今年，英特爾和美光將推出3D XPoint存儲(chǔ)器，又稱Optane，該產(chǎn)品將比目前NAND閃存的性能和耐久性提高1000倍。

3D Xpoint技術(shù)又稱Optane，比NAND快1000倍;單一晶?？纱鎯?chǔ)128Gbits數(shù)據(jù)。

別指望NAND閃存了。雖然Optane芯片和其它電阻式存儲(chǔ)技術(shù)在市場(chǎng)嶄露頭角可能導(dǎo)致存儲(chǔ)級(jí)內(nèi)存取代昂貴的DRAM適用許多應(yīng)用程序，但它不會(huì)便宜太久。這就給持續(xù)NAND閃存的發(fā)展留了門(mén)。

進(jìn)入3D NAND閃存時(shí)代，三星，英特爾/美光，東芝和其它廠商始終認(rèn)為容量會(huì)增加，價(jià)格會(huì)下壓。最終，3D NAND甚至?xí)钕M(fèi)者相信SSD能和HDD一樣實(shí)惠。

“很快閃存會(huì)比旋轉(zhuǎn)介質(zhì)更便宜，”閃迪公司存儲(chǔ)技術(shù)部執(zhí)行副總裁Siva Sivaram如是說(shuō)。

與此同時(shí)，希捷已經(jīng)展示了采用熱輔助磁記錄(HAMR)技術(shù)的HDD，能實(shí)現(xiàn)每平方英寸10Tbits以上的數(shù)據(jù)密度。這比現(xiàn)有最高密度的HDD磁錄密度高出10倍。2017年，希捷預(yù)期與設(shè)備制造商合作展示HAMR產(chǎn)品，適用于數(shù)據(jù)中心應(yīng)用，2018年預(yù)計(jì)開(kāi)始走向更廣闊的市場(chǎng)。

而這些近期的技術(shù)進(jìn)展不過(guò)是持續(xù)迫使創(chuàng)新以滿足新一輪存儲(chǔ)需求競(jìng)逐中的冰山一角。

存儲(chǔ)一直被念緊箍咒

早在2000年，HDD公司就出現(xiàn)了容量限制問(wèn)題，東芝和希捷將盤(pán)片上數(shù)據(jù)位從平鋪?zhàn)兂纱怪迸帕?。而從水平磁記錄到垂直磁記錄的改變提高了HDD幾乎10倍的容量。

2013年，HDD行業(yè)再次面臨容量限制，希捷模仿屋頂疊瓦式結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)磁道重疊，容量提升25%;然后2014年，HGST推出充氦硬盤(pán)，容量又拔高50%。

在非易失存儲(chǔ)領(lǐng)域，容量瓶頸事件也時(shí)有發(fā)生，從SLC NAND閃存升為MLC NAND，MLC NAND一頭走到黑的時(shí)候，三星又拋出了3D NAND的掛牌，英特爾/美光和東芝迅速跟進(jìn)，將NAND單元堆棧到48層之高。在閃存制造商眼中，堆棧多高簡(jiǎn)直是無(wú)極限。

NAND閃存微型摩天大樓增長(zhǎng)超過(guò)100層

首次迭代，3D NAND閃存技術(shù)提供了2至10倍的更高可靠性和兩倍平面NAND的寫(xiě)入性能提升。

然而最重要的是，3D NAND消除了平面NAND面臨的光刻阻礙，制造商將晶體收縮到15納米大小。光刻技術(shù)進(jìn)程越小，薄壁單元之間越容易發(fā)生電子泄漏，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

“重要的是你不必每次都重新構(gòu)建這些3D NAND微型摩天大樓。我們知道如何從24層堆到48層再到64層，” Sivaram稱?！斑@沒(méi)有物理限制。現(xiàn)在我們所有的3D NAND技術(shù)是三代和四代的理想擴(kuò)展?！?/p>

目前，三星，閃迪與其合作伙伴東芝和英特爾還有它的合作伙伴美光已經(jīng)能夠構(gòu)建48層3D NAND，單一芯片可存儲(chǔ)256Gbits (32GB)。同時(shí)三星也是唯一一家批量生產(chǎn)48層芯片的公司。別家都在快步跟進(jìn)。

比如閃迪，發(fā)售了定量采用48層“X3” NAND技術(shù)制成的零售產(chǎn)品，也已將該產(chǎn)品樣品發(fā)售給了設(shè)備制造商。

就在2D NAND方案由于光刻制程大小和出錯(cuò)率導(dǎo)致擴(kuò)展受限之際，層堆棧生產(chǎn)的3D NAND跳了出來(lái)。上圖顯示了實(shí)現(xiàn)3D NAND的一種方法。圍繞一個(gè)中心內(nèi)存孔水平堆棧字線。這一結(jié)構(gòu)放寬了光刻技術(shù)的要求。圓孔最小化了鄰近數(shù)據(jù)位的干擾，整體密度大幅提高。

