3D XPoint:超越NAND的革命性存储技术

发布时间:2024-12-26 11:23    来源:北方新闻网    点击:

3D XPoint是一种于2015年7月正式推出的非易失性存储技术,由英特尔和美光联合研发。其首款基于此技术的产品于2017年5月开始销售,并最终在2022年7月停止了该技术的研发工作。从本质上讲,3D XPoint是相变存储器的一种具体实现形式,主要利用硫系化合物在不同状态下(即晶态与非晶态)的电阻差异来表示数据位的“0”和“1”。

3D XPoint:超越NAND的革命性存储技术(图1)

这项技术具备多项显著优势,包括但不限于高读写速度、低延迟响应时间、较高的性价比以及大容量存储能力等。此外,它还提供了长期的数据保护机制。值得注意的是,3D XPoint并不旨在完全取代现有的内存或NAND解决方案;相反,它被设计为计算机系统中一个全新的存储层级。


根据英特尔发布的信息,相较于传统的NAND闪存,3D XPoint不仅拥有更大的容量潜力,而且在性能上也表现出色:其速度比标准NAND快至少1000倍,同时使用寿命也提高了约1000倍。更重要的是,这种新型存储介质的数据密度可达到现有动态随机存取存储器(DRAM)水平的十倍以上。


3D XPoint技术是一种基于相变材料实现的数据存储方法,其核心是利用硫族化合物的电阻特性。该技术中,材料在不同物理状态下表现出不同的阻抗:在晶态时表现为低阻抗,而非晶态则呈现高阻抗。这两种状态能够对应二进制数据中的“0”和“1”,其中低阻抗代表“1”,高阻抗代表“0”。数据的写入通过向存储器施加特定电压或电流脉冲来实现,这一过程涉及将非晶态材料加热至其结晶温度区间(介于最低熔融温度与最高熔点之间),促使其转变为晶态;反之,当存储器处于晶态并受到足够强度的电压或电流激励时,材料会被加热超过其最低熔融温度达到液态,随后如果迅速冷却,则无法再次结晶回到晶态,而是保持为非晶态。值得注意的是,无论处于何种状态,3D XPoint存储单元都能长期稳定地保存信息,赋予基于此技术开发的存储设备以非易失性的特点。

3D XPoint:超越NAND的革命性存储技术(图2)

3D XPoint 技术采纳了一种创新的存储阵列结构设计,这种设计使其具备了高存储密度的优势。该技术构建在由三维存储单元组成的存储阵列之上,这一阵列由行选择线层、多层存储单元以及列选择线层堆叠而成。在此架构中,行选择线与列选择线相互垂直布局,并且相邻的存储阵列层之间可共享它们的选择线层。通过施加特定电压激励于行和列选择线上,并借助选择器与快速切换单元的协助,存储单元能够实现比现有的非易失性存储器更快的状态转换速度,进而完成数据的高效擦写操作。基于3D XPoint技术开发出的产品主要包括内存、SSD固态硬盘以及缓存三大类。具体应用实例包括英特尔傲腾持久内存、英特尔傲腾固态盘及美光X100等。此外,英特尔还推出了利用3D XPoint作为高速缓存解决方案的傲腾内存和混合式固态盘产品,这些产品的设计与性能均得益于3D XPoint技术所带来的独特优势。

3D XPoint:超越NAND的革命性存储技术(图3)

英特尔基于3D XPoint技术开发的傲腾产品,已经在存储、云计算、数据库管理、人工智能分析、高性能计算、通信及消费级市场等多个领域得到广泛应用。这些应用不仅展示了傲腾技术的多样性和适应性,还体现了其在不同应用场景下的卓越性能。例如,在快手的Redis服务中,通过采用英特尔傲腾数据中心级持久内存技术,成功降低了总拥有成本(TCO)达30%。此外,中国电信四川分公司利用英特尔傲腾固态盘DC P4800X优化了其自动银行机管理系统(ABM),显著增强了系统的数据存取速度与稳定性。


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