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插槽的內存使用。Intel準備在2016年開始推出基于3D XPoint技術的存儲產品，現在曝光的就是容量高達6TB的DIMM插槽產品，很快電腦內存就能跑步進入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？

　　3DXPoint內存自2015年發布后成為了業界的焦點。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實現量產。

　　3D XPoint內存

　　3D XPoint的機遇

　　相較于傳統內存，3D XPoint有一些顯著優勢。例如，3D XPoint速度大約是傳統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存里的數據，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，數據從CPU傳送到DRAM并復制到3D XPoint。然后CPU需要數據的時候直接從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勢在整個內存系統中與DRAM形成互補，從而成為內存系統中的重要部分。整體業界對于3D XPoint也充滿了期待。今年3月，Facebook的工程總監Jay Parikh就公開表示Facebook正在積極考慮如何把3D XPoint技術應用到服務器中。據業界人士分析，Facebook的支持將會對3D XPoint技術產生非常正面的影響。

　　使用3D XPoint DDR4 NVDIMM的典型配置

　　3D XPoint尚需克服的技術難點

　　目前，3D XPoint想要大規模量產仍有一些挑戰需要克服。

　　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也需要生產力更強的設備。

　　例如，生產第一代3D XPoint內存需要占地2.5平方米的濕加工設備能在每小時處理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

　　以上的挑戰都增加了3D XPoint的成本。然而，對于3D XPoint市場，成本是關鍵。第二代3D XPoint可以實現四層層疊，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。

　　來自于其他新技術的挑戰

　　除了3D XPoint自身的技術難點外，來自于其他新內存技術的挑戰也不容小覷。例如，軟件NVDIMM-P就是一個有力的挑戰者。軟件NVDIMM-P使用軟件算法來預測數據的訪問頻率，并依據訪問頻率的預測把數據存放到DRAM（存放高訪問頻率數據）或NAND（訪問低訪問頻率數據）中。這樣的技術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據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技術使用3D堆疊技術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可以實現成本比3D XPoint低十倍，當然我們仍然需要等3D Super-NOR真正量產才能驗證它能否取代3D XPoint。

　　3D Super-NOR結構圖

　　具體量產時間和產品消息

　　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 年第四季度末實現量產。我們目前已經向客戶發出了數千份樣品，樣品發放工作仍在進行當中，我們本季度內還將繼續推進這項工作。其市場投放數量將在 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，其將全面實現量產。”

　　而從早前的報道我們可以得知，。3DXPoint閃存是美光和Intel共同研發的，不過美光、Intel將會各自推出了自家的產品，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有SSD硬盤，與Intel企業級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，規格會有M.22242及M.2 2280兩種。

　　據了解，英特爾公司目前已經開始向其 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”，瞄準數據中心市場的第一代QuantX固態硬盤（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有機會出現在移動設備上，但這并不在短期計劃內。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還無法取代NAND Flash。他還持續指出，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。此外，美光也與多家一線儲存陣列廠商進行合作，發展特定技術應用，并預計于2017下半年推出相關產品。

　　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據時全部都要保持活動狀態，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，3D XPoint還需要等軟硬件系統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生產困境

　　3D XPoint內存為英特爾開啟了一道擺脫NAND業務邁向高利潤非易失性存儲產品的大門，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務究竟處于何種狀態？根據一位金融分析師的說法，狀態不怎么好。

　　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業務實現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。

　　尼古拉斯公司總經理Aaron Rakers給出了以下解釋：

　　1、產品定價面臨難題。

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

　　3、3D XPoint研發投入成本。

　　在中國大連建立3D NAND晶圓廠的成本。

　　展望未來，他指出西部數據的HGST事業部已經出售了與英特爾共同開發的SSD業務。西部數據已經決定收購SanDisk公司，這意味著其將擁有自己的NAND芯片生產設施，因此將不再為英特爾提供額外的銷售渠道。

　　他同時預計，西部數據/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度。