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五十多年之前，Intel凭借生产内存起家。在内存毛利率严重下降后，转投CPU设计和制造，并从此开启了五十年的传奇。历史往往是轮回的，就如胶水CPU从嫌弃到真香一样，Intel携3D XPoint技术重返内存领域，并将之作为今后发展的重点方向。在我们感叹"活久见"之前，如果我们仔细这些“相同”中的细节，就会发现技术创新已经让此内存和彼内存大不一样了。 前文我们对内存条形式的傲腾内存所依赖的LRDIMM技术做了简要介绍：傲腾内存预热：什么是RDIMM和LRDIMM？ 傲腾内存条看起来和一般的LRDIMM区别并不大：  但傲腾的技术底层3D XPoint看起来却十分让人振奋：  如果说它是DRAM和闪存的孩子，它真的集成了两者的优点。它有DRAM的快，字节方式访问；它又有闪存的杀手锏：大，非易失（掉电内容不消失）。它可以对DRAM说：“比你大，比你记忆好！”，转头又对闪存说：“比你快，比你聪明！”各种1000倍的提高简直亮瞎人眼，它是怎么做到的呢？我们今天就来比较一下三者实现方式的区别，并探讨3D XPoint为什么这么强。下篇文章介绍具体的软硬件栈和实测数据。 传统内存DRAM原理 内存DRAM的每个单元可以看作一个晶体管和一个电容的组合： 电容负责存储，充过电时是1，没充过电是0，这就是内存是如何存储数据的。晶体管是个开关，用于选中该电容。Word line被选中，晶体管导通，电容的就和bit line导通，可以读出0和1。正是因为内存每个单元如此简单，才能如此大规模组织起来，形成低价而密度很高的内存颗粒。 DRAM芯片中的一个Bank DRAM虽然相对SRAM每个单元很简单而便宜，但仍然需要大量的晶体管和电容，两者的异构加上电容的特性，让它很难大幅增长。实际上，它的容量增加远远赶不上摩尔定律。但它最小可以一次在64B的颗粒度上随机读取数据，因为64B是同时到达的，我们可以等同于按Bit随机访问数据，同时访问数据非常快，在100ns级别。 闪存NAND Flash原理 它的基本原理在1980年代之后基本就没有变化过。它的构成和场效应管(MOSFET)十分类似： 它由：源极（Source）、漏极（Drain）、浮动栅（Float Gate）和控制栅（Control Gate）组成。相对场效应管的单栅极结构，闪存是双栅极结构。浮动栅是由氮化物夹在二氧化硅材料（Insulator）之间构成。 它的原理我在这篇文章有详细介绍：手机闪存和固态硬盘为什么擦除多了会损坏？ 本质上它就是把一些电子囚禁（Trap）在浮动栅之中，从而改变源极和栅极的导通性，来区别0和1的状态（TLC）。这种“密室囚禁”让它具有非易失性。MOSFET管的简单让它可以大规模铺开，甚至可以向3D方向发展。但缺点也是明显的：源极和栅极的导通性测试耗时长；浮动栅的隧穿效应让每个单元寿命短；写之前要擦除，且只能按块擦除，写时按Page写，让它性能较DRAM相差甚远，差了4个数量级（10000倍）。 3D XPoint原理  DRAM和NAND本质上都是在电子上打主意，要不把电子充到电容上，要不捕获一些电子。毕竟是电子设备，也是应有之义。而3D XPoint却另辟蹊径，我们先来看一段视频： 听不懂英文没有关系，这个视频只是粗粗介绍一下原理。我们当然不能满足于此。我们来一起详细了解一下：  来源：Intel 它和DRAM一样也有Word Line和Bit Line。横着的Word Line和纵向的Bit Line在空间上纵横交错，两者交叉的地点唯一确定一个单元，也就是可以寻址一个Bit。两组线在三维空间这种交错形式，也是它的名字的起源（3D XPoint读作 3D Cross Point，三维交叉点）。绿色的小块是一个存储单元，它可以有两种值：0和1。它上面的黄块叫做Selector（选择子）。 这种结构是可以在3D层面上很容易扩展的（Stackable)，图中就有两层，可以叠更多层，而且比NAND Flash层叠性更好。它里面没有晶体管，这让它容量可以很大很大，理论上单层密度至少是DRAM的4倍。 3D XPoint非易失和高可靠的真正秘密在于绿色的内存单元和黄色的选择子。这个是Intel和美光的商业机密，业界开始普遍猜测是基于相变材料(PCM，Phase Change Material)，也就是一种电激发的介于金属和非金属之间的材料。但Intel和美光都已经正式否认。尽管有些人坚持认为就是PCM[1]，但似乎有点不太靠谱。官方宣传比较模糊，说0和1的改变是某种体制的变化（bulk property change），现在普遍的观点是采用某种电激发的化学变化材料，从而造成每个单元的电阻值（resistance level）发生了变化，通过测量不同的电阻值来确定0和1。而选择子则是阻止附近的单元发生漏电流而采用的通常做法，也是PCM技术已有的技术（这也是阴谋论的一个理由）。 电阻值的变化是长久的，所以傲腾内存有了非易失性；按Bit的访问让读取速度飞快，只比DRAM高一个数量级（10us）；写的时候要改变单元的状态（bulk property change ）,耗时稍长，但可以按Bit更改，比NAND按块擦（64KB）和Page写（16KB）那是一个天上一个地下。同时不需要任何垃圾收集技术（GC）。 结论 二十几年的蝙蝠衫似乎最近流行了起来，我翻出了古董衣服，却发现那时的蝙蝠衫和现在的比起来总觉得怪难看的。有人说普通内存+一块电池就可以解决的非易失内存为啥要搞什么傲腾，是不是过度发明？诚然NvDIMM有这种方案，但非易失只是一个痛点，容量的需求有时却更加重要。 Intel已经为了傲腾内存画下了蓝图：  它夹在DRAM和SSD中间存储温数据和热数据之间的数据（半热数据？？(逃。那么它和既有系统是怎么集成的呢？它的实际表现如何呢？我们下节再讲。 |
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