Paměti 3D XPoint: přinesou revoluci?
10.8.2015, Jan Vítek, článek
Nedávno se blízce spolupracující společnosti Intel a Micron zčista jasna pochlubily, že mají v rukávu nový typ pamětí, který bude díky svým vlastnostem revoluční. Jde o 3D XPoint, jež mají vynikat v mnoha směrech. Co nám tedy slibují?
Kapitoly článku:
- Paměti 3D XPoint: přinesou revoluci?
- Technologie 3D XPoint: zapomeňme na tranzistory
- Rozměry 3D XPoint a jejich nasazení
Společnost Intel a Micron představily své paměti 3D XPoint na konci července a ohlásily, že jde o průlomovou technologii, která má v sobě potenciál přinést revoluci do mnoha odvětví počítačového a elektronického průmyslu. To především díky svým třem vlastnostem, a to několikařádově vyššímu výkonu i výdrži a řádově vyšší kapacitě při stejné velikosti čipů. To tedy v porovnání s aktuálními paměťmi typu NAND Flash, čili je zřejmé, že Intel cílí především na zařízení určená pro ukládání dat.
Nicméně stejně jako snad u všech nových technologií se počítá nejdříve s nasazením v oblasti, která je běžným spotřebitelům vzdálená a v tomto případě to budou datová centra nebo superpočítače. V nich přijde velmi vhod úložný systém, jenž nabídne vysokou kapacitu, výkon a výdrž. Tyto paměti také potvrzují, že 3D struktury mají dnes zelenou a jsou možná i odpověď na otázky týkající se konce platnosti Mooreova zákona. V případě čipů NAND Flash už není vrstvení pamětí žádný problém a dnes se počítá i s desítkami vrstev paměťových čipů, zatímco první generace 3D XPoint si zatím má vystačit se dvěma vrstvami, takže rozhodně je kam se v budoucnu posunout.
Firmy Micron s Intelem toho o svých pamětech 3D XPoint uvedly celkem dost, ale i tak stále nemáme všechny informace, které by se pro náš článek hodily. Není jasné například to, z jakých materiálů jsou paměťové buňky vytvořeny, jaká je jejich velikost, a tedy i velikost samotných čipů, čili není známé ani to, kolik takových čipů se dá vyrobit z jednoho 300mm waferu. Stejně tak se můžeme ptát, proč jsou paměti 3D XPoint zatím tvořeny jen se dvěma vrstvami a ne s více, jako je to už běžné u NAND Flash. Firmy také neuvedly, jak je to s patentováním technologie těchto pamětí a zda ji budou licencovat i jiným výrobcům, pokud o ni projeví zájem.
SSD: vývoj, technologie a budoucnost: zrovna nedávno jsme se podívali na vývoj pamětí NAND Flash pro SSD a podobná úložná zařízení. Právě vrstvení paměťových čipů na sebe do 3D struktur je technologie, která má paměti NAND Flash zachránit od problémů. Ty by neodvratně přišly s dalším zmenšováním výrobních technologií, které ruku v ruce se stále více používanými buňkami TLC tlačí na samotné limity dané neúprosnou fyzikou. Paměti vyráběné 1Xnm technologiemi už mají tak malé buňky, že zjišťování jejich náboje daného počtem uvězněných elektronů už je samo o sobě problematické. A jestli u buněk SLC musíme zjišťovat jen dva stavy určující bit 0 nebo 1, v případě buněk TLC pro tři bity je zapotřebí, aby kontroler byl schopen rozlišovat mezi osmi stavy, tedy osmi úrovněmi náboje.
A jak se ukazuje u testu OCZ Trion 100, který jako první model používá 19nm TLC NAND Flash od Toshiby, problémem pak nemusí být pouze výdrž pamětí, ale také výkon. Toto SSD svůj pomalý zápis řeší využitím SLC cache, která je rychlá, ale také se rychle zaplní, a to znamená pokles hodnot zápisu až na úroveň pevných disků. V případě čtení ale takové problémy s výkonem nejsou, ale i tak můžeme nové Trion 100 považovat za SSD určené do naprostého low-endu, čemuž odpovídá i jejich cena. Je tedy zřejmé, že s dalším zmenšováním výrobního procesu by problémy s výdrží a výkonem byly pouze větší a už nyní se musí hledat různé berličky k jejich obcházení.
Řešením tedy je návrat ke starším výrobním procesům, kdy tak velké problémy s výdrží ještě nebyly, přičemž kapacita čipů může růst díky přidávaným vrstvám. Starší výrobní procesy jsou levnější i díky obvykle vyšší výtěžnosti a velikost vrstvených čipů je srovnatelná s těmi rovinnými, čili jednovrstevnými. Paměti NAND Flash tedy ještě rozhodně neřekly své poslední slovo a dál se budou vyvíjet. Dnes ve výrobě 3D NAND Flash jasně vede společnost Samsung, která má na trhu SSD s již druhou generací těchto pamětí, a to v modelech SSD 850 Pro nebo testovaných SSD 850 EVO. Ty jsou vybaveny 32vrstvými NAND Flash s buňkami TLC, zatímco modely Pro mají jako lepší a dražší SSD paměti s buňkami MLC, od nichž můžeme očekávat delší výdrž.
