今年，英特爾和美光將推出3D XPoint存儲器，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?28Gbits數(shù)據(jù)。
別指望NAND閃存了。雖然Optane芯片和其它電阻式存儲技術(shù)在市場嶄露頭角可能導致存儲級內(nèi)存取代昂貴的DRAM適用許多應用程序，但它不會便宜太久。這就給持續(xù)NAND閃存的發(fā)展留了門。
進入3D NAND閃存時代，三星，英特爾/美光，東芝和其它廠商始終認為容量會增加，價格會下壓。最終，3D NAND甚至會令消費者相信SSD能和HDD一樣實惠。
“很快閃存會比旋轉(zhuǎn)介質(zhì)更便宜，”閃迪公司存儲技術(shù)部執(zhí)行副總裁Siva Sivaram如是說。
與此同時，希捷已經(jīng)展示了采用熱輔助磁記錄(HAMR)技術(shù)的HDD，能實現(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，希捷預期與設備制造商合作展示HAMR產(chǎn)品，適用于數(shù)據(jù)中心應用，2018年預計開始走向更廣闊的市場。
而這些近期的技術(shù)進展不過是持續(xù)迫使創(chuàng)新以滿足新一輪存儲需求競逐中的冰山一角。
存儲一直被念緊箍咒
早在2000年，HDD公司就出現(xiàn)了容量限制問題，東芝和希捷將盤片上數(shù)據(jù)位從平鋪變成垂直排列。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，容量又拔高50%。
在非易失存儲領域，容量瓶頸事件也時有發(fā)生，從SLC NAND閃存升為MLC NAND，MLC NAND一頭走到黑的時候，三星又拋出了3D NAND的掛牌，英特爾/美光和東芝迅速跟進，將NAND單元堆棧到48層之高。在閃存制造商眼中，堆棧多高簡直是無極限。
NAND閃存微型摩天大樓增長超過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)進程越小，薄壁單元之間越容易發(fā)生電子泄漏，最終導致數(shù)據(jù)錯誤。
“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。“這沒有物理限制?，F(xiàn)在我們所有的3D NAND技術(shù)是三代和四代的理想擴展?！?/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256Gbits (32GB)。同時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。
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)售給了設備制造商。
就在2D NAND方案由于光刻制程大小和出錯率導致擴展受限之際，層堆棧生產(chǎn)的3D NAND跳了出來。上圖顯示了實現(xiàn)3D NAND的一種方法。圍繞一個中心內(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)在計劃100層以上的3D NAND芯片了。
“我們沒看到堆棧有什么高度限制。如果我去問，(NAND制造商)也不會說堆到96或者126層見好就收得了，不能再往上?！?Sivaram表示?！斑@是我們一直以來的愿望?！?/p>
同時，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100億美元——Sivaram指出時間一長，隨著采用率跳升，它們會縮減成本。
價格才是王道
而企業(yè)和用戶都偏愛容量——越大越好——價格通常就會左右采用率。
英特爾與其開發(fā)合作伙伴美光正在致力于非易失性存儲領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入操作，令其非常適用于移動設備，甚至可穿戴設備。
ReRAM是基于“記憶電阻器”的概念，也稱憶阻器。該術(shù)語由加州大學科學家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。
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)了新型導體橋接RAM(CBRAM)存儲芯片，適用于電池供電或能量采集的電子設備可用于物聯(lián)網(wǎng)市場。
ReRAM電路的微觀側(cè)面圖，微型導電絲交錯并連接硅層代表一個數(shù)據(jù)位。
