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3D XPoint发展迅速下一代存储技术之争越来越激烈

归档日期:06-07       文本归类:多处理器调度      文章编辑:爱尚语录

  目前,业界至少在攻关五种新型内存技术,其中3D XPoint处于领先地位。

  随着供应商将一系列新技术推向台前,下一代内存市场之争未火先热,只不过,这些新产品晋身主流还需要克服一些挑战。

  多年来,业界一直致力于各种新兴存储技术,包括纳米管RAM、FRAM、MRAM、相变存储器和ReRAM。有的已经开始出货,有的还处于研发阶段。这些新的内存类型各不相同,而且都是针对特定应用,但是它们都号称可以取代当今系统内存/存储器层次结构中的一个或多个传统内存。

  SRAM位于内存层次结构的第一层,它被集成到处理器中以实现快速数据访问。第二层是DRAM,是系统主存。之后是用于存储的磁盘驱动器和基于NAND的固态存储(SSD)。

  图1:内存层次结构-DRAM/SRAM和Flash器件特性相反,给存储级内存留下了存在空间。

  现在的内存和存储器依然有效,但越来越跟不上系统需要的数据和带宽需求。比如,DRAM速度很快还是过于耗电,NAND和硬盘虽然便宜但是速度过慢。

  这就是下一代内存的用武之地。这些新的内存类型既有SRAM的速度,又能兼顾flash的非易失性。这些技术的规格固然惊艳,但它们要么进展太慢,要么实现不了其价值主张,或者兼而有之。

  实际上,实现这些新的内存类型的大规模量产是一项艰巨的任务。这些内存依赖于新奇的材料和开关机制,使得它们很难制造或者难以在现场正常工作。同时,它们的成本都很昂贵。

  总而言之,新的内存仍然是利基产品,但是它们已经取得了一些明显的进步。比如,英特尔正在推出名为3D XPoint的下一代内存,格罗方德、三星、台积电、联电也正在为嵌入式市场开发新的内存类型。 “真正重要的是,逻辑器件晶圆厂正在为嵌入式存储器开发MRAM和阻变式RAM,它们正在努力降低成本,“Objective Analysis的分析师Jim Handy说。 “它们用在主流内存市场确实成本太高了,这使得它们只能用在愿意花大价钱的地方,因为如果不用这些昂贵器件就无法实现自己的目标。”

  传统内存仍然是当今系统应用的主流,但新的内存类型提供了一些可供斟酌的选择。下面,本媒体就和读者分享下一代内存技术的进展。

  下一代内存技术的演进花了很长时间,但是它们确实取得了一定进展。每种新的内存技术都有一些有趣的特性,均声称可以超越传统内存。

  但是,至少从目前来看,这些新的存储器仍然无法取代DRAM、SRAM和Flash。

  因为内存的主要衡量指标是性能、密度和成本。比如,传统内存单元的大小等于特征尺寸的平方乘以4,即4F2。而最新的3D NAND器件每个单元有四位(QLC),理论上的单元尺寸等价为1F2。

  “因此,如果你想取代NAND,你必须做得比1F2更便宜。据我所知,在我们的有生之年应该都看不到这种替代品了。”碳纳米管RAM开发商Nantero的内存专家和董事会成员Ed Doller说。

  为了取代DRAM,新的内存类型不仅要更便宜,还需要构建围绕它的整个生态系统,比如和DRAM兼容的接口和控制器。

  如果新的内存类型不会取代传统内存,那它们用在什么地方呢? Lam Research高级技术总监Alex Yoon在一篇博客中表示,“云计算和最新的移动产品等应用推动了对可结合DRAM内存速度与NAND更高位密度和更低成本的新型内存类别的需求。为了满足这些标准,业界正在探索几项新技术。其中有些针对嵌入式应用,有的专注片上系统(SoC),有的则专注于存储级内存领域。”

  现在,新的内存类型已经在内存/存储层次结构中找到了当今内存无法满足其需求的利基市场。有的甚至小幅分蚀了DRAM和Flash的市场份额。但是目前尚不清楚新的内存类型是否会成为主流技术。

  仍然没有一种新的内存技术可以满足所有要求,因此,随着时间的推移,客户可能会使用其中一个或多个新内存。“它们都有自己的位置,”ReRAM供应商Crossbar营销和业务开发副总裁Sylvain Dubois说。 “在某些情况下,它们有一定的竞争性,有一些重叠的空间。但是很明显,它们都有不同的定位。”

  然而,一项新技术正在冉冉升起,当今内存市场最大的变化就是英特尔和美光开发的下一代技术3D XPoint的崛起。

  3D XPoint于2015年正式推出,当其时,它被吹捧为集成了DRAM和NAND各自优点的存储级内存。理论上来说,它应该比NAND快1000倍,耐用性高1,000倍。

  但是实际上,3D XPoint的进展不达预期,也没有实现当初承诺的那些技术规格。咨询公司MKW Ventures的负责人 Mark Webb说:“我们知道其中有很大的炒作成分,现实情况有很大不同,但是它的表现仍然非常惊人。3D XPoint产生的收入将超过所有其它新的非易失性存储器。”

  事实上,经过几次延迟后,英特尔目前正在爬产SSD和其他基于3D XPoint的产品。 最终,英特尔将在用于服务器的DIMM中部署该技术。 “有了3D XPoint,英特尔推出了全球速度最快的固态硬盘,”韦伯说。 “不过,DIMM再度推迟了。”

  据MKW称,3D XPoint的销售额预计将从不久前的零增长到2018年的7.5亿美元。到2020年,3D XPoint的收入预计将达到15亿美元。

  与DRAM和NAND相比,新型内存的收入简直不值一提。根据IC Insights的数据,预计2018年DRAM市场销售额将达到1016亿美元,而NAND将达到4280亿美元。

  3D XPoint基于一种被称为相变存储器(PCM)的技术。PCM以非晶相和结晶相存储信息,它可以通过外部电压进行数据位的取反。

  3D XPoint器件采用两层堆叠架构,使用20nm工艺可实现128千兆位的密度。MKW表示,它的读取延迟约为125ns,可擦写次数为20万次。

  3D XPoint确实速度很快,但并没有达到所声称的NAND的1000倍。“它的成本也远高于NAND,”Webb说。“它并不是DRAM的替代品,而是DRAM的有益补充。”

  3D XPoint下一步怎么走?它在DIMM领域存在重大机遇。当英特尔最终推出DIMM时,它们将同时集成3D XPoint和DRAM。“英特尔可以优化处理器和架构,以充分利用3D XPoint的性能特征。”他说。

  尽管如此,该技术的未来仍然存在不确定性。英特尔和美光正在分别开发3D NAND和3D XPoint。之前曾经说过,两家公司在完成各自品类的现有产品的开发后,将分道扬镳,独立研究这些技术。

  目前还不清楚美光是否会推出3D XPoint器件。到目前为止,美光尚未发布3D XPoint产品,因为该技术似乎与其DRAM和NAND产品互相竞争。

  显然,英特尔有资源独自推出3D XPoint器件,但是问题在于英特尔能否用这项技术收回其庞大的研发投资。

  2019年第一季度世界存储器产品营收为271.24亿美元 下降26.8%

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