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3D XPoint 相比 3D NAND Flash 有什么不同?

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1#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式 来自: LAN 来自 LAN

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英特尔、美光首部3D公司存储技术,比现有的固态硬盘快1000倍
英特尔美光公布新内存 号称速度比老产品快千倍_Intel 英特尔_cnBeta.COM
Mark Durcan,美光的首席执行官,说新技术不可用于微米最新SSD 3D闪存的困惑,因为3D公司是一类新的记忆。

英特尔说3D公司结果从公司多年的研究和发展,克服许多障碍,包括不成功的机会。3d公司将数据存储在一个完全不同的方式从现有的NAND使用的手段。它使用存储单元本身的属性变化,而不是以传统方式将电池存储在电容器中。



2#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 来自: LAN 来自 LAN
看了些资料和视频,大致理解了基本原理,但核心问题仍然是个谜,这个回答就当是抛砖引玉吧

3D XPoint本质上就是RRAM,2013年有报道创业公司Crossbar提出的RRAM,结构跟现在的3D XPoint很类似(http://www.36kr.com/p/205215.html)。推测现在intel 已经抢先一步找到合适的材料来达到商业化需要的可靠性

3D XPoint 的动画介绍 -- 来自intel
3D XPointTechnology Revolutionizes Storage Memory

工作原理示意图:
大致就是通过纵横的字线位线之间的电阻值作为01二进制信息,绿色块的电阻用来储存信息,也就是memory cell,selector(灰色快)可以控制改变绿色块电阻,选择读或写。然而intel并没有公布3D XPoint 的核心问题,也就是Selector 和MemoryCell 的工作原理和制作材料,这应该是这个新器件的核心问题。




相关资料:
Crossbar - RRAM Overview
Design guidelines for 3D RRAM cross-point architecture
3D Xpoint memory: Faster-than-flash storage unveiled
3D XPoint Unveiled
Intel-Micron Webcast Event

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3#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 来自: LAN 来自 LAN
NAND是利用浮栅晶体管作为基本元件的,电荷是存储物理量。Xpoint应该是用的相变材料或者阻变材料(一些氧化物有这些特性),两种材料都有可编程和非易失的特性,利用电导率作为存储物理量。
有猜测Xpoint是crossbar结构的PCM而不是RRAM。两家已经合作在PCM上攻坚多年了,之前Micron也一度接近推出产品化的PCM,后来似乎是reliability的问题撤回了。RRAM目前工业界学术界都还处于探索阶段,两家应该不敢贸然强行出产品,一旦出产品,也应该是DRAM层级而不是NAND。

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4#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 来自: LAN 来自 LAN
虽然3D XPoint和3D NAND两项技术名字都是3D打头,并且两项技术都是由美光科技和英特尔共同研发,但实际上二者有着根本性的不同。相比3D NAND,3D XPoint迄今仍像是一座冰山,公众所知仍然非常有限,从已揭开的冰山一角来看,3D XPoint是自1989 年NAND闪存推出至今的首款基于全新技术的非易失性存储器,集NAND类似的容量和DRAM类似的性能于一身,可说是开创了一种全新的存储类别。该技术集当今市场中所有存储器技术在性能、密度、功耗、非易失性和成本方面的优势于一体,开创了一种可显著降低延迟的新型非易失性存储器,使得在靠近处理器的位置存储更多数据成为可能,并以此前的非易失性存储无法达到的速度来访问更多数据。与NAND相比,这项技术在速度及耐用性方面均实现了高达1000倍的提升。除了相比NAND而言超出1000倍的速度和超出1000倍的耐用性,由于采用了独特的复合材料和一种面向存储器技术的交叉点架构,相比传统存储器,3D XPoint技术的存储密度也提升了高达10倍,能够以较低成本满足用户在非易失性、高性能、高耐用性和高容量方面对存储与内存的需求。

