一文看懂3D Xpoint！它估將在未來引爆記憶體市場革命

3D Xpoint 的出現，有沒有能力替代 DRAM，並成為 NAND Flash 的終結者，暫時還未有答案，但無庸置疑，它將為半導體帶來重大變革和突破。

由於標準型記憶體 DRAM、NAND Flash 等微縮製程已逼近極限，目前全球半導體巨擘皆正大舉發展次世代記憶體：「磁電阻式隨機存取記憶體 (MRAM)」，與含 3D XPoint 技術的「相變化記憶體 (PRAM)」及「電阻式動態隨機存取記憶體 (RRAM)」。

而美廠半導體巨頭英特爾 (Intel)(INTC-US)，更早已與美光科技 (Micron Technology)(MU-US) 合作，針對含有 3D XPoint 技術的「相變化記憶體 (PRAM)」高速發展。

當英特爾和美光於 2015 年向市場推薦 3D Xpoint 時，旋即引起市場騷動，市場目光立時聚焦在這個新型半導體之上。

因為這項新型記憶體無論在讀寫能力和壽命上，都比 NAND Flash 強上 1000 倍！而且價格竟然只有 DRAM 的一半，但比 NAND Flash 貴，並為資料中心帶來重要的影響。

為什麼 3D Xpoint 那麼吸引人？無疑是因為它在 PCIe/NVMe 介面連接的時候，擁有比 NAND Flash 高 10 倍的性能，且使用時間會長 1000 倍、速度也將提升 1000 倍。這也就意味著持續讀寫次迴圈超過 100 萬次，也就意味著，這個存儲一旦裝上，在不壞的情況下能永久使用。

如下圖所示，含有 3D Xpoint 技術之記憶體，更擁有較低的延遲率，與 NAND Flash 相比，這個資料處理速度是 NAND Flash 的 1000 倍，明顯可以看出，在高速讀取的應用中，3D Xpoint 的讀寫速度確實十分強悍。

讀寫的速度優勢，使得 3D Xpoint 能夠降低資料中心存儲體系的落差 (包括處理器上的 SRAM，DRAM，NAND FLAHS，HHD、磁帶或光碟)，而且還能夠彌補易失性的 DRAM 和非易失性 NAND Flash SSD 之間的差距。

3D Xpoint 的出現，甚至更讓市場看到了大數據資料中心的未來。

Intel NVM 方案部門主管 James Myers 表示，他們的 3D Xpoint 產品 Optane 能夠用來執行有限的資料集或者即時存儲和升級資料。

相反地，傳統的 NAND Flash 只能批次地處理存儲資料，利用列式資料庫系統分析。這就需要非常多的讀寫操作。

Intel 的首個 3D Xpoint SSD P4800x 每秒能夠執行 550000 次的讀寫操作 (IOPS)，與之對比，Intel 最頂尖的 NAND Flash SSD 的 IOPS 只能達到 400000。

和 DRAM 一樣，3D Xpoint 可以按位元組定址，這就意味著每一個存儲單元有一個不同的位置，這不像分區的 NAND，在應用在為資料搜索的時候，不允許「超車」。

Gartner 記憶體研究部門主管 Joseph Unsworth 表示，嚴格的講，3D Xpoint 既不是 Flash，也不是 DRAM，它是一個介乎這兩者之間的技術，而生態系統的支援對於這項技術的拓展極為重要。目前還沒看到任何一個飛翼式的 DIMM 被裝配，因此這會是一個很大的挖掘空間。

在價格方面，根據 Gartner 的資料顯示，現在 DRAM 的售價基本是每 gigabyte 5 美元，而 NAND 的價格則是每 gigabyte 0.25 美分。3D Xpoint 的大批量採購價格則會在每 gigabyte 2.4 美元這個區間。

故按此來看，到 2021 年，3D Xpoint 的售價也會比 NAND Flash 貴許多，但絕對比 DRAM 價格便宜。

3D Xpoint 將挑戰 DRAM 市場？

Intel 和美光雙方目前都認為，3D Xpoint 與 NAND 是能夠互補的，但是市場分析師則認為，3D Xpoint 技術可能將在未來對 DRAM 市場造成挑戰。

市場分析師表示，3D Xpoint 的出現主要是彌補 NAND 和 DRAM 的差距，但隨著新 3D Xpoint 的普及，SSD 的經濟規模會增長，故分析師們認為它會挑戰現存的存儲技術，不是指 NAND，而是 DRAM。

Gartner 預測，到 2018 年，3D Xpoint 會在資料中心中佔領上風。屆時它會吸引很多關鍵客戶的目光。這不僅僅限於伺服器、存儲，超算中心或者雲計算，軟體客戶也是他們的潛在關注者。

Unsworth 認為，3D Xpoint 是一個革命性的技術，但這個最終被廣泛採納需要一段時間，資料中心生態鏈需要一點時間去接納這個新存儲技術，晶片組和協力廠商應用的支援也需要時間去相容。

隨著挑戰 3D Xpoint 的非易失性存儲技術逐漸出現，傳統的 NAND Flash 依然有很長的路要走，直到 2025 年，這個技術都是安然無憂的。因此，NAND Flash 暫時不會被 3D Xpoint 技術取代。

而全球最大半導體代工廠台積電 (2330-TW) 亦曾在 4 月 13 日對外說明，台積電目前已具備「量產」次世代記憶體中，磁電阻式隨機存取記憶體 (MRAM) 及電阻式動態隨機存取記憶體 (RRAM) 等新型記憶體之技術。

而據韓國半導體業內人士透露，台、美、韓半導體巨擘在次世代記憶體市場內的強力競爭，這很可能將全面改變半導體市場的發展前景，並成為未來半導體代工的主要業務之一。