Intel去年最重大的科技成果不是推出14nm工藝的Skylake處理器，而是3D XPoint存儲芯片，性能是當前水平的1000倍，但它可不是NAND非易失性閃存這么簡單，實際上能帶來一次電腦革命，因為它還可以作為DIMM插槽的內(nèi)存使用。Intel準備在2016年開始推出基于3D XPoint技術(shù)的存儲產(chǎn)品，現(xiàn)在曝光的就是容量高達6TB的DIMM插槽產(chǎn)品，很快電腦內(nèi)存就能跑步進入TB時代了。話不多說，我們就3DXPoint來談談Intel將遇到哪些機遇和挑戰(zhàn)？

　　3DXPoint內(nèi)存自2015年發(fā)布后成為了業(yè)界的焦點。去年七月，Intel和Micron宣布他們將在晚些時候給更多客戶提供工程樣片，3D XPoint可望在一年到一年半的時間內(nèi)實現(xiàn)量產(chǎn)。

　　3D XPoint內(nèi)存

　　3D XPoint的機遇

　　相較于傳統(tǒng)內(nèi)存，3D XPoint有一些顯著優(yōu)勢。例如，3D XPoint速度大約是傳統(tǒng)NAND Flash的1000倍。相對DRAM，3D XPoint的存儲密度有8到10倍的改善。

　　基于這些優(yōu)點，Intel和Micron把3D XPoint的市場定位在高端SSD和DDR4 NVDIMM（編注：Non-Volatile DIMM 即非易失型DIMM，即使下電也不會丟失內(nèi)存里的數(shù)據(jù)，常用于高端服務器）。對于SSD應用，3D XPoint由于目前的成本問題仍然只能占據(jù)一些細分市場。

　　另一方面，DDR4NVDIMM對于3D XPoint來說是一個很好的切入點，因為3DXPoint的讀取延時很低（大約在100ns左右）。

　　在DDR4NVDIMM的典型配置中，數(shù)據(jù)從CPU傳送到DRAM并復制到3D XPoint。然后CPU需要數(shù)據(jù)的時候直接從3D XPoint而非DRAM讀取，因為3DXPoint的讀取延時較低。然而，由于3D XPoint的總讀寫次數(shù)上限遠低于DRAM而且3D XPoint的寫操作延時很長，因此3D XPoint不太可能直接取代DRAM。所以，3D XPoint的主要作用是利用其讀取延時較低的優(yōu)勢在整個內(nèi)存系統(tǒng)中與DRAM形成互補，從而成為內(nèi)存系統(tǒng)中的重要部分。整體業(yè)界對于3D XPoint也充滿了期待。今年3月，F(xiàn)acebook的工程總監(jiān)Jay Parikh就公開表示Facebook正在積極考慮如何把3D XPoint技術(shù)應用到服務器中。據(jù)業(yè)界人士分析，F(xiàn)acebook的支持將會對3D XPoint技術(shù)產(chǎn)生非常正面的影響。

　　使用3D XPoint DDR4 NVDIMM的典型配置

　　3D XPoint尚需克服的技術(shù)難點

　　目前，3D XPoint想要大規(guī)模量產(chǎn)仍有一些挑戰(zhàn)需要克服。

　　首先，3D XPoint需要用到大約100種新的制造原料。在這些原料中，有些原料目前的供應量非常有限，因此需要仔細調(diào)整供應鏈。

　　其次，由于3D Xpoint需要更多道工序，加工廠需要把廠房用地以及初始資本增加大約3到5倍。

　　另外，3D XPoint也需要生產(chǎn)力更強的設(shè)備。

　　例如，生產(chǎn)第一代3D XPoint內(nèi)存需要占地2.5平方米的濕加工設(shè)備能在每小時處理180塊晶圓，而到了第二代3D XPoint就需要占地相同的設(shè)備每小時處理1000塊晶圓。