Jenomže stále jde v základu o tu samou technologii, která má svá omezení a pamětem 3D XPoint by neměla být schopna konkurovat, ať už svou výdrží, kapacitou či výkonem. To ale budeme moci skutečně objektivně posoudit až tehdy, kdy se na trhu zabydlí hotové produkty s novými paměťmi.
Nicméně stejně jako snad u všech nových technologií se počítá nejdříve s nasazením v oblasti, která je běžným spotřebitelům vzdálená a v tomto případě to budou datová centra nebo superpočítače. V nich přijde velmi vhod úložný systém, jenž nabídne vysokou kapacitu, výkon a výdrž. Tyto paměti také potvrzují, že 3D struktury mají dnes zelenou a jsou možná i odpověď na otázky týkající se konce platnosti Mooreova zákona. V případě čipů NAND Flash už není vrstvení pamětí žádný problém a dnes se počítá i s desítkami vrstev paměťových čipů, zatímco první generace 3D XPoint si zatím má vystačit se dvěma vrstvami, takže rozhodně je kam se v budoucnu posunout.
Firmy Micron s Intelem toho o svých pamětech 3D XPoint uvedly celkem dost, ale i tak stále nemáme všechny informace, které by se pro náš článek hodily. Není jasné například to, z jakých materiálů jsou paměťové buňky vytvořeny, jaká je jejich velikost, a tedy i velikost samotných čipů, čili není známé ani to, kolik takových čipů se dá vyrobit z jednoho 300mm waferu. Stejně tak se můžeme ptát, proč jsou paměti 3D XPoint zatím tvořeny jen se dvěma vrstvami a ne s více, jako je to už běžné u NAND Flash. Firmy také neuvedly, jak je to s patentováním technologie těchto pamětí a zda ji budou licencovat i jiným výrobcům, pokud o ni projeví zájem.
3D XPoint vs. NAND Flash
SSD: vývoj, technologie a budoucnost: zrovna nedávno jsme se podívali na vývoj pamětí NAND Flash pro SSD a podobná úložná zařízení. Právě vrstvení paměťových čipů na sebe do 3D struktur je technologie, která má paměti NAND Flash zachránit od problémů. Ty by neodvratně přišly s dalším zmenšováním výrobních technologií, které ruku v ruce se stále více používanými buňkami TLC tlačí na samotné limity dané neúprosnou fyzikou. Paměti vyráběné 1Xnm technologiemi už mají tak malé buňky, že zjišťování jejich náboje daného počtem uvězněných elektronů už je samo o sobě problematické. A jestli u buněk SLC musíme zjišťovat jen dva stavy určující bit 0 nebo 1, v případě buněk TLC pro tři bity je zapotřebí, aby kontroler byl schopen rozlišovat mezi osmi stavy, tedy osmi úrovněmi náboje.
A jak se ukazuje u testu OCZ Trion 100, který jako první model používá 19nm TLC NAND Flash od Toshiby, problémem pak nemusí být pouze výdrž pamětí, ale také výkon. Toto SSD svůj pomalý zápis řeší využitím SLC cache, která je rychlá, ale také se rychle zaplní, a to znamená pokles hodnot zápisu až na úroveň pevných disků. V případě čtení ale takové problémy s výkonem nejsou, ale i tak můžeme nové Trion 100 považovat za SSD určené do naprostého low-endu, čemuž odpovídá i jejich cena. Je tedy zřejmé, že s dalším zmenšováním výrobního procesu by problémy s výdrží a výkonem byly pouze větší a už nyní se musí hledat různé berličky k jejich obcházení.
Řešením tedy je návrat ke starším výrobním procesům, kdy tak velké problémy s výdrží ještě nebyly, přičemž kapacita čipů může růst díky přidávaným vrstvám. Starší výrobní procesy jsou levnější i díky obvykle vyšší výtěžnosti a velikost vrstvených čipů je srovnatelná s těmi rovinnými, čili jednovrstevnými. Paměti NAND Flash tedy ještě rozhodně neřekly své poslední slovo a dál se budou vyvíjet. Dnes ve výrobě 3D NAND Flash jasně vede společnost Samsung, která má na trhu SSD s již druhou generací těchto pamětí, a to v modelech SSD 850 Pro nebo testovaných SSD 850 EVO. Ty jsou vybaveny 32vrstvými NAND Flash s buňkami TLC, zatímco modely Pro mají jako lepší a dražší SSD paměti s buňkami MLC, od nichž můžeme očekávat delší výdrž.
Jenomže stále jde v základu o tu samou technologii, která má svá omezení a pamětem 3D XPoint by neměla být schopna konkurovat, ať už svou výdrží, kapacitou či výkonem. To ale budeme moci skutečně objektivně posoudit až tehdy, kdy se na trhu zabydlí hotové produkty s novými paměťmi.