而3D NAND仍然属于NAND的范畴,但相对于平面NAND而言,该技术有了工艺上的革命性提升。突破平面NAND的发展瓶颈,3D NAND以卓越的精度垂直堆叠了多层数据存储单元,同由与之竞争的NAND技术所打造出的设备容量相比,由3D NAND技术制成的设备容量高三倍。而且,由于容量可通过垂直堆叠单元来获得,单个单元的尺寸就能变得相当大——这还将有望提升性能和可靠性。同时,该技术还能带来相比平面结构的NAND更高的成本效益。

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5#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 来自: LAN 来自 LAN
3D NAND是相对于原先的NAND在工艺上的提升,可以理解为把原先平面的存储单元构建为立体的,这样一片晶元上存储的cell会更多。
传统的2D NAND工艺到16nm就已经饱和了,而3D通过增加纵轴的叠层数目可以继续演进三代左右(现有的技术一般是32层或48层,个人预测未来终结产品会发展到128层)。同一片晶元上存储单元越多即意味着每个bit的成本更低。

而3D X point则和3D NAND完全不同,NAND是基于floating gate/charge-trap gate MOS技术,而x point则是基于phase change material。通俗的说,NAND是通过晶体管上充放电来存储数据,而x point是通过材料是熔化或凝固状态来存储数据。从性能上而言,x point会远远超过NAND,这可是Micron和Intel合伙憋了很多年的大杀器,如果能很快的解决现在yield lost问题,会改变以后存储世界的格局。

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6#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 来自: LAN 来自 LAN
3D Xpoint比内存(易失性存储)的速度稍慢,但比传统NAND的寿命(可擦写次数)高得多。
3D Xpoint的存储单元(MemoryCell)是没有晶体管的。由于发热等原因,普通晶体管存储器不能做得太密集,但3DXpoint的无晶体管设计,使存储密度提升,发热量和耗电都变少。
现在的NAND闪存工作时只能一块一块的擦除,一页一页的写入,但是内存就不用这样操作,3DCrossPoint这个技术内存相似,它也不需要这样的操作,所以说它的应用会比现在的闪存更简单。现在的架构里面还存在着叫磨损控制以及垃圾回收的机制,在3DCrossPoint里面这样的机制不是取消了就是被简化了。
3D Xpoint架构最根本的不同就在于每一个存储单元你都可以直接定位到,跟现有的NANDFlash不同,因为NANDFlash没办法定位到具体每一个存储单元,只能定位到一个page(每个page大约是4KiB或者8KiB)的内容,写入需要整个page写入,擦除这需要整个block(每个block大概是256KiB)擦除,这种架构导致了NANDFlash随机访问的性能是很差的,而像3DCrossPoint就可以具有很好的随机性能,这个特点是跟内存相象的,跟闪存不同。

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7#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 来自: LAN 来自 LAN


目录

SSD、SSHD和HDD哪个好?
1. 日渐式微的机械硬盘
2. 电脑储存器的革命——固态硬盘
2.1 最佳固态硬盘品牌
2.2 固态硬盘主要规格剖析
2.2.1 固态硬盘的关键组件——控制器
2.2.2 固态硬盘的关键组件——内存(本文)
2.2.3 老司机带你理清各种固态硬盘接口
2.2.3.1 硬盘接口标准——IDE、AHCI和NVMe咋选?
2.3 如何看懂SSD评测数据?
2.4 固态硬盘的注意事项
2.5 2017年第三季度最佳固态硬盘
3. 尴尬的固态混合硬盘
4.聊聊磁盘阵列功能


固态硬盘的关键组件——内存

★引言

SSD的关键组件是控制器和存储数据的内存
固态硬盘组成
SSD中的主要内存组件传统上是DRAM内存芯片,但自从2009年以来,更常见的是NAND闪存芯片。
2013年,三星宣布开始量产业界第一款3D NAND闪存。
2017年,还出现一种基于3D XPoint技术的新内存芯片。
★市场份额

