在3D NAND Flash大行其道的21世紀(jì)，當(dāng)Intel和美光在2015年首次介紹3D Xpoint的時(shí)候，市場(chǎng)掀起了軒然大波。據(jù)當(dāng)時(shí)的介紹，3D Xpoint會(huì)比NAND Flash快1000倍，且壽命也會(huì)比其長(zhǎng)1000倍。

但實(shí)際上，這樣的性能表現(xiàn)只能出現(xiàn)在PPT里。根據(jù)實(shí)際的測(cè)試，3D Xpoint只是比NAND快10倍，且在讀入新數(shù)據(jù)的時(shí)候，需要先擦除老數(shù)據(jù)。

但是這個(gè)新興的固態(tài)存儲(chǔ)器將會(huì)在數(shù)據(jù)中心找到他的位置，因?yàn)樗膬r(jià)格只有DRAM的一半，主要是因?yàn)樗梢院蛡鹘y(tǒng)的存儲(chǔ)技術(shù)搭配提升性能。但是相比于NAND Flash，3D Xpoint的價(jià)格還是會(huì)貴很多。

隨著傳輸數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)分析等多樣需求的增長(zhǎng)，更高性能的存儲(chǔ)也成為廠商的目標(biāo)。這就給3D Xpoint帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)。

下面，我們來(lái)看一下3D Xpoint。

“毫無(wú)疑問，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)給數(shù)據(jù)中心帶來(lái)重要的影響，但是在PC端的影響則沒有那么大”，Gartner的半導(dǎo)體和NAND Flash VP Joseph Unsworth表示。“無(wú)論是超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心、云服務(wù)供應(yīng)商，或者是傳統(tǒng)的企業(yè)存儲(chǔ)客戶，他們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)都會(huì)感興趣”，他補(bǔ)充說。

但是3D Xpoint供應(yīng)商并不能說服客戶用其替代所有的DRAM，即使使用這項(xiàng)新技術(shù)能夠幫忙降低成本。但在NAND Flash的SSD中，其性能遭到了質(zhì)疑。

什么是3D Xpoint？

相信大家看過很多這個(gè)新技術(shù)的介紹。簡(jiǎn)單來(lái)說，這就是一個(gè)新型的非易失性固態(tài)存儲(chǔ)，擁有比NAND Flash更強(qiáng)悍的性能，以及更長(zhǎng)久的壽命。而從價(jià)格來(lái)說，他是處于DRAM和NAND Flash之間的。

根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)在DRAM的售價(jià)基本是每gigabyte 5美金，而NAND的價(jià)格則是25美分每gigabyte。3D Xpoint的大批量采購(gòu)價(jià)格則會(huì)在每gigabyte 2.4美金這個(gè)區(qū)間。按目前看來(lái)，到2021年，3D Xpoint的售價(jià)也會(huì)比NAND Flash貴許多。

但是其實(shí)無(wú)論是Intel或者美光，都沒有談過太多關(guān)于這項(xiàng)新技術(shù)的細(xì)節(jié)，他們只說這是一項(xiàng)基于電子存儲(chǔ)的技術(shù)，和Flash存儲(chǔ)、DRAM一樣，也沒有用到晶體管。他們也聲稱這并不是ReRAM或者憶阻器。這兩者被認(rèn)為是NAND未來(lái)的最大挑戰(zhàn)者。

根據(jù)專家用排除法分析，可以得到3D Xpoint應(yīng)該是相變存儲(chǔ)（PCM）技術(shù)，和美光先前開發(fā)過的一種技術(shù)差不多，而性能也相近。

PCM 作為新一代存儲(chǔ)技術(shù)，利用特殊材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換的相變來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，其芯片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(chǔ)單元本身是在兩個(gè)不同狀態(tài)之間簡(jiǎn)單變動(dòng)的”。

在PCM中，非晶態(tài)的高阻率是保存為0，低阻率的靜態(tài)則保存為1。

3D Xpoint的架構(gòu)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(guān)，能夠允許數(shù)據(jù)的讀寫。

Intel非易失性存儲(chǔ)事業(yè)部GM Rob Crook表示，3D Xpoint并不像DRAM那樣，把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電容的電子里，也不像NAND那樣把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在浮動(dòng)?xùn)诺碾娮于謇铩Ｋ褂靡环N物理材料，這種材料本身能夠改變0或1狀態(tài)，然后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。但是他們需要將其尺寸變小，以適合更多應(yīng)用。