　　3D XPoint加大了加工廠對于廠房和資本的需求

　　以上的挑戰(zhàn)都增加了3D XPoint的成本。然而，對于3D XPoint市場，成本是關(guān)鍵。第二代3D XPoint可以實現(xiàn)四層層疊，而其售價大約是DRAM的一半。從目前的市場趨勢來看，如果3D XPoint的成本沒法做到DRAM的一半以下，消費者會更傾向于使用DRAM而不是3D XPoint。由于DRAM仍保持著每年大約30%的成本下降速度，3D XPoint想要保持成本比DRAM低一半的難度并不小。

　　來自于其他新技術(shù)的挑戰(zhàn)

　　除了3D XPoint自身的技術(shù)難點外，來自于其他新內(nèi)存技術(shù)的挑戰(zhàn)也不容小覷。例如，軟件NVDIMM-P就是一個有力的挑戰(zhàn)者。軟件NVDIMM-P使用軟件算法來預測數(shù)據(jù)的訪問頻率，并依據(jù)訪問頻率的預測把數(shù)據(jù)存放到DRAM（存放高訪問頻率數(shù)據(jù)）或NAND（訪問低訪問頻率數(shù)據(jù)）中。這樣的技術(shù)可以平衡成本和性能，因為DRAM訪問速度較快但是成本高，而NAND成本低存儲密度大但是訪問速度較慢。顯然，軟件NVDIMM-P的綜合性能取決于軟件算法和應用場合，在有些應用中軟件NVDIMM-P算法的預測準度較高但是在另一些應用中數(shù)據(jù)的訪問頻率卻很難預測。

　　軟件NVDIMM-P

　　另外，3D Super-NOR也非常有潛力。3D Super-NOR技術(shù)使用3D堆疊技術(shù)并能提供很低的延遲。而且，3D Super-NOR的制造工藝相比3D XPoint來說要簡單，并不需要新材料。3D Super-NOR的制造商BeSang宣稱3D Super-Nor可以實現(xiàn)成本比3D XPoint低十倍，當然我們?nèi)匀恍枰?D Super-NOR真正量產(chǎn)才能驗證它能否取代3D XPoint。

　　3D Super-NOR結(jié)構(gòu)圖

　　具體量產(chǎn)時間和產(chǎn)品消息

　　在英特爾公司公布其 2016 年第三季度財報的電話會議當中，首席執(zhí)行官 Brian Krzanich 就 XPoint SSD 作出聲明稱：“ 在 3D XPoint 方面，其將于 2016 年第四季度末實現(xiàn)量產(chǎn)。我們目前已經(jīng)向客戶發(fā)出了數(shù)千份樣品，樣品發(fā)放工作仍在進行當中，我們本季度內(nèi)還將繼續(xù)推進這項工作。其市場投放數(shù)量將在 2017 年快速增長，從而推動 2017 年營收水平。截至今年第四季度末，其將全面實現(xiàn)量產(chǎn)。”

　　而從早前的報道我們可以得知，。3DXPoint閃存是美光和Intel共同研發(fā)的，不過美光、Intel將會各自推出了自家的產(chǎn)品，美光的叫做QuantX，Intel的是Optane，此前在各種場合演示過了。今年底Intel就會正式推出Optane硬盤，產(chǎn)品名為Optane Memory 8000p，容量有16GB、32GB兩種，后者性能最好，不過讀取速度也不過1600MB/s，寫入速度500MB/s，看起來并不那么驚艷。

　　英特爾方面表示，其Optane硬盤性能遠遠超過現(xiàn)有SSD硬盤，與Intel企業(yè)級P3700硬盤相比，IOPS性能是后者的7倍多，這還只是原型Optane硬盤而已，反正逆天的性能讓人無限遐想。初代產(chǎn)品完整命名為Optane Memory 8000p，主控未知，使用PCI-E 3.0 ×2通道，容量有16、32GB兩種，規(guī)格會有M.22242及M.2 2280兩種。

　　據(jù)了解，英特爾公司目前已經(jīng)開始向其 OEM 客戶提供 3D XPoint SSD 樣品。

　　美光方面也表示，他們也將以QuantX作為品牌名銷售3D XPoint，其進入市場計劃“完全獨立”，瞄準數(shù)據(jù)中心市場的第一代QuantX固態(tài)硬盤（SSD），將于2017年第2季推出，價格較DRAM便宜，速度約是NAND Flash的4-5倍。