相比之下，英特爾今年發(fā)售其Optane驅(qū)動器則適用于PC發(fā)燒友。美光新進跳坑，新型Optane驅(qū)動器預計比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1000倍的耐久性，Optane驅(qū)動器將提供100萬擦除寫入周期，可見其彪悍程度。
“它速度跟不上DRAM，因此不會在最看重延遲的應用程序里取代它，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Ρ萐SD和硬盤，3D XPoint和傳統(tǒng)NAND誰更快，這是同一個數(shù)量級的提升?！?/p>
英特爾已經(jīng)演示了Optane驅(qū)動器，大約比目前的SSD快7倍。
Optane SSD和 ReRAM技術(shù)預計作為DIMM嵌入存儲器插槽中。
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)進入用戶PC市場，由于成本問題，也會卡在最高端產(chǎn)品階層。
“Optane對SSD市場的影響在于它的價格。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，最初它們只會在高端SSD市場鬧出一些響動。”
去年，惠普和閃迪也發(fā)布了一個合作開發(fā)協(xié)議——“存儲級內(nèi)存(SCM)ReRAM號稱可能取代DRAM，比NAND閃存快1000倍?！?/p>
一家總部位于美國新墨西哥州的初創(chuàng)公司Knowm也一直致力于憶阻器技術(shù)研發(fā)。它的芯片能通過模仿人腦的突觸效應制造智能計算機。一個突觸連接兩個神經(jīng)元，從這些神經(jīng)元之間經(jīng)過能產(chǎn)生更強和更頻繁的信號，同樣地，Knowm憶阻器電路上信息的學習和保存取決于數(shù)據(jù)流量特性和電流。
Knowm的憶阻器設計用于模仿人腦
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閃存進行制作。但三星拒絕就此事發(fā)聲。
2020年，20TB硬盤
隨著SSD價格不斷下跌，密集型存儲技術(shù)如3D NAND, HDD制造商都在計劃升級自身技術(shù)。
例證：HAMR在硬盤讀寫磁頭上采用激光設置更小數(shù)據(jù)位，更安全恰當?shù)胤胖迷隍?qū)動器盤片上。
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是我們的下一項技術(shù)，會使我們的磁錄密度曲線繼續(xù)呈上升態(tài)勢，”希捷首席技術(shù)官，Mark Re表示?！八坪趺渴甓家?jīng)過這些轉(zhuǎn)型。”
由于磁盤驅(qū)動器密度增大，受超順磁性現(xiàn)象影響，潛在的數(shù)據(jù)錯誤也在增多。這就是數(shù)據(jù)位之間的磁引力聚集在一個盤片表面隨意翻轉(zhuǎn)，導致它們的值從1到0的改變，反之亦然。隨機位翻轉(zhuǎn)導致數(shù)據(jù)錯誤。
希捷創(chuàng)造了HAMR技術(shù)，在HDD的讀寫磁頭上使用一個專用孔，稱為近場傳感器，將大量光子以較小的體積集中到旋轉(zhuǎn)磁盤。
希捷HAMR近場傳感器
HAMR還采用了基于納米管的潤滑實現(xiàn)磁盤讀寫磁頭更接近盤片表面，以便更好地讀寫數(shù)據(jù)。
HAMR技術(shù)最終為希捷實現(xiàn)了一個近線位密度，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。
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，提高了相當于現(xiàn)有硬盤10倍的位磁錄密度。
“現(xiàn)在還沒人走在我們前面。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)品上肯定會更積極一些?！?/p>
希捷計劃明年開始發(fā)售HAMR HDD。
憑借HAMR，硬盤的理論密度一飛沖天。服務器或臺式驅(qū)動器可達60TB存儲容量，單一盤片2.5英寸，筆記本驅(qū)動器也達到20TB存儲容量。
希捷在市場營銷活動中用了“2020年，20TB”希捷CTO Mark Re稱這只是一個目標。
雖然除HAMR之外，HDD行業(yè)已經(jīng)對更高的驅(qū)動器密度作出規(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，可達每平方英寸200Tbits。
“鑒于最新的4TB外部驅(qū)動器是5盤片，這相當瘋狂，”希捷企業(yè)通訊部經(jīng)理，Nathan Papadopulos表示。
“很顯然還有出路，” Re補充道?！拔磥硎觊g我們都會尋求這種技術(shù)?！?/p>
