Nová forma pamětí 3D Xpoint má rychlost jako operační paměti, ale kapacitu podobnou jako NAND flash. Navíc udrží data i bez napájení a vůbec nepoužívá tranzistory.
Pokud jde o revoluce v rozšířených elektronických pamětech, za poslední dobu se příliš věcí nezměnilo. Čipy mají vnitřní rychlé cache paměti s kapacitou v oblasti kilobajtů, maximálně megabajtů a s různou úrovní rychlosti. K hlavnímu výpočetnímu čipu je už na centimetrovou vzdálenost připojená operační paměť s kapacitou v rámci gigabajtů, nanosekundovou odezvou a propustností desítek gigabajtů za sekundu.
Představení pamětí v průběhu historie
Grafické čipy používají v nejnovější případě paměti GDDR5 nebo nové HBM, které už mají propustnost ve stovkách gigabajtů za sekundu. Jejich cena je ale samozřejmě vyšší než u běžných operační pamětí. Ve všech těchto případech jde o volatilní paměti - uložená data se tak bez napájení ztratí.
Dále od hlavního čipu se snižuje rychlost, ale také zároveň cena za gigabajt. Pevné disky mají odezvu v milisekundách, ale velmi nízkou cenu pro uložení dat. Nahrazuje je SSD, které je založené na čipech NAND flash s odezvou v rámci mikrosekund a i desetinásobně vyšší propustností než mají pevné disky. V obou případech jde o nevolatilní paměti, takže data v nich zůstanou zachována i po odpojení napájení.
3D Xpoint a konkurence memristorové paměti
O jednu revoluci se nyní pokouší HP díky memristorům, které umožňují stavbu levných pamětí s vysokou kapacitou, které ale udrží informace i bez napájení.
Princip revoluce je hlavně v poměru kapacity, ceny a rychlosti. Díky memristorové paměti chce HP změnit systém fungování současné architektury, kdy se data nejdříve načítají z pomalých nevolatilních pamětí (pevný disk, SSD, flash) do rychlé ale malé operační paměti a teprve poté je zpracovává hlavní výpočetní čip. S jednou univerzální pamětí by se tento princip zrušil a už by zmizelo zbytečné načítání a přesun dat mezi dvěma druhy pamětí umístěných mimo hlavní čip.
HP chce tuto technologii spolu s dalšími novinkami představit v rámci nového druhu počítače The Machine kolem roku 2017. Taková revoluce by mohla zcela změnit trh jak v oblasti serverů a datacenter, tak později i v oblastech běžných počítačů nebo třeba i mobilních telefonů. Intel s Micronem tak vyvinuli konkurenci v podobě paměti 3D Xpoint.
Vyrobené čipy 3D Xpoint od Intelu a Micronu
3D Xpoint má podobné specifikace – jde o nevolatilní paměť, která udrží data i bez napájení. Umožňuje ale v rámci stejných rozměrů desetkrát větší kapacitu než čipy pro operační paměti (DRAM) a podobnou odezvu v desítkách nanosekund (tisíckrát méně než NAND flash).
Detail vyrobeného waferu s paměťovými čipy 3D Xpoint
Kromě tisíckrát vyšší rychlosti oproti pamětem NAND flash má také tisíckrát vyšší výdrž. Pro srovnání – SSD Samsung 850 Pro vydrží zapsání 150 TB dat, u levnější modelů to je klidně o polovinu méně. Paměti 3D Xpoint v takovém srovnání vydrží zápis teoreticky až 150 PB dat.
Konstrukce bez tranzistorů
Zajímavostí pamětí 3D Xpoint je, že vůbec nepoužívá tranzistory, které zvyšují cenu jak operačních pamětí, tak i NAND flash čipů. Místo toho používá kříženou konstrukci vodičů, mezi kterými se nachází jednotlivé části složené z paměťové buňky a selektoru. Vývoj zahrnoval i výzkum nových materiálů, o kterých se zatím Intel ani Micron detailně nezmiňují.
Pomocí napětí lze přesně vybrat konkrétní selektor a tedy i paměťovou buňku a uložit nebo přečíst jedničku nebo nulu. Současná verze používá dvě vrstvy s kapacitou 128 Gb (16 GB) na jeden čip. Škálování by tak s přidáváním vrstev nemělo být do budoucna žádný problém.
Popis konstrukce pamětí 3D Xpoint
Intel sice nezveřejnil přesné ceny, ale paměť 3D Xpoint bude v oblasti ceny za gigabajt výrazně levnější než operační paměti, ale nikoli tak levná jako NAND flash. Cena za bit by měla být mezi DRAM a NAND.
Detail technologie čtení a zápisu dat do buněk
Intel jako HP neplánuje okamžitě nahradit operační paměti i flash, ale nejdříve chce vyplnit mezeru na trhu, kde najde 3D Xpoint obrovské uplatnění. Jde tak především o serverové nasazení, zpracování big data a podobně, kde je potřeba vysoká kapacita a rychlost za dobrou cenu.
Porovnání odezvy s DRAM/NAND pamětí a pevným diskem
Intelu a Micronu to umožní vyrábět produkty a řešení, které zatím nemá nikdo jiný, což v oblasti pamětí může znamenat velký třesk pro stávající hráče jako je Samsung, Toshiba, SK Hynix a další.
První produkty v roce 2016
Intel s Micronem už začali vyrábět paměti 3D Xpoint, hromadná výroba se očekává koncem tohoto roku, přičemž první produkty a řešení od obou společností by se na trhu měly objevit v příštím roce.
Parametry paměti 3D Xpoint
- Nevolatilní paměť (udrží data bez napájení)
- První verze s kapacitou 16 GB na čip (20 nm)
- 1 000× rychlejší než NAND flash
- 1 000× větší výdrž buněk než u NAND flash
- 10× větší kapacita než u operačních pamětí
- Podobná rychlost jako u DRAM (odezva v nanosekundách)
- Cena za bit mezi DRAM a NAND
Intel i Micron zmiňovali i konkrétní oblasti, kde tato paměť může způsobit i v první verzi velkou revoluci – genetika a zpracování DNA, systém pro rozpoznávání vzorů z velkého množství dat a také hry.
Hlavní přednosti paměti a jejich oblasti využití
Díky jedné univerzální rychlé paměti s velkou kapacitou totiž bude možné se teoreticky zbavit jakéhokoli nahrávání úrovní. Zároveň to znamená možnost vytvářet mnohem větší a interaktivnější virtuální světy, které poběží v datacentrech a bude v nich zapojených obrovské množství uživatelů.
Video
