存储技术

数据存储未来的几项技术 转载：存储在线 编辑：爱学者 爱学者小组： 由存储事业部爱好探索存储技术伙伴组成， 现有成员王师， 李泽元， 陈慧杰，主要跟踪各大存储论坛，摘取存储相关文章，编辑，发布到我们内部微 信公众号，以供大家学习，希望其他有兴趣的伙伴积极参与！ 今年，英特尔和美光将推出3D XPoint 存储器，又称Optane，该产品将比目 前 NAND 闪存的性能和耐久性提高 1000 倍。 3D Xpoint 技术又称 Optane，比NAND 快 1000 倍;单一晶粒可存储 128Gbits 数据。虽然 Optane 芯片和其它电阻式存储技术在市场崭露头角可能导致存储级 内存取代昂贵的 DRAM 适用许多应用程序，但它不会便宜太久。这就给持续 NAND 闪存的发展留了门。 进入 3D NAND 闪存时代，三星，英特尔/美光，东芝和其它厂商始终认为 容量会增加， 价格会下压。 最终， 3D NAND 甚至会令消费者相信 SSD 能和 HDD 一样实惠。 “很快闪存会比旋转介质更便宜，”闪迪公司存储技术部执行副总裁 Siva Sivaram 如是说。 与此同时， 希捷已经展示了采用热辅助磁记录(HAMR)技术的 HDD， 能实现 每平方英寸 10Tbits 以上的数据密度。这比现有最高密度的 HDD 磁录密度高出 10 倍。2017 年，希捷预期与设备制造商合作展示 HAMR 产品，适用于数据中心 应用，2018 年预计开始走向更广阔的市场。 而这些近期的技术进展不过是持续迫使创新以满足新一轮存储需求竞逐中 的冰山一角。 存储一直被念紧箍咒存储一直被念紧箍咒 早在 2000 年，HDD 公司就出现了容量限制问题，东芝和希捷将盘片上数据 位从平铺变成垂直排列。而从水平磁记录到垂直磁记录的改变提高了HDD 几乎 10 倍的容量。 2013 年，HDD 行业再次面临容量限制，希捷模仿屋顶叠瓦式结构将数据磁 道重叠，容量提了 25%;然后 2014 年，HGST 推出充氦硬盘，容量又拔高 50%。 在非易失存储领域，容量瓶颈事件也时有发生，从 SLC NAND 闪存升为 MLC NAND， MLC NAND 一头走到黑的时候， 三星又抛出了 3D NAND 的挂牌， 英特尔/美光和东芝迅速跟进，将 NAND 单元堆栈到 48 层之高。在闪存制造商 眼中，堆栈多高简直是无极限。 NANDNAND 闪存微型摩天大楼增长超过闪存微型摩天大楼增长超过 100100 层层 首次迭代，3D NAND 闪存技术提供了 2 至 10 倍的更高可靠性和两倍平面 NAND 的写入性能提升。 然而最重要的是，3D NAND 消除了平面 NAND 面临的光刻阻碍，制造商将 晶体收缩到 15 纳米大小。光刻技术进程越小，薄壁单元之间越容易发生电子泄 漏，最终导致数据错误。 “重要的是你不必每次都重新构建这些 3D NAND 微型摩天大楼。我们知道 如何从 24 层堆到 48 层再到 64 层，” Sivaram 称。“这没有物理限制。现在我们 所有的 3D NAND 技术是三代和四代的理想扩展。” 目前， 三星， 闪迪与其合作伙伴东芝和英特尔还有它的合作伙伴美光已经能 够构建 48 层 3D NAND，单一芯片可存储 256Gbits (32GB)。同时三星也是唯一 一家批量生产 48 层芯片的公司。别家都在快步跟进。 比如闪迪， 发售了定量采用 48 层“X3” NAND 技术制成的零售产品，也已将 该产品样品发售给了设备制造商。 就在 2D NAND 方案由于光刻制程大小和出错率导致扩展受限之际， 层堆栈 生产的 3D NAND 跳了出来。上图显示了实现 3D NAND 的一种方法。围绕一个 中心内存孔水平堆栈字线。这一结构放宽了光刻技术的要求。圆孔最小化了邻近 数据位的干扰，整体密度大幅提高。 Sivaram 还指出，闪迪已经在计划 100 层以上的 3D NAND 芯片了。 “我们没看到堆栈有什么高度限制。如果我去问，(NAND 制造商)也不会说 堆到 96 或者 126 层见好就收得了，不能再往上。” Sivaram 表示。“这是我们一 直以来的愿望。” 同时， 生产 3D NAND 的工厂比那些生产平面 NAND 或 HDD 的工厂贵太多 ——一家工厂可花费 100 亿美元——Sivaram 指出时间一长，随着采用率跳升， 它们会缩减成本。 价格才是王道价格才是王道 而企业和用户都偏爱容量越大越好，然而价格通常会左右采用率。 英特尔与其开发合作伙伴美光正在致力于非易失性存储领域可能成为游戏 改变者的产品——Optane 芯片(英特尔内部称其为 3D XPoint)。虽然英特尔发布 的 Optane 信息极少，但大多数行业专家认为这是电阻式 RAM 的形式。 英特尔和美光英特尔和美光 3D XPoint (3D XPoint (又称又称 Optane)Optane)芯片电阻式芯片电阻式 RAMRAM 架构架构 电阻式 RAM(ReRAM)能利用比 NOR flash 少于 50-100 倍的功率完成读取和 写入操作，令其非常适用于移动设备，甚至可穿戴设备。 ReRAM 是基于“记忆电阻器”的概念，也称忆阻器。该术语由加州大学科学 家 Leon Chua 于 1970 年提出。在忆阻器之前，研究人员了解的只有 3 个基本电 路元件——电阻器，电容器和电感器。忆阻器，相比之前的技术消耗更少能量提 供更高的性能。 目前，唯一一家发售 ReRAM 产品的公司是 Adesto Technologies，该公司近 期生产了新型导体桥接 RAM(CBRAM)存储芯片，适用于电池供电或能量采集的 电子设备，可用于物联网市场。 ReRAMReRAM 电路的微观侧面图电路的微观侧面图 相比之下，英特尔今年发售其 Optane 驱动器则适用于 PC 发烧友。美光新 进跳坑，新型Optane 驱动器预计比 DRAM 密集 10 倍，理论上快1000 倍，比基 于 NAND 闪存的 SSD 更具耐久性。凭借比NAND 强 1000 倍的耐久性，Optane 驱动器将提供 100 万擦除写入周期，可见其彪悍程度。 “它速度跟不上 DRAM，因此不会在最看重延迟的应用程序里取代它，但其 拥有比 NAND 更高的密度， 更低的延迟。 ”美光流程整合主管 Russ Meyer 表示。 “如果对比 SSD 和硬盘，3D XPoint 和传统 NAND 谁更快，这是同一个数量级的 提升。” 英特尔已经演示了 Optane 驱动器，大约比目前的 SSD 快 7 倍。 Optane SSD 和 ReRAM 技术预计作为 DIMM 嵌入存储器插槽中。 Alan Chen， 一位 DRAMeXchange 资深调研经理称即便今年英特尔的 Xpoint ReRAM 技术进入用户 PC 市场，由于成本问题，也会卡在最高端产品阶层。 Optane 对 SSD 市场的影响在于它的价格。目前，Optane 产品仍比主流基于 NAND 闪存的产品更加昂贵。因此，最初它们只会在高端 SSD 市场闹出一些响 动。 去年，惠普和闪迪也发布了一个合作开发协议——“存储级