3D Xpoint技术与NAND Flash、3D NAND Flash及DRAM的比较

比眉伴天荒 2022-05-10 10:10 299阅读 0赞

1.**NAND颗粒**：浮栅极物理结构单元，通过电压驱动电子，由电压值来判定bit位0或1。分为SLC、MLC、TLC三种flash颗粒，擦除次数分别为1万-10万、1千-1万、几百-1千次。寿命是NAND Flash的最大问题，其次是由于特殊的结构，擦除时延较大，在大量写的时候由于垃圾回收机制导致较大时延，但由于HDD的存在，NAND Flash在性能上完胜HDD，给用户带来更舒适的体验，这就是为什么由HDD换成SSD后感觉像换了一台新电脑一样。**3D NAND Flash：**顾名思义，类似由NAND Flash层堆积起来由2D转向3D，目前达到了32层，正在向48层进化，除了在容量上得到了快速提升，在其他方面和NAND Flash一样。

2**.DRAM**：性能非常优异，价格较为昂贵，但存在掉电易失性。目前我们使用的内存主要是DRAM。DRAM的核心问题是易失性，其它方面的表现优秀——比如在性能上DRAM的延迟很低（纳秒级别）、带宽较为充裕；寿命方面由于原理所致，DRAM寿命很长。不过，DRAM的存储需要不停供电，断电就会丢失存储的数据。从DRAM被发明出来到现在，DRAM只是不断地在预取值和总线上进行调整，核心的存储架构其实变化不大。

3.**3D Xpoint技术**：标记数据位状态的不是电压电流和磁，而是电阻，由电压驱动，通过化学方法改变内部介质属性，从而改变达到改变电阻的目的，目前只有Intel和美光两家掌握，读写次数200万次，寿命长。3D XPoint的存储单元可以以3D方式进行堆叠，从而进一步提升存储密度。目前第一代晶粒样品使用的是双层设计方案。双层听起来实在有些寒碜，特别是考虑到目前的3D NAND芯片已经拥有32层，且逐步开始向48层进军。不过3D XPoint的构建方式完全不同，直接进行层数比较显然并不科学。与NAND在架构上的最大区别在于，3D XPoint实际上是以bit层级进行访问。在NAND当中，整页（在最新节点中为16KB）必须一次性进行编程才能存储1 bit数据。而更糟糕的是，我们必须要在块层级（至少包含200个页）执行擦除操作。如此一来，NAND就需要使用更为复杂的垃圾回收算法，从而更为高效地实现性能水平。然而无论算法多么精巧，处于稳定状态的驱动器在性能上仍然会因此受到影响，因为必须采用固定的读取-修改-写入周期才能对块中的单一页进行擦除。而作为以bit为基础访问单位的3D XPoint来说，其并不需要配合任何垃圾回收机制即可高效运作，这不仅极大简化了控制器与固件结构，更重要的是还将实现更高性能水平与更低功耗需求。而电压驱动值也低于NAND Flash，更加节能，与NAND Flash一样，也拥有位线(bitline)和字线(wordline)。

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