　　美光儲存解決方案副總Jon Carter表示，或許有一天QuantX有機會出現(xiàn)在移動設(shè)備上，但這并不在短期計劃內(nèi)。Carter也認為，3D XPoint雖有可能在許多應用中取代DRAM，但在消費類市場短時間內(nèi)還無法取代NAND Flash。他還持續(xù)指出，當前最要緊的，是要盡快滿足客戶對3D XPoint存儲器的需求。美光計劃與7家制造伙伴合作，投入QuantX的生產(chǎn)。此外，美光也與多家一線儲存陣列廠商進行合作，發(fā)展特定技術(shù)應用，并預計于2017下半年推出相關(guān)產(chǎn)品。

　　至于功耗方面，美光表示當前QuantX的功耗與NAND閃存相似，為了提高并行度而增加的獨立單元在讀寫數(shù)據(jù)時全部都要保持活動狀態(tài)，這對功耗控制是不利的，不過相對于提升的性能來說，QuantX的單位IOPS功耗相比NAND閃存是降低了的。相比當前更高階的NVDIMM形態(tài)，3D XPoint還需要等軟硬件系統(tǒng)的逐漸成熟才能投入實用。

　　3D Xpoint可能造成的影響

　　分析師認為，3D XPoint將幫助英特爾擺脫NAND生產(chǎn)困境

　　3D XPoint內(nèi)存為英特爾開啟了一道擺脫NAND業(yè)務邁向高利潤非易失性存儲產(chǎn)品的大門，事實上芯片巨頭投入高昂成本建立的閃存代工設(shè)施并未帶來理想的回報。

　　說到這里，我們需要回答一個簡單的問題：英特爾公司的閃存業(yè)務究竟處于何種狀態(tài)？根據(jù)一位金融分析師的說法，狀態(tài)不怎么好。

　　在今年第一季度的財報當中，英特爾公司首次將非易失性記憶體解決方案（簡稱NVMS）獨立出來，這一范疇包含NAND閃存與3D XPoint兩大產(chǎn)品線。

　　NVMS營收為5.57億美元，較上年同期的5.925億美元降低6%，亦比上個季度的6.553億美元下滑15%。

　　雖然考慮到第四季度營收較每年第一季度普遍更高，但這樣的降幅仍然有些夸張。

　　另外，上年同期NVMS業(yè)務實現(xiàn)7200萬美元盈利，但本季度卻虧損9500萬美元。這意味著營收降低3550萬美元，利潤卻大幅跳水1.67億美元。

　　尼古拉斯公司總經(jīng)理Aaron Rakers給出了以下解釋：

　　1、產(chǎn)品定價面臨難題。

　　2、英特爾的MLC（即二層單元）平面NAND產(chǎn)品在成本上遜于競爭對手們的TLC（即三層單元）NAND產(chǎn)品。

　　3、3D XPoint研發(fā)投入成本。

　　在中國大連建立3D NAND晶圓廠的成本。

　　展望未來，他指出西部數(shù)據(jù)的HGST事業(yè)部已經(jīng)出售了與英特爾共同開發(fā)的SSD業(yè)務。西部數(shù)據(jù)已經(jīng)決定收購SanDisk公司，這意味著其將擁有自己的NAND芯片生產(chǎn)設(shè)施，因此將不再為英特爾提供額外的銷售渠道。

　　他同時預計，西部數(shù)據(jù)/HGST所收購的英特爾NAND閃存約占虛擬巨頭NAND閃存整體營收的20%到25%。這部分營收消失之后，預計英特爾NAND營收將進一步面臨下行壓力。

　　尼古拉斯公司還發(fā)布了一份圖表，其中涵蓋了英特爾公司自2011年第三季度以來的閃存營收水平。可以看到自2015年第二季度達到峰值以來，這部分營收就一直處于下滑態(tài)勢。

　　總體而言，英特爾公司一季度營收總額為137億美元，而閃存營收僅占其中4.1%，比重實在低得可憐。

　　結(jié)語

　　3D XPoint的市場潛力巨大，然而其復雜的制造工藝導致成本居高不下，在近期3D XPoint仍然很難取代DRAM。但我們應該保持樂觀的態(tài)度。