根据Intel所说,未来3D XPoint闪存制造的产品速度远高于PCI-E、SATA接口的SSD,每通道6GB/s的带宽更接近内存。然而一直以来,Intel对于3D XPoint的内部架构设计和规格讳莫如深。

现在,产品有了,TechInsights的逆向工程师们将3D XPoint芯片放在显微镜下,发现了一些有趣的现象。

什么是3D XPoint技术?

首先看看什么是3D XPoint技术。据知,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。

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3D XPoint介于DRAM和NAND闪存之间,很有可能在企业级数据中心甚至消费级产品中引起变革。

剖析3D XPoint内部

首先来看存储内核面积。

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3D XPoint居然完全不如当今的一众NAND闪存,别说3D立体式的,就连2D平面式的都赶不上,只是和Intel/美光的20nm MLC差不多。

好吧,容量其实根本就不是3D XPoint的长项。PCI-E固态硬盘首发容量才375GB,后续才会做到750GB、1TB,缓存盘样式更是只有16/32GB。

面积那么大,容量那么小,存储密度就可想而知了。

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每平方毫米才0.62Gb,也是倒数行列,只有Intel/美光堆了64层的256Gb TLC NAND的七分之一。

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经过计算得知,3D XPoint内核中有多达91.4%都被存储阵列所占据,而传统的NAND闪存最高也就84.9%,而三星的48层堆叠3D V-NAND更是不到70%。

当然,这也意味着3D XPoint有很大的潜力,Intel或许会慢慢克服新技术面临的障碍,逐步提高存储密度和容量。

另外可以确认,3D XPoint的制造工艺是20nm,这也是当今闪存界的主流。

如果对比DRAM内存的话,3D XPoint的存储密度还是相当可观的,相比典型的20nm DRAM要高出大约4.5倍,对比1xnm DDR4也要高出3.3倍左右。

无非还是为了速度

然而,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。

英特尔和美光都表示,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,美光和英特尔表示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,美光,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。

美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。

并不是全新的技术

此外,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),也叫作可能应用忆阻器(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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