NAND闪存制造商市场份额(10Q1-16Q4)
2010年至2013年第三季度,NAND闪存市场由三星、东芝、美光、海力士和Intel瓜分。
2010年,SanDisk开始对外供应NAND闪存,2013年第四季度,SanDisk冲上第三名。
2016年第四季度,三星电子在全球NAND闪存市场占有率为37.1%,排名第一,东芝(18.3%)、西数/闪迪(17.7%)、美光(10.6%)、SK海力士(9.6%)和英特尔(6.8%)分别位列第二至第六。[1]
★NAND闪存

NAND闪存分为SLC、eMLC、MLC和TLC。
SLC、eMLC、MLC、TLC的读写速度依次从快至慢,使用寿命依次从长至短,成本依次从高至低。[2] [3]
◇SLC
传统上,每个储存单元内储存1个信息位,称为单阶储存单元(Single-Level Cell,SLC)
SLC闪存的优点是传输速度更快,功率消耗更低和储存单元的寿命更长。然而,由于成本较高,大多数用在企业上,很少有消费型SLC储存装置拿来贩卖。
◇eMLC
eML指的是企业级MLC(Enterprise Multi Level Cell),它是MLC闪存,但针对企业领域进行了优化,具有更好的性能和耐久性。
eMLC的性能比不上SLC,但eMLC的成本较低。
◇MLC
多阶储存单元(Multi-Level Cell,MLC)可以在每个储存单元内储存2个以上的信息位。
与SLC相比,MLC成本较低,其传输速度较慢,功率消耗较高和储存单元的寿命较低,因此MLC闪存技术会用在标准型的记忆卡,也用在最常见的消费型固态硬盘和随身碟上。
◇TLC
三阶储存单元(Triple-Level Cell, TLC),这种架构的原理与MLC类似,但可以在每个储存单元内储存3个信息位。
TLC的写入速度比SLC和MLC慢,寿命也比SLC和MLC短,大约1000次。现在,厂商已不使用TLC这个名字,而是称其为3-bit MLC。
◇SLC、MLC和TLC的发展历程
固态硬盘的主流从SLC芯片转到MLC芯片,促成了2011年的大降价,固态硬盘因此普及。
由于因为SLC的速度较快但成本过高,用于服务器的企业级SSD都改用了MLC。
TLC因为速度较慢但成本低,原本只用来做随身碟;但是,在2015年,我们耳熟能详的SSD厂商大规模推出了TLC SSD——三星 850 EVO、东芝 Q300、英睿达BX200……气势磅礴。
随着技术的进步,TLC的性能、可靠性和寿命得到大幅改善。
三星SSD质保
另外,SSD厂商对于TLC SSD的质保提升到与MLC SSD基本一致的水平,比如三星 TLC SSD的质保一般为五年,让消费者在这五年的使用中高枕无忧。
◇小结
★3D NAND闪存

◇简介
3D NAND与2D NAND区别
我们之前见过的闪存多属于Planar NAND平面闪存,也叫有2D NAND或者直接不提2D的,而3D NAND闪存,顾名思义,就是它是立体堆叠的。
                              
Intel 3D NAND_腾讯视频               
https://v.qq.com/x/cover/r0515yvnwf7/r0515yvnwf7.html
                          Intel之前用盖楼为例介绍了3D NAND,普通NAND是平房,那么3D NAND就是高楼大厦,建筑面积一下子就多起来了,理论上可以无限堆叠。[5]
◇3D NAND闪存类型
NAND闪存有SLC、eMLC、MLC和TLC四种类型,3D NAND闪存通常使用MLC或 TLC 。[6]
◇3D NAND闪存有什么优势?
3D NAND 的优势
3D NAND闪存在容量、速度、能效及可靠性上都有优势,我们来看一段三星的3D V-NAND宣传视频。[7] [8]
                              
