3D XPoint、Z-SSD等下一代存储技术

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3D XPoint、Z-SSD、MRAM、ReRAM都被看作是下一代存储器。




3D XPoint

美光在韩国双雄三星和SK海力士的攻击下，DRAM和Flash业务发展都不如预期，所以美光与Intel合力开发了这种新型的存储技术。


3D-Xpoint是一种基于闪存颗粒的存储技术的革命，它的诞生将改变NAND传统的存储规则，从根本上提高闪存颗粒的存储性能，从而极致的提高以固态硬盘为代表的存储设备的读写表现。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。


美光、Intel将会各自推出了自家的产品，美光的叫做QuantX，Intel的是Optane。



3D XPoint被认为是改变行业游戏规则的革命性技术，有这四大亮点：
1. 其速度是NAND Flash的1000倍
2. 其成本大约是DRAM的1/2
3. 其使用寿命是NAND高出1000倍
4. 其密度是传统存储器的10倍


3D XPoint市场潜力巨大，Intel和美光将3D XPoint的市场定位在高端SSD和DDR4 NVDIMM，是一个适合企业级应用的产品。对于SSD应用，3D XPoint其复杂的制造工艺导致成本较高。另一方面，DDR4 NVDIMM对于3D XPoint来说是一个很好的切入点，因为3D XPoint的读取延时很低（大约在100ns左右）。预计3D XPoint量产后很长一段时间是无法取代DRAM的。



Z-SSD

三星推出了Z-SSD新技术，将其性能水平定位在SSD与DRAM之间，剑指美光与英特尔的XPoint技术。


Z-SSD基于NAND技术，目标应用是高端企业SSD。Z-SSD采用了新的电路设计和控制器，实现了比现有高端SSD低4倍的延迟和1.6倍的顺序读取。三星采用V-NAND基础结构并配合一套独特的电路设计及控制器，能够最大程度提升性能水平，其延迟与连续读取性能水平分别达到三星PM863 NVMe SSD的四分之一与1.6倍。


PM963的最高连续读取传输带宽为每秒1.6 GB，而新一代Z-SSD的同项参数则可提升至每秒2.56 GB。不过其延迟水平则要靠估计，因为三星没有公布过PM963的延迟。美光9100 NVMe SSD的写入延迟为30纳秒，同等比较之下这可能意味着Z-SSD的延迟为7.5纳秒，与英特尔的Optane XPoint 7纳秒延迟基本相当。
         其中“独特的电路设计”可能代表着其采用SLC芯片（即单层单元），这意味着其在基础层面拥有远超MLC（即二层单元）或者TLC（三层单元）产品的读取与写入速度。不过利用SLC闪存实现XPoint级别的速度表现仍然可能性很低--事实上，根本不可能。


Z-SSD具有独特的电路设计，似乎在说明采用的是SLC芯片，这意味着其在基础层面拥有远超MLC或者TLC产品的读取与写入速度。



MRAM

MRAM全称是磁性随机访问存储器。目前，MRAM的诸多研究中，已经可以开始生产的产品结构被称为STT MRAM（自旋转移力矩磁性随机访问存储器）。IBM公司在MRAM（磁性随机访问存储器）领域已经投入了二十年时间。最初IBM配合摩托罗拉希望打造一款场交换式MRAM，如今IBM联手三星致力于全新的MRAM技术——STT MRAM。其中的每个bit单元都包含一个晶体管外加一条垂直排列的隧道交叉点。该隧道交叉点包含两个磁体，其一的北极永远指向上，其二则为自由磁体、其北极可在向上与向下间切换以代表存储0或者1。其只需要7.5微安电流通过即可实现偏振方向编程。



工作原理：
单一场效应晶体管（FET）通过STT MRAM内的一条垂直磁性隧道交叉点（MRJ）实现读写电流控制。位于堆叠结构底部的FET接入该MRJ，后者则由钴-铁-硼（CoFeB）化合物层构成，同时配合固定旋转取向的镁氧化物（MgO）隧道栅极以及可进行自旋转变以代表0与1的CoFeB顶层。此堆叠体系还辅以另一MgO层，旨在强化垂直磁体各向异性（简称PMA）并降低自旋电流流失。







STT MRAM的关键性优势在于结合了非易失性与无限使用寿命，这不同于当前乃至可预见的未来所存在的任何其它存储技术。另外，其亦通过对bit以及磁性材质垂直异向性的优化拥有极长的数据驻留周期。



相比目前的DRAM或者SRAM，MRAM的优势还是非常明显的。包括它的高可制造性、高数据密度、高速度、非易失性和耐久性等。似乎MRAM成为“万能内存王”指日可待。



ReRAM

ReRAM是基于电阻式随机存取的一种非易失性存储器，它可将DRAM的读写速度与SSD的非易失性结合于一身，同时具备更低的功耗及更快的读写速度。虽然ReRAM的名字中带RAM，但其实是像NAND闪存那样用作数据存储的ROM，只不过它的性能更强。


其密度比DRAM内存高40倍，读取速度快100倍，写入速度快1000倍。ReRAM单芯片（200mm左右）即可实现TB级存储，还具备结构简单、易于制造等优点。ReRAM存储芯片的能耗可达到闪存的1/20，数据擦写上限是后者的10倍。



作为存储器前沿技术，ReRAM未来预期可以替代目前的FlashRAM，并且具有成本更低、性能更突出的优势。



ReRAM基于忆阻器原理，将DRAM的读写速度与SSD的非易失性结合于一身。关闭电源后存储器仍能记住数据。如果ReRAM有足够大的空间，一台配备ReRAM的PC将不需要载入时间。


中芯国际已正式出样采用40nm工艺的ReRAM芯片，并称更先进的28nm工艺版很快也会到来。



存储拼得是什么？似乎已不止是容量，下一代存储器，谁能称王，时间会是最好的答案。

iwork

英特尔提出现代社会的基石是数据，从而需要用新的思路和技术来处理数据，开发了英特尔® 傲腾™ 技术。该技术为存储基础设施引入全新的存储层，将内存和存储的特性与低延迟、高耐久性、高服务质量和高吞吐量结合在一起，它创建了一个新的数据层。求解答问题：1、该种技术如何在数据采集、存储和分析上带来新的突破；2、该存储技术先进性体现在哪。

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