為什么3D Xpoint能夠吸引如此多的關(guān)注？當(dāng)然是因?yàn)樗赑CIe/NVMe接口連接的時(shí)候，擁有比NAND Flash高十倍的性能，且使用時(shí)間會(huì)長(zhǎng)1000倍。這也就意味著持續(xù)讀寫次循環(huán)超過100萬(wàn)次，也就意味著，這個(gè)存儲(chǔ)一旦裝上，在不壞的情況下能永久使用。與之對(duì)比，現(xiàn)在的NAND Flash只有3000到10000的持續(xù)讀寫循環(huán)。如果帶有損耗平衡和誤差糾正軟件，這個(gè)循環(huán)能提升，但和100萬(wàn)比，這還是小巫見大巫。

3D Xpoint還有比較低的延遲。與NAND Flash相比，這個(gè)數(shù)據(jù)是1000倍，與DRAM相比，則是十倍。明顯看出，在高速讀取的應(yīng)用中，這會(huì)是更明智的選擇。

這種優(yōu)勢(shì)讓3D Xpoint能夠降低數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)體系的落差（包括處理器上的SRAM，DRAM，NAND FLAHS，HHD、磁帶或光盤）。這個(gè)還能夠彌補(bǔ)易失性的DRAM和非易失性NAND Flash SSD 之間的差距。

也許這是數(shù)據(jù)中心的未來(lái)。Intel NVM方案部門主管James Myers表示，他們的3D Xpoint產(chǎn)品Optane能夠用來(lái)執(zhí)行有限的數(shù)據(jù)集或者實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和升級(jí)數(shù)據(jù)。

相反地，傳統(tǒng)的NAND Flash 只能批次地處理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，利用列式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)分析。這就需要非常多的讀寫操作。

“不會(huì)有很多人為更高的連續(xù)吞吐量支付額外的錢，因?yàn)楹芏嗟姆治隹梢栽诹璩?點(diǎn)到5點(diǎn)完成，因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)段不會(huì)有很多的業(yè)務(wù)操作”，Myers表示。

Intel的首個(gè)3D Xpoint SSD P4800x每秒能夠執(zhí)行550000次的讀寫操作（IOPS），與之對(duì)比，Intel最頂尖的NAND Flash SSD的IOPS只能達(dá)到400000。

和DRAM一樣，3D Xpoint可以按字節(jié)尋址，這就意味著每一個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)不同的位置，這不像分區(qū)的NAND，在應(yīng)用在為數(shù)據(jù)搜索的時(shí)候，不允許“超車”。

“這個(gè)不是Flash，也不是DRAM，3D Xpoint是一個(gè)介乎這兩者之間的技術(shù)，而生態(tài)系統(tǒng)的支持對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的拓展極為重要。”Unsworth說。目前我們還沒看到任何一個(gè)飛翼式的DIMM被裝配，因此這會(huì)是一個(gè)很大的挖掘空間。

3D Xpoint什么時(shí)候可以準(zhǔn)備好？

Intel已經(jīng)開拓出了一個(gè)不同于美光的3D Xpoint路線。按照他們的說法，其Optane品牌適合于數(shù)據(jù)中心和桌面PC。美光則表示其Quantx SSD非常適合于數(shù)據(jù)中心，他們也或多或少提到，其產(chǎn)品也會(huì)適合消費(fèi)級(jí)別的SSD。

在2015年，Intel小批量生產(chǎn)了使用IM Flash技術(shù)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(chǎn)3D Xpoint產(chǎn)品。

上個(gè)月，Intel開始出貨他旗下的新品：專為PC打造的 Intel Optane 存儲(chǔ)加速模塊（16GB/MSRP $44和 32GB/$77），另外還有數(shù)據(jù)中心級(jí)別的375GB Intel Optane SSD DC P4800X擴(kuò)展卡，售價(jià)1520美金。DC P4800X使用的是PCIe NVMe 3.0×4（四路）接口。

Optane 存儲(chǔ)PC加速器模組能夠被應(yīng)用到在一個(gè)七代Intel Kaby Lake平臺(tái)上，加速各種SATA連接的存儲(chǔ)設(shè)備。在存儲(chǔ)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。

DC P4800X是首個(gè)為數(shù)據(jù)中心生產(chǎn)的3D Xpoint SSD，Intel方面表示，后續(xù)會(huì)推出更多此類應(yīng)用，包括一個(gè)企業(yè)級(jí)別的Optane SSD，他的容量為750GB。Intel方面表示，這會(huì)在今年第二季度到來(lái)。而1.5TB的SSD則會(huì)在今年下半年推出。

這些SSD同樣以模組的形式存在，并適用于PCIe/NVMe和U.2插槽，這就意味著他們適用于使用AMD 32核Naples 處理器平臺(tái)的工作站和服務(wù)器。