Samsung V-NAND_腾讯视频               
https://v.qq.com/x/cover/i05157hijud/i05157hijud.html
                          ◇四大天王的3D NAND闪存及特色[8]
在主要的NAND厂商中,三星最早(2013年)量产了3D NAND,名为Vertical NAND(V-NAND)。
三星最早量产了3D NAND闪存
东芝是闪存技术的发明人,很早就投入3D NAND研发了,2007年他们独辟蹊径推出了BiCS技术的3D NAND。
东芝的BiCS技术3D NAND
东芝和闪迪是战略合作伙伴,双方在NAND领域是共享技术的,他们的BiCS闪存在2015年开始量产。
SK Hynix的3D NAND最为低调,相关报道很少,不过从官网公布的信息来看,SK Hynix的3D NAND闪存已经发展了4代了,可谓闷声发大财。
这几家厂商中,Intel、美光的3D NAND闪存来的最晚,但IMFT的3D
NAND在成本及容量上更有优势。
PS:IM Flash Technologies(IMFT)是一家非常隐匿而强悍的公司,它是由Intel和美光合资兴办的半导体制造公司,主要生产NAND型闪存芯片产品。
四大天王的3D NAND闪存规格及特色
这四大天王的3D NAND闪存所用的技术不同,堆栈的层数也不一样(理论上堆栈层数越多,3D闪存容量就越大,优势也越明显),而Intel在常规3D NAND闪存之外还开发了新型的3D XPoint闪存,它跟目前的3D闪存有很大不同,属于杀手锏级产品,值得关注。
★3D XPoint

3D XPoint(发音three dee cross point)是一种由英特尔和美光科技于2015年7月宣布的非挥发性内存(NVM)技术。英特尔为使用该技术的存储设备冠名Optane,而美光称为QuantX
                              
3D XPoint_腾讯视频               
https://v.qq.com/x/cover/h0515y237mv/h0515y237mv.html
                          美光的存储解决方案副总裁说:「3D Crosspoint将是DRAM价格的一半左右,但会比NAND闪存贵4到5倍。」相较NAND闪存,英特尔宣称其有10倍的低延迟,3倍写入耐久,4倍每秒写入、3倍每秒读取的性能提升,以及30%的功耗。[9]
2017年3月19日,英特尔发布第一款 3D XPoint SSD——Intel Optane SSD DC P4800X。
Anandtech的独立测试表明,P4800X不是每一项测试中最快的SSD。但在混合读写工作负载的繁重环境中,P4800X超越了市面上所有的产品。[10]
与大多数基于NAND闪存芯片的SSD相比,P4800X非常昂贵——容量375GB,售价 1520 美元(10332元人民币),因此这里不再展开讨论3D XPoint。
★结尾

随着时间的推移,3D NAND闪存将会逐渐取代传统的平面NAND闪存并成为主流,而3D XPoint由于成本过高,暂时无法普及,但这项技术为SSD内存行业提供了一个未来的方向。












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8#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 来自: LAN 来自 LAN
3D Xpoint是媒介

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9#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 来自: LAN 来自 LAN
解释这个问题,先要弄清楚3D NAND Flash是什么。
首先,flash大家都知道,就是闪存卡。而闪存的基本“单元”有NAND结构和NOR结构两种,这是两种不同的存储实现形式。而3D则是三维的意思,相对于普通的flash(2D),3D采用堆叠的方式使存储量变大,2D只是一层存储。可以简单理解,3D就是多层。
而3D XPoint,是一种实现存储的技术和方式,它属于3D flash的范畴内,但究竟是NAND 还是 NOR或者又是其他的新的具体实现方式,则就不好揣测了。

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10#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 来自: LAN 来自 LAN
期待进一步了解3D Xpoint 内部作用机制

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11#
发表于 2017-11-16 14:20:55 | 只看该作者 来自: LAN 来自 LAN
美光战略上把这个划分为storage class memory,感觉主要是用来替代NAND,有可能后续这存储器直接跟SRAM连,把DRAM/NAND都取代掉

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12#
发表于 2017-11-16 14:45:50 | 只看该作者 来自: 四川 来自 四川
太高深的东西了。表示完全看不懂的举手,。

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