Intel-Micron 3D XPoint: Următoarea generație de memorii nevolatile

3d_xpoint

Imagine luată din [1].

Tehnologiile actuale de memorie, și anume DRAM (memorie rapidă accesată de procesor) și NAND (stocare solid-state, memorii care nu au componente mecanice care se mișcă), au fost comercializate în ultimii zece ani. În timp ce designul celulelor a evoluat de-a lungul anilor, pentru a permite scalarea sub 20 nm, fizica fundamentală din spatele operării DRAM și NAND nu s-a schimbat, iar ambele tipuri de memorii au limitări tehnologice. DRAM oferă latență la nivel de nanosecunde și anduranță nelimitată, dar acest lucru vine cu anumite costuri și anume dimensiuni mari ale celulelor de memorie, volatilitate și consum mare de energie. Deoarece celulele DRAM au nevoie să fie actualizate în mod constant, ele nu păstrează datele în starea off, necesitând un consum mare de energie, caracteristică datorită căreia DRAM nu sunt potrivite pentru stocarea permanentă a datelor. NAND, pe de altă parte, are latență mult mai mare (în special operaţia de scriere este foarte lentă) și are un număr limitat de cicluri de scriere (în general câteva mii), dar celulele sunt nevolatile și sunt mult mai eficiente din punctul de vedere al costului și sunt adecvate pentru stocarea datelor pe termen lung.

Prin combinarea DRAM și NAND la nivel de arhitectură de sistem, se obține ce este mai bun din ambele tipuri de memorii, motiv pentru care computerele moderne folosesc DRAM ca memorie cache și NAND pentru stocare. Cu toate acestea, există totuși un decalaj de latență și capacitate între DRAM și NAND, astfel încât se pune întrebarea: cum am putea să combinăm DRAM și NAND pe același cip de siliciu? Provocarea tehnologică pentru următoarea generație de cipuri de memorie în întreaga industrie este de a dezvolta un nou tip de memorie care asigură latență scăzută și anduranță ridicată în timp ce oferă o dimensiune mică și scalabilă a celulei de memorie. Au apărut numeroase startup-uri, cum ar fi Crossbar și Nantero, care încearcă să-și impună tehnologiile lor, dar încă nu văzusem o soluție propusă de furnizorii consacrați în DRAM și NAND. Intel și Micron au spart ghrața odată cu anunțarea noii tehnologii de memorie nevolatilă: 3D XPoint (Cross Point) [2].

În primul rând, Intel și Micron declară că 3D XPoint nu este o tehnologie care să înlocuiască NAND sau DRAM, iar ca și aplicații se apropie mai mult de NAND decât de DRAM. Această tehnologie completează decalajul de latență și cost care există între DRAM și NAND. Practic, 3D XPoint este un nou nivel în arhitectura calculatorului, deoarece aceasta poate fi folosită fie ca memorie nevolatilă mai lentă, fie ca soluție de stocare mult mai rapidă.

Intel și Micron susțin că 3D XPoint oferă o anduranță de până la o mie de ori mare decât NAND. Comparând numerele raportate cu MLC NAND (tehnologie pe 15-20 nm), anduranța trebuie să fie de ordinul a câtorva milioane de cicluri de scriere/ștergere, poate chiar zeci de milioane. Dacă presupunem 3 milioane de cicluri de scriere (1000X MLC NAND), un disc de 256 GB 3D XPoint ar avea o anduranță totală de scriere de 768 PB. Aceasta înseamnă echivalentul a 420 TB scriși la fiecare cinci ani, sau 4.9 GB pe secundă. Pentru aplicații de stocare care se bazează în prezent pe NAND, 3D XPoint va elimina orice problemă leagtă de anduranță. În schimb, nu este suficient de rezistent pentru a fi competitiv cu DRAM, deoarece DRAM are anduranță infinită. Poate, pentru unele aplicații 3D XPoint oferă totuși suficientă anduranță pentru a înlocui DRAM, dar în cele în care memoria este folosită intens este nevoie de DRAM.

Latența 3D XPoint este de ordinul zecilor de nanosecunde, dar companiile nu au specificat dacă acesta este viteza de citire sau scriere. Luând în considerare graficele oferite de Intel, se pare că ar fi latență de citire, deoarece aceasta a fost comparată cu o latență NAND de ordinul microsecundelor (în timp ce viteza de scriere NAND este de 1-2 ms). Probabil latența de scriere este mai mare, cel puțin de ordinul sutelor de nanosecunde sau chiar câteva microsecunde având în vedere afirmațiile  Intel și Micron de “până la 1000X mai rapid decât NAND”. Ceea ce complică lucrurile este că 3D XPoint este accesibilă la nivel de bit în timp ce NAND este la nivel de pagină, astfel încât compararea de latență a celor două este destul de dificilă. În orice caz, performanță 3D XPoint ar trebui să fie mai aproape de memoria DRAM decât NAND, dar din moment ce Intel și Micron nu discută despre latențe specifice încă este prea devreme pentru concluzii finale.

În același timp, spre deosebire de celelalte tehnologii propuse pentru următoare generație de cipuri de memorie, 3D XPoint este de departe cea mai avansată. Intel și Micron construiesc în prezent prima generație de cipuri, care este produs în fab-ul deținut în comun de cele două companii din Lehi, Utah. Cipul are o capacitate de este 16 GB, în timp ce produsele companiilor competitoare sunt de ordinul zecilor de MB. Cipul este construit pe tehnologia de 20 nm și este format din două straturi, iar scalarea în viitor se va face atât prin litografie cât și prin creșterea numărului de straturi. Costul estimativ ar putea fi de 4$ per GB, mai mic decât cel al memoriior DRAM, care au un cost de aproximativ 5-6$ per GB, dar mai mare decât NAND (2-3$ per GB).

Material adaptat după [3].

Referințe:

[1] Wikipedia.org 

[2] Micron.com 

[3] Anandtech.com 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s