Sivaram還指出，閃迪已經(jīng)在計(jì)劃100層以上的3D NAND芯片了。

“我們沒(méi)看到堆棧有什么高度限制。如果我去問(wèn)，(NAND制造商)也不會(huì)說(shuō)堆到96或者126層見(jiàn)好就收得了，不能再往上。” Sivaram表示。“這是我們一直以來(lái)的愿望?！?/p>

同時(shí)，生產(chǎn)3D NAND的工廠比那些生產(chǎn)平面NAND或HDD的工廠貴太多——一家工廠可花費(fèi)100億美元——Sivaram指出時(shí)間一長(zhǎng)，隨著采用率跳升，它們會(huì)縮減成本。

價(jià)格才是王道

而企業(yè)和用戶都偏愛(ài)容量——越大越好——價(jià)格通常就會(huì)左右采用率。

英特爾與其開(kāi)發(fā)合作伙伴美光正在致力于非易失性存儲(chǔ)領(lǐng)域可能成為游戲改變者的產(chǎn)品——Optane芯片——英特爾內(nèi)部稱其為3D XPoint。

雖然英特爾發(fā)布的Optane信息極少，但大多數(shù)行業(yè)專家認(rèn)為這是電阻式RAM的形式。

英特爾和美光3D XPoint (又稱Optane)芯片電阻式RAM架構(gòu)

電阻式RAM(ReRAM)能利用比NOR flash少于50-100倍的功率完成讀取和寫(xiě)入操作，令其非常適用于移動(dòng)設(shè)備，甚至可穿戴設(shè)備。

ReRAM是基于“記憶電阻器”的概念，也稱憶阻器。該術(shù)語(yǔ)由加州大學(xué)科學(xué)家Leon Chua于1970年提出。

在憶阻器之前，研究人員了解的只有3個(gè)基本電路元件——電阻器，電容器和電感器。憶阻器，相比之前的技術(shù)消耗更少能量提供更高的性能，是第四個(gè)。

目前，唯一一家公司發(fā)售ReRAM產(chǎn)品的是Adesto Technologies公司，該公司近期生產(chǎn)了新型導(dǎo)體橋接RAM(CBRAM)存儲(chǔ)芯片，適用于電池供電或能量采集的電子設(shè)備可用于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。

ReRAM電路的微觀側(cè)面圖，微型導(dǎo)電絲交錯(cuò)并連接硅層代表一個(gè)數(shù)據(jù)位。

相比之下，英特爾今年發(fā)售其Optane驅(qū)動(dòng)器則適用于PC發(fā)燒友。美光新進(jìn)跳坑，新型Optane驅(qū)動(dòng)器預(yù)計(jì)比DRAM密集10倍，理論上快1000倍，比基于NAND閃存的SSD更具耐久性。

憑借比NAND 強(qiáng)1000倍的耐久性，Optane驅(qū)動(dòng)器將提供100萬(wàn)擦除寫(xiě)入周期，可見(jiàn)其彪悍程度。

“它速度跟不上DRAM，因此不會(huì)在最看重延遲的應(yīng)用程序里取代它，但其擁有比NAND更高的密度，更低的延遲?！泵拦饬鞒陶现鞴躌uss Meyer表示?！叭绻麑?duì)比SSD和硬盤(pán)，3D XPoint和傳統(tǒng)NAND誰(shuí)更快，這是同一個(gè)數(shù)量級(jí)的提升?！?/p>

英特爾已經(jīng)演示了Optane驅(qū)動(dòng)器，大約比目前的SSD快7倍。

Optane SSD和 ReRAM技術(shù)預(yù)計(jì)作為DIMM嵌入存儲(chǔ)器插槽中。

Alan Chen，一位DRAMeXchange資深調(diào)研經(jīng)理稱即便今年英特爾的Xpoint ReRAM技術(shù)進(jìn)入用戶PC市場(chǎng)，由于成本問(wèn)題，也會(huì)卡在最高端產(chǎn)品階層。

“Optane對(duì)SSD市場(chǎng)的影響在于它的價(jià)格。目前，Optane產(chǎn)品仍比主流基于NAND閃存的產(chǎn)品更加昂貴。因此，最初它們只會(huì)在高端SSD市場(chǎng)鬧出一些響動(dòng)?！?/p>

去年，惠普和閃迪也發(fā)布了一個(gè)合作開(kāi)發(fā)協(xié)議——“存儲(chǔ)級(jí)內(nèi)存(SCM)ReRAM號(hào)稱可能取代DRAM，比NAND閃存快1000倍?！?/p>

