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在21世纪,随着3D NAND Flash技术的盛行,市场为之掀起轩然大波,当Intel和美光在2015年首次推出3D Xpoint技术时,人们对这一新兴存储技术充满了期待,据当时的介绍,3D Xpoint的性能远超NAND Flash,寿命更是其千倍。
在实际测试中,我们发现3D Xpoint的性能虽然比NAND快10倍,但在写入新数据时需要先擦除旧数据,尽管如此,这一新兴的固态存储器还是凭借其出色的性能在数据中心找到了自己的位置,它的价格介于DRAM和NAND Flash之间,主要搭配传统的存储技术来提升性能。
随着数据传输、云计算、数据分析等需求的增长,高性能存储成为厂商的重要目标,这为3D Xpoint带来了新的发展机遇,什么是3D Xpoint呢?它是一种新型非易失性固态存储,拥有比NAND Flash更强大的性能和更长的寿命,其价格处于DRAM和NAND Flash之间。
根据Gartner的数据显示,目前DRAM的售价大约是每gigabyte 5美金,而NAND Flash的价格为每gigabyte 25美分,而3D Xpoint的大批量采购价格则介于每gigabyte 1.5到2.4美金之间,目前来看,到2021年,3D Xpoint的售价仍将高于NAND Flash。
无论是Intel还是美光,都没有过多透露关于这一新技术的具体细节,他们只表示这是一项基于电子存储的技术,与Flash存储和DRAM不同,它并不使用晶体管,他们也声称这并不是ReRAM或者忆阻器,这两者被认为是NAND未来的最大挑战者。
通过专家分析,我们可以得出3D Xpoint应该是相变存储(PCM)技术,与美光先前开发的一种技术相似,性能也相近。
PCM作为新一代存储技术,利用特殊材料在晶态和非晶态之间的相变来储存数据,其核心材料是GST(由锗锑碲按比例混合而成),这与美光Russ Meyer之前的说法不谋而合——“存储单元本身是在两个不同状态之间简单变动的”。
在PCM中,非晶态的高阻率状态被保存为0,低阻率的静态则保存为1,而3D Xpoint的架构类似于显微镜下的窗格子,支持材料则由硫族化合物组成,搭配开关允许数据的读写。
Intel非易失性存储事业部GM Rob Crook表示,3D Xpoint不同于DRAM和NAND Flash的存储原理,它使用一种物理材料,这种材料本身能够改变0或1状态来存储数据,但需要将其尺寸缩小以适应更多应用。
为什么3D Xpoint能吸引如此多的关注?主要是因为它在PCIe/NVMe接口连接时,拥有比NAND Flash高十倍的性能,且使用寿命会长一千倍,这意味着它的持续读写循环次数超过百万次,基本上可以视为永久使用,相比之下,现在的NAND Flash的循环次数只有几千到一万次,通过损耗平衡和误差纠正软件,这个循环次数可以提升,但相对于百万次来说还是小巫见大巫。
3D Xpoint还有较低的延迟,与NAND Flash相比,这个数据是千倍;与DRAM相比则是十倍,在高速读取的应用中,这一优势尤为明显,这种优势使得3D Xpoint能够降低数据中心存储体系的落差(包括处理器上的SRAM、DRAM、NAND Flash、HDD、磁带或光盘),它还能弥补易失性DRAM和非易失性NAND Flash SSD之间的差距。
也许这是数据中心的未来,Intel NVM方案部门主管James Myers表示,他们的3D Xpoint产品Optane可用于执行有限的数据集或实时存储和升级数据,相反地,传统的NAND Flash只能批次处理存储数据,利用列式数据库系统进行分析,这就需要大量的读写操作,他说:“不会有很多人为更高的连续吞吐量支付额外的费用,因为很多分析可以在系统不繁忙的时段进行。”Intel的首个3D Xpoint SSD P4800x每秒能执行高达550万次的读写操作(IOPS),远超Intel最顶尖的NAND Flash SSD的IOPS能力,此外值得一提的是其独特的优势在于可以按字节寻址这意味着每一个存储单元都有一个不同的位置不像分区的NAND在应用为数据搜索的时候不允许“超车”,此外其延迟极低非常适用于数据中心等需要高速处理大量数据的场景。“这个不是Flash也不是DRAM 3D Xpoint是一个介乎这两者之间的技术生态系统的支持对于这项技术的拓展极为重要。”Unsworth说目前我们还没看到任何一个飞翼式的DIMM被装配因此这会是一个很大的挖掘空间,那么什么时候可以准备好呢? Intel已经开拓出了一个不同于美光的3D Xpoint路线按照他们的说法其Optane品牌适合于数据中心和桌面PC而美光则表示其Quantx SSD非常适合于数据中心他们也或多或少提到其产品也会适合消费级别的SSD去年Intel小批量生产了使用IM Flash技术的3D Xpoint Wafer而去年底Intel和Micron则投资了位于犹他州Le
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