Intel還計(jì)劃明年推出他們DRAM類型的DIMM模組Optane。而美光方面則打算在2017年下半年推出其QuantX產(chǎn)品。

3D Xpoint會(huì)對(duì)電腦性能造成什么影響？

Intel表示，Optane將PC的啟動(dòng)時(shí)間減少了一半，并將整體系統(tǒng)性能增加了28%，加載游戲速度也快了65%。

DC P4800在隨機(jī)讀寫環(huán)境下的表現(xiàn)也非常出色，因此我們可以用它來(lái)增強(qiáng)服務(wù)器的DRAM。在隨機(jī)讀寫的狀態(tài)下，Optane會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，這在高端PC和服務(wù)器中非常常見。Optane的隨機(jī)寫速度比傳統(tǒng)的SSD快10倍，而讀速度也有三倍左右的提升。

除此之外，新的DC P4800 SSD 的讀寫延遲低于10微秒，這在NAND Flash的SSD中是不可能任務(wù)，后者的延遲在30到100ms這個(gè)范圍。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，這不同于Flash存儲(chǔ)的SSD。

3D Xpoint會(huì)“殺死”NAND Flash嗎？

或者這樣的結(jié)局不會(huì)產(chǎn)生，Intel和美光雙方都認(rèn)為3D Xpoint與NAND是互補(bǔ)的。他的出現(xiàn)主要是彌補(bǔ)NAND和DRAM的差距。然而，隨著新3D Xpoint的普及，SSD的經(jīng)濟(jì)規(guī)模會(huì)增長(zhǎng)，分析師們認(rèn)為它會(huì)挑戰(zhàn)現(xiàn)存的存儲(chǔ)技術(shù)，不是指NAND，而是DRAM。

Gartner預(yù)測(cè)，到2018年，3D Xpoint 會(huì)在數(shù)據(jù)中心中占領(lǐng)上風(fēng)。屆時(shí)它會(huì)吸引很多關(guān)鍵客戶的目光。這不僅僅限于服務(wù)器、存儲(chǔ)，超算中心或者云計(jì)算，軟件客戶也是他們的潛在關(guān)注者，Unsworth說。一旦你能夠在數(shù)據(jù)庫(kù)分析速度和成本上找到一個(gè)平衡，那么就會(huì)吸引更多的客戶執(zhí)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析處理。

因此我認(rèn)為這是一個(gè)革命性的技術(shù)，他補(bǔ)充說。但這個(gè)最終被廣泛采納需要一段時(shí)間，數(shù)據(jù)中心生態(tài)鏈需要一點(diǎn)時(shí)間去接納這個(gè)新存儲(chǔ)技術(shù)，芯片組和第三方應(yīng)用的支持也需要時(shí)間去兼容。

另外，現(xiàn)在只有Intel和美光兩家供應(yīng)商提供3D Xpoint，從長(zhǎng)期看來(lái)，這個(gè)技術(shù)應(yīng)該也會(huì)授權(quán)給其他廠商。

再者，包括ReRAM和憶阻器在內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)也會(huì)在未來(lái)某一天到來(lái)，但他們當(dāng)中沒有哪一個(gè)可以滿足高存儲(chǔ)和大批量出貨的需求。

去年秋天，三星介紹了其新的Z-NAND存儲(chǔ)，這是3D Xpoint的一個(gè)明顯競(jìng)爭(zhēng)者。這個(gè)即將發(fā)布的Z-NAND SSD延遲會(huì)較3D NAND Flahs降低四分之三，而順序讀速度也會(huì)快1.6倍，三星計(jì)劃在今年推出其Z-NAND。

那么，這意味著NAND的“死亡”么？我認(rèn)為近期內(nèi)都不可能。

隨著挑戰(zhàn)3D Xpoint的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)逐漸出現(xiàn)，傳統(tǒng)的NAND Flahs依然有很長(zhǎng)的路要走，直到2025年，這個(gè)技術(shù)都是安然無(wú)憂的。

而最新版本的3D或者垂直NAND堆棧已經(jīng)到了64層，這比傳統(tǒng)的平面NAND的密度有了很大提升。制造們打算在明年將其擴(kuò)展到96層，并打算在未來(lái)幾年將其擴(kuò)展到128層。

除此之外，現(xiàn)在的的3bit/ cell TLC NAND有望轉(zhuǎn)向4bit/cell 的 QLC 技術(shù)，這樣能夠增加密度，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。

這是一個(gè)很有彈性的產(chǎn)業(yè)，因?yàn)樵谑澜绶秶鷥?nèi)有很多很大的供應(yīng)商。同時(shí)，中國(guó)也會(huì)在當(dāng)中充當(dāng)非常重要的角色。Unsworth認(rèn)為，如果NAND在幾年內(nèi)會(huì)死亡，他們就不會(huì)花費(fèi)數(shù)百億美元進(jìn)入這個(gè)NAND Flaash產(chǎn)業(yè)。我看到了3D NAND慢下來(lái)了，但他們依然沒碰到天花板，他補(bǔ)充說。