一家總部位于美國(guó)新墨西哥州的初創(chuàng)公司Knowm也一直致力于憶阻器技術(shù)研發(fā)。它的芯片能通過(guò)模仿人腦的突觸效應(yīng)制造智能計(jì)算機(jī)。一個(gè)突觸連接兩個(gè)神經(jīng)元，從這些神經(jīng)元之間經(jīng)過(guò)能產(chǎn)生更強(qiáng)和更頻繁的信號(hào)，同樣地，Knowm憶阻器電路上信息的學(xué)習(xí)和保存取決于數(shù)據(jù)流量特性和電流。

Knowm的憶阻器設(shè)計(jì)用于模仿人腦

Chen透露三星也在研發(fā)類似英特爾Optane的產(chǎn)品，將混合DRAM和NAND閃存進(jìn)行制作。但三星拒絕就此事發(fā)聲。

2020年，20TB硬盤(pán)

隨著SSD價(jià)格不斷下跌，密集型存儲(chǔ)技術(shù)如3D NAND, HDD制造商都在計(jì)劃升級(jí)自身技術(shù)。

例證：HAMR在硬盤(pán)讀寫(xiě)磁頭上采用激光設(shè)置更小數(shù)據(jù)位，更安全恰當(dāng)?shù)胤胖迷隍?qū)動(dòng)器盤(pán)片上。

西數(shù)和希捷都在向HAMR HDD發(fā)功。

水平磁記錄 VS HAMR(熱輔助磁記錄)

“HAMR是我們的下一項(xiàng)技術(shù)，會(huì)使我們的磁錄密度曲線繼續(xù)呈上升態(tài)勢(shì)，”希捷首席技術(shù)官，Mark Re表示。“似乎每十年都要經(jīng)過(guò)這些轉(zhuǎn)型。”

由于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器密度增大，受超順磁性現(xiàn)象影響，潛在的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤也在增多。這就是數(shù)據(jù)位之間的磁引力聚集在一個(gè)盤(pán)片表面隨意翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致它們的值從1到0的改變，反之亦然。隨機(jī)位翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

希捷創(chuàng)造了HAMR技術(shù)，在HDD的讀寫(xiě)磁頭上使用一個(gè)專用孔，稱為近場(chǎng)傳感器，將大量光子以較小的體積集中到旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)。

希捷HAMR近場(chǎng)傳感器

HAMR還采用了基于納米管的潤(rùn)滑實(shí)現(xiàn)磁盤(pán)讀寫(xiě)磁頭更接近盤(pán)片表面，以便更好地讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

HAMR技術(shù)最終為希捷實(shí)現(xiàn)了一個(gè)近線位密度，約每平方英寸10Tbits——比現(xiàn)有最好的HDD磁錄密度——每平方英寸1Tbit 高出10倍，Re如是說(shuō)。

希捷已經(jīng)演示了HAMR HDD，每平方英寸1.4Tbits，仍比現(xiàn)在最棒的HDD高出40%。

ASTC的產(chǎn)品路線圖顯示HAMR和BMPR技術(shù)組合，提高了相當(dāng)于現(xiàn)有硬盤(pán)10倍的位磁錄密度。

“現(xiàn)在還沒(méi)人走在我們前面。我們研究HAMR技術(shù)約有10年之久?！?Re稱?！霸诎l(fā)售這類產(chǎn)品上肯定會(huì)更積極一些?！?/p>

希捷計(jì)劃明年開(kāi)始發(fā)售HAMR HDD。

憑借HAMR，硬盤(pán)的理論密度一飛沖天。服務(wù)器或臺(tái)式驅(qū)動(dòng)器可達(dá)60TB存儲(chǔ)容量，單一盤(pán)片2.5英寸，筆記本驅(qū)動(dòng)器也達(dá)到20TB存儲(chǔ)容量。

希捷在市場(chǎng)營(yíng)銷活動(dòng)中用了“2020年，20TB”希捷CTO Mark Re稱這只是一個(gè)目標(biāo)。

雖然除HAMR之外，HDD行業(yè)已經(jīng)對(duì)更高的驅(qū)動(dòng)器密度作出規(guī)劃，BPM(Bit patterned media)記錄將采用毫微光刻，而不是目前的HDD技術(shù)。

BPM可能提高HDD密度，可達(dá)每平方英寸200Tbits。

“鑒于最新的4TB外部驅(qū)動(dòng)器是5盤(pán)片，這相當(dāng)瘋狂，”希捷企業(yè)通訊部經(jīng)理，Nathan Papadopulos表示。

“很顯然還有出路，” Re補(bǔ)充道?！拔磥?lái)十年間我們都會(huì)尋求這種技術(shù)?！?/p>

崔歡歡