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| 本文作者： maomaobear | 2016-04-13 11:38 |
編者按： 今年的IDF上，Intel 再次強調了3DxPoint閃存技術，準備在中國投入35億美金。而在IDF前夕，北京-Intel公司就曾宣布，將其與美光合資開發的最新非易失性存儲技術引入中國，并在大連工廠制造。本文是去年Intel 對外宣布引入3DxPoint閃存技術時雷鋒網對此作出的技術解讀，從技術角度，或許你會更加理解，Intel在中國重金投入背后的原因。
前不久，英特爾與美光即將開始生產速度更快的新式內存芯片，據兩家公司表示，其中的新技術將改變計算機存取大量數據的方式。
兩家公司在聲明中表示，新芯片中的“3D XPoint”技術是25年來內存芯片市場上首次出現的主流新技術速度比目前市場上的閃存快1000倍，這種芯片可用于移動設備存儲數據，同時被越來越多的電腦使用。
美光總裁馬克·亞當斯（Mark Adams）在聲明中表示：“在現代計算機中，最大的一項障礙便是處理器在長期存儲設備中找到數據的時間太長。這種新的、非短期的內存是一項技術革命。它可以快速存取巨量數據集，支持全新的應用。
長期以來，儲存器的速度和容量都是計算機的最大瓶頸，即使在SSD硬盤已經普及的今天也不例外。為了硬盤的速度，我們搞出來Raid 0，從機械硬盤進化到閃存盤，但是儲存器本身的存儲速度還是慢慢進步的，英特爾與美光搞的這個革命性的東西是什么呢？為什么會快到如此地步呢？
一、傳統閃存是怎么干活的？
我們正在使用的閃存雖然發展了很多年，但是本質上還是利用一個個微小的晶體管來儲存數據。
晶體管是NAND芯片的核心。NAND芯片靠電子在晶體管的“浮動柵”來回移動工作。
（編者注：NAND閃存是1989年問世的第一代非易失性存儲技術。非易失性存儲意味著在關掉電源的情況下還能存儲數據。）
浮動柵包裹著一層硅氧化膜絕緣體。它是控制傳導電流的選擇控制柵。閃存晶體管里面數據是0或1取決于在硅底板上形成的浮動柵中是否有電子。有電子就為0，沒電子為1。
閃存在存取數據的時候，要先把所有單元的電子都清掉，具體說就是從所有浮動柵中導出電子。即將有所數據歸“1”。寫入時只有數據為0時才進行寫入，數據為1時則什么也不做。
要寫入就是施加高電壓，讓電子就會突破氧化膜絕緣體，進入浮動柵。有電子了，這個晶體管就是0了，這樣寫入就完成了。
而讀取數據時，就施加一定的電壓，因為硅底板上的浮動柵有的有電子，有的沒電子，同樣施加電壓，出來的電流就不一樣，這樣就能讀出0或者1。
因為你得先擦除再寫入，所以閃存的速度不如內存快，用英特爾總裁羅勃·克魯克比喻說：“這有點像一個停車場，要想移動一輛車，會讓其他汽車擠在一起。你不得不把它們重新排列，才能讓一個新的汽車進來。”
此外，你存一次數據，就得加一個高電壓穿過絕緣氧化膜。這個膜不是無限壽命的，高電壓次數加多了，這個膜就失效了。這個時候閃存就沒法用了，就是我們說的閃存的壽命到了。
另外，晶體管的大小是跟著制造工藝來的，摩爾定律發展到哪一步，就有哪一步的速度和容量，不會有突破性發展。
速度、容量、壽命就成了閃存的三大問題。
二、3D XPoint的突破
新存儲芯片是一種多層線路構成的三維結構，每一層上線路互相平行，并與上下層的線路互成直角，層與層間的有“柱子”似的線在上下層的交錯點連接。
橫向的層是絕緣層，每根“柱子”分兩節，一節是“記憶單元”，用來存數據，記憶單元能存儲一個比特的數據，代表二進制代碼中的一個1或0；一節是一個“選擇器”，選擇器允許讀寫特定的記憶單元，通過改變線路電壓來控制訪問。
現在有意思的就是這個“記憶單元”，它不是晶體管。這意味著和傳統閃存完全不同，所以他才能有更大儲存密度，更快的速度。
但是它是什么？用什么材料？英特爾與美光打死也不說，我們只能推測。
其實，不用晶體管的儲存器，這些年一直在搞。cross-point架構舍棄了晶體管，采用柵狀電線(a latticework of wires)電阻來表示0和1，高電阻狀態時，電不能輕易通過，cell表示0，當處于低電阻時，cell表示1。
這種用電阻差異來存數據的東西叫電阻式RAM(簡稱RRAM)，三星、閃迪等巨頭都在投入，但是真正接近實用化的是一家名為Crossbar的創業公司（首席科學家個叫盧偉的華裔），它在2013年推出了郵票大小的ReRAM產品原型，它可以存儲1TB數據。2014年已經進入準備商用的階段。Crossbar的架構圖和英特爾、鎂光的這個3D XPoint的架構圖就很接近了。
鎂光在2014年也拿出來索尼聯合研發ReRAM，原理類似，還公布了一些材料的信息。如今時隔不到一年，這個3D XPoint我們相信就是個新名詞而已。
本質上，它就是電阻式RAM，架構參考了Crossbar的架構。材料上鎂光有了一定的突破，最后加上Intel的工藝，基本可以把這個東西實用化，這就是3D XPoint。
三、3D XPoint能干什么？
不考慮成本的話，這個東西是目前儲存器的良好替代品，壽命比機械硬盤還長，速度比閃存快1000倍，接近內存的速度，容量密度還很大。要求低一點的計算設備，可以一種儲存器打天下了。
對于要求高的地方，它可以在內存和硬盤之間當一個緩沖，類似于現在SSD盤這么一個角色，需要快速讀取寫入的，用3D XPoint，不需要的還是用硬盤。只是相對于現在的SSD盤，它的速度更快，壽命更長，容量更大。
這個東西初期價格會很高，會先應用于超級計算機，高性能服務器這些不差錢的地方。但是因為這個東西的制造工藝和現在的半導體芯片沒有太大區別，技術搞清楚后很多廠都可以做，價格也會很快下來。樂觀估計，大約5年內這類東西就會普及。也許5年后我們的電腦手機很快就會用上。
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