說起存儲,，自從1989年NAND誕生以及過去幾十年DRAM與NAND不斷發(fā)展演變以來,，整個內存行業(yè)似乎一直沒能拿出什么驚人的成果。直到2015年,，英特爾和美光聯(lián)合發(fā)布全新類別的存儲形式3D XPoint,，該技術備受行業(yè)矚目。2017年3月份,，英特爾再次公布首批基于3D XPoint新技術的產品正式出貨,，這下讓存儲界熱鬧了起來。3D XPoint號稱“速度是閃存的千倍”,，3D XPoint究竟是一種怎樣的技術,，為什么它能艷壓DRAM與3D NAND？今天就讓我們一塊來了解下,。

1968年,，當英特爾公司剛剛建立之初，它所主營的業(yè)務其實是存儲芯片,，而不是處理器,。

英特爾第一款產品就是名聲大噪的3010 Schottky雙極隨機存儲器（RAM），之后緊接著又發(fā)布了世界上首款金屬氧化物半導體（MOS）靜態(tài)隨機存儲器（Static RAM）1101,。然而當時由于生產工藝限制,，存儲器制造只能由手工完成，相對于現在的機器量產,，可以說是擁有相當高的難度,。

47年之后，英特爾有望再次引領存儲技術的變革,，英特爾與鎂光聯(lián)手發(fā)布3D Xpoint技術,，一項新的非易失性存儲器技術。而這項技術的意義在于“又一次重新發(fā)明了存儲芯片”,。

據了解,，3D XPoint的結構非常簡單。它由選擇器與內存單元共同構成,，二者則存在于字線與位線之間(因此才會以‘交叉點’來定名),。在字線與位線之間提供特定電壓會激活單一選擇器，并使得存儲單元進行寫入(即內存單元材料發(fā)生大量屬性變化)或者讀取(允許檢查該存儲單元處于低電阻還是高電阻狀態(tài)),。寫入操作要求具備較讀取更高的電壓，因為如果實際情況相反,，那么3D XPoint就會面臨著上在讀取存儲單元時觸發(fā)大量材料變化(即寫入操作)的風險,。英特爾與美光雙方并沒有透露內部讀取/寫入的具體電壓數值，不過根據分析,，其電壓值應該低于NAND——后者需要利用約20伏電壓來編寫/擦除以創(chuàng)建出足夠通過絕緣體的電場電子隧道,。而這種較低的電壓要求自然也能夠使得3D XPoint擁有比DRAM以及NAND更低的運行功耗。

顧名思義,，3D XPoint的存儲單元可以以3D方式進行堆疊,，從而進一步提升存儲密度。目前第一代晶粒樣品使用的是雙層設計方案,。雙層聽起來實在有些寒磣,，特別是考慮到目前的3D NAND芯片已經擁有32層，且逐步開始向48層進軍,。不過3D XPoint的構建方式完全不同,，直接進行層數比較顯然并不科學。

工作原理示意圖如下圖：大致就是通過縱橫的字線位線之間的電阻值作為01二進制信息,，綠色塊的電阻用來儲存信息,，也就是memory cell，selector（灰色快）可以控制改變綠色塊電阻，選擇讀或寫,。然而intel并沒有公布3D XPoint 的核心問題,，也就是Selector 和MemoryCell 的工作原理和制作材料,，這應該是這個新器件的核心問題,。而這方面英特爾和美光都沒透露任何消息。

目前的主流內存技術分別為DRAM(能夠由處理器快速訪問的內存)以及NAND(即固態(tài)存儲方案)，二者自誕生至今都已經過去了幾十年,。盡管最近幾年來,，存儲單元設計的不斷演進已經將制程工藝縮小到了20納米甚至更低水平，但DRAM與NAND的基礎性物理運作機制并沒有發(fā)生改變,，而且這兩項成果都在技術層面存在著一定局限,。

DRAM能夠提供納秒級延遲水平與幾乎無限的耐久能力,，但其同時也存在著存儲單元較大而價格昂貴,、存儲單元擁有易失性以及功耗較高等問題。由于DRAM存儲單元需要進行持續(xù)更新,，各個單元當中所承載的數據無法以穩(wěn)定狀態(tài)存在，這就要求我們投入大量電力供給,，而DRAM也并不適合應對永久性存儲類任務,。在另一方面，NAND的延遲水平更高(特別是寫入操作),，寫入周期有限,，但其存儲單元為非易失性而且整套結構更為高效,，這使其擁有較低使用成本且適合用于永久性存儲,。將DRAM與NAND在系統(tǒng)層面上進行結合的架構能夠充分發(fā)揮二者的固有優(yōu)勢,，因此現代計算機會選擇利用DRAM作為內存/緩存機制,，而NAND則負責處理數據存儲,。

3D XPoint和3D NAND兩項技術名字雖然都是3D打頭，并且兩項技術都是由美光科技和英特爾共同研發(fā),，但實際上二者有著根本性的不同,。相比3D NAND，3D XPoint技術集當今市場中所有存儲器技術在性能,、密度,、功耗、非易失性和成本方面的優(yōu)勢于一體,，開創(chuàng)了一種可顯著降低延遲的新型非易失性存儲器,，使得在靠近處理器的位置存儲更多數據成為可能，并以此前的非易失性存儲無法達到的速度來訪問更多數據,。與NAND相比,，這項技術在速度及耐用性方面均實現了高達1000倍的提升,。除了相比NAND而言超出1000倍的速度和超出1000倍的耐用性,，由于采用了獨特的復合材料和一種面向存儲器技術的交叉點架構,，相比傳統(tǒng)存儲器，3D XPoint技術的存儲密度也提升了高達10倍,，能夠以較低成本滿足用戶在非易失性,、高性能、高耐用性和高容量方面對存儲與內存的需求。

而3D NAND仍然屬于NAND的范疇,，但相對于平面NAND而言,，該技術有了工藝上的革命性提升。突破平面NAND的發(fā)展瓶頸,，3D NAND以卓越的精度垂直堆疊了多層數據存儲單元，同由與之競爭的NAND技術所打造出的設備容量相比,，由3D NAND技術制成的設備容量高三倍,。而且,，由于容量可通過垂直堆疊單元來獲得,，單個單元的尺寸就能變得相當大——這還將有望提升性能和可靠性,。同時,，該技術還能帶來相比平面結構的NAND更高的成本效益。