术,3DXPoint与3D NAND的容量密度将会基本相当,所以现阶段依靠3DXPoint来大幅度提升SSD的容量概率并不太高。而3DXPoint内存的容量有望大幅提升,年初英特尔就展示了6TB容量的3DXPoint内存。
图:3DXPoint存储结构与原理。
同时由于NAND在写入或擦除数据时,电子要在栅级和源极之间的绝缘层之间流动,电子的进进出出,就让绝缘层变得千疮百孔,一旦绝缘层损坏漏电,那这个存储单元也就无法使用了。更为重要的是NAND制程越先进,绝缘层的厚度和面积也必然减小,寿命反而越短。而3DXPoint技术通过特殊材料形态变化来控制阻值变化,材料本身并不会因形态重复变化而导致性能衰退,这也就是3DXPoint敢于宣称其寿命可以延长1000倍的所在。再加上3DXPoint产品的寿命并不会随着制程进化而降低,这样,在未来的发展中,就可以随着制程的进化而增加存储密度,降低成本,因此3DXPoint技术更具发展潜力。
图:NAND在写入和擦除过程中的电子移动,将损坏绝缘层,影响寿命
在大家最关心的性能上,NAND的每一个存储单元,都需要一只晶体管进行处理,晶体管在低功耗状态下的延迟、开关速度等,都会影响到NAND的读写速度,而于3DXPoint产品在单个单元的读写过程中,依靠的都是电阻自身阻值的变化,无需晶体管的介入,只需要在末端控时,需要控制芯片的进行处理。在数据量巨大时,存储单元晶体管即便是微妙级别的延时,都会对数据总吞吐量造成巨大的影响,相反,控制级芯片对于功耗的敏感度较低,其延时可以做到纳秒级的,这对于总体速度提升大有帮助。不过目前在英特尔自己做的实测中,3DXPoint产品的IOPS、延迟性能也只是P3700 的7.13倍、8.11倍,显然3DXPoint还有不小的性能提升空间。
别急着高兴,3DXPoint大规模量产没这么简单
3DXPoint技术表现得如此出色,而现在英特尔、镁光都拿出样品进行展示,那么3DXPoin产品真的能在短时间内推出并迅速占领市场吗?这件事情显然并没有那么简单。
首先,3DXPoint产品在实现大规模量产上还有巨大的困难。要知道电阻式闪存结构并不是什么新生事物,早在60年代,这一结构就已经被发现,而在2014年,镁光也曾经发布过基于电阻式闪存结构的Reram,但实验室的成功,并不等于能立即商品化。据悉,3DXPoint产品在生产时,需要用到100多种的新材料,而这些新材料在使用时,还可能产生化学反应,导致材料变性,这将成为商品化量产前的巨大障碍,而攻克这些难题,将需要较长的时间,同时,新品的初步量产,也将面临成品率低、产能提升等诸多门槛,即便问题顺利解决,英特尔和镁光实现承诺,在年内推出产品,其产能也不会很大,难以全面取代现有NAND闪存和内存产品。
其次,显然是价格。每一种新品在上市时,其价格往往高得惊人。毕竟,生产线建立需要花费巨大成本,而早期较低的产量,又将进一步拉抬产品价格。3DXPoint产品的量产将是投入相当大的新品,英特尔在中国的生产环节,就宣称要投入35亿美元,如此高额的投入,3DXPoint产品初上市时的价格,可能会高的令人咂舌,这也注定了3DXPoint产品即便上市,也难于在短时间内飞入寻常百姓家。
说句套话,3DXPoint产品可以说是前途光明,但道路坎坷。初期的高价,令3DXPoint产品将会首先应用于追求高速,而对价格敏感性较低的服务器等领域,而只有当其价格降低到与现有的NAND闪存基本相当时,才可能在民用领域大规模普及,套用比尔盖茨的一句名言:“我们经常高估了今后一、两年内将发生的变革,但又常常低估了今后10年内将要发生的变化。” 3DXPoint也是如此,它的表现很出色,但它的普及,需要时间,也许还是一段较为漫长的时间。
 
报纸客服电话:4006677866 报纸客服信箱:pcw-advice@vip.sin*.c*m 友情链接与合作:987349267(QQ) 广告与活动:675009(QQ) 网站联系信箱:cpcw@cpcwi.com
Copyright © 2006-2011 电脑报官方网站 版权所有 渝ICP备10009040号