3 d XPoint

3D XPoint内存的工作原理

在2015年发布的技术公告中，英特尔和美光声称3D XPoint的速度将提高1000倍，速度也将提高1000倍耐力与NAND闪存相比，其存储密度是传统存储器的10倍。早期的产品比NAND更快、更耐用，比传统内存更密集，但它们并没有完全达到厂商所宣称的程度。

3D XPoint的架构与其他flash产品不同。它被认为是基于相变存储技术，采用无晶体管的交叉点架构，将选择器和存储单元放置在垂直导线的交叉点上。这些电池由一种未指定的材料制成，通过接触每个电池的顶部和底部电线发送的电流可以单独访问这些电池。为了提高存储密度，3D XPoint单元可以进行三维堆叠。

每个单元格存储单个数据，通过修改单元格材料中的bulk属性，使单元格表示1或0，从而修改单元格材料阻力水平．单元可以处于高电阻或低电阻状态，改变单元的电阻水平将改变单元被读取为1或0的状态。因为细胞是持久的，它们的价值是不确定的，即使有功率损失。

阅读和写操作通过改变发送到每个选择器的电压量来实现。对于写操作，一个特定的电压通过电池和选择器周围的电线发送。这将激活选择器，并使电压通过电池来启动批量属性更改。对于读操作，通过不同的电压来确定单元是处于高电阻还是低电阻状态。

3D XPoint具有在位级写入数据的能力，这是与NAND相比的一个优势。NAND闪存中的所有位块必须先擦除，才能写入数据。理论上，这种能力使3D XPoint具有比NAND闪存更高的性能和更低的功耗。

主要产品和供应商

英特尔在2017年春天开始出货其第一批3D XPoint产品。它的375gb (GB) Optane SSD DC P4800X系列已于3月份发送给选定的客户。广泛的供应预计将在2017年晚些时候。

英特尔用于消费个人电脑的Optane内存将于2017年春季晚些时候发货。这是一个有16gb或32gb容量的高速缓存驱动器。Optane内存只能在安装了第七代英特尔酷睿处理器的个人电脑上使用M.2槽在英特尔200系列芯片组主板上。

美光计划在2017年推出QuantX品牌下的基于3D XPoint的内存和存储产品。3D XPoint Optane和QuantX产品都使用相同的核心芯片进行存储，该芯片由位于犹他州Lehi的Intel Micron合资工厂生产。

3D XPoint的速度和性能

使用3D XPoint架构，数据不再需要使用缓慢的文件I/O堆栈存储在4kb块中。新技术允许少量数据的读写，使读写过程比NAND更快、更高效。使用3D XPoint技术的最初产品证实了这一点，尽管速度和性能水平不如英特尔和美光在推出该技术时承诺的那样。

虽然没有DRAM快，但3D XPoint有优点非易失存储器．从性能和价格的角度来看，3D XPoint技术介于快速但昂贵的DRAM和较慢但较便宜的NAND闪存之间。

据英特尔称，在低功耗的内部测试中，P4800X驱动器的速度比该公司基于NAND闪存的DC P3700快5到8倍队列深度使用混合工作负载。英特尔声称，在队列深度为11的情况下，P4800X可以达到500,000 IOPS(约2gbps)。

观察家推测PCI Express(作为PCIe)总线使P4800X无法达到预期的NAND快1000倍的速度。其他系统所需的变化被认为是3 d XPoint技术达到更高的性能目标包括隔离从非持久的持久记忆在处理机器检查错误和使用一个编译器,使持久内存宣布,随着使用链接编辑器,可以记忆构建到应用程序中。应用程序本身必须重写，以消除文件I/O，并使用单个指令和向量操作。

非易失3D XPoint双列式内存模块(dimm)，并使用双数据速率总线也可以帮助3D XPoint发挥其全部性能潜力。

成本

截至2017年8月，375 GB Optane P4800X插件卡的价格为1520美元，即每GB 4.05美元。相比之下，英特尔基于400 GB闪存的NVMe PCIe P3700 SSD售价为879美元，约为每GB 2.20美元。

英特尔个人电脑的Optane内存16gb模块售价为44美元，32gb模块售价为79美元。

3D XPoint用例

3D XPoint被用作之间的额外存储层闪光和DRAM。在硬盘驱动器(hdd)和闪光。从高速中受益更多的高强度数据和应用程序存储在闪存层，而访问频率较低的数据和应用程序则存储在磁盘上。3D XPoint是闪存之上的另一层存储，用于需要更高速度的数据和应用程序。

英特尔预计3D XPoint Optane SSD将用于高性能存储和缓存，以及扩展和替换内存。根据公司的预测，用户可以将服务器内存最多增加8倍，根据特定的工作负载，最多可以替代10比1的DRAM。

Intel提供了三种使用3D XPoint Optane SSD扩展内存的方法：

• 通过操作系统分页机制，当DRAM为工作负载填充时，将数据移出到与pcie连接的SSD;
• 通过优化应用程序;或
• 通过其Xeon处理器支持的英特尔内存驱动器技术。

在未来，英特尔计划发布的3D XPoint内存将有可能扩展内存。观察者推测3D XPoint Optane，特别是Optane nvdimm，将被用于:

• 扩大DRAM的表观尺寸;
• 启用更大、更有效的数据库;
• 帮助克服大数据网络瓶颈;
• 促进高性能计算应用；
• 在云中扩展内存和提升实例存储性能;
• 提供混合云所需的存储容量和速度;和
• 可能作为主要的内存层hyper-converged系统．