3D XPoint は Intel と Micron Technology Inc.が共同開発したメモリ ストレージ テクノロジーです。
Intel と Micron は 3D XPoint テクノロジーを共同で開発しましたが、このテクノロジーを使用する製品の開発および販売については、別々に取り組んでいます。
How 3D XPoint memory works
IntelとMicronは、2015年の技術発表において、3D XPointはNANDフラッシュの最大1000倍の速度と最大1000倍の耐久性を持ち、従来のメモリの10倍のストレージ密度を持つと主張しました。 初期の製品は、NAND よりも高速で耐久性があり、従来のメモリよりも高密度ですが、ベンダーの主張を完全に実現したわけではありません。
3D XPoint は、他のフラッシュ製品とは異なるアーキテクチャを採用しています。
3D XPoint は、他のフラッシュ製品とは異なるアーキテクチャを持っています。これは、相変化メモリ技術に基づいており、垂直配線の交差点にセレクタとメモリ セルを配置する、トランジスタなしのクロスポイント アーキテクチャであると言われています。 セレクターとメモリーセルを垂直な配線の交点に配置し、各セルに触れている上下の配線に電流を流すと、不特定の材料でできたセルに個別にアクセスすることができる。
各セルは 1 つのデータを保存し、セル材料のバルク特性の変化によりセルの抵抗レベルを変更し、1 または 0 を表現させます。
セルは永続的なので、電力損失があったとしても、その値を永久に保持します。 書き込み動作の場合、特定の電圧がセルとセレクタの周りのワイヤーを通して送られます。 これにより、セレクタが活性化され、セルへの電圧が供給され、バルク特性の変化が開始されます。
3D XPoint にはビット レベルでデータを書き込む能力があり、NAND に対して優位性を持っています。 NAND フラッシュ ブロックのすべてのビットは、データを書き込む前に消去する必要があります。 理論的には、この機能により、3D XPoint は NAND フラッシュよりも高性能で低消費電力になります。
主な製品とベンダー
Intel は、2017 年の春に最初の 3D XPoint 製品の出荷を開始しました。 その375ギガバイト（GB）のOptane SSD DC P4800Xシリーズは、3月に一部の顧客に送られました。 広範な利用が可能になるのは、2017年後半の予定です。
コンシューマーPC向けのIntel Optaneメモリは、2017年春後半に出荷されました。 これはキャッシュドライブで、容量は16GBと32GBがあります。 Optane メモリは、第 7 世代 Intel Core プロセッサを搭載した PC でのみ動作し、Intel 200 シリーズ チップセット マザーボードの M.2 スロットに差し込みます。
マイクロンは、2017 年に QuantX ブランドで 3D XPoint ベースのメモリとストレージ製品を提供する予定です。
3D XPoint の速度とパフォーマンス
3D XPoint アーキテクチャにより、データは、低速のファイル I/O スタックを使用して 4 KB ブロックで保存する必要がなくなりました。 この新しいテクノロジーは、少量のデータの書き込みと読み取りを可能にし、読み取り/書き込みプロセスを NAND よりも高速かつ効率的にします。 3D XPoint テクノロジーを使用した初期の製品は、Intel と Micron がこのテクノロジーを展開したときに約束した速度やパフォーマンスのレベルではないものの、これを実証しています。
DRAM ほど高速ではありませんが、3D XPoint には不揮発性メモリという利点があります。性能と価格の観点から、3D XPoint テクノロジーは、高速ですが高価な DRAM と、低速で安価な NAND フラッシュの間に位置します。
Intel によると、P4800X ドライブは混合作業負荷を使用して低キュー深度で内部テストを行い、NAND フラッシュベースの DC P3700 より 5 ～ 8 倍速いパフォーマンスを達成したとのことです。
オブザーバーは、P4800X が使用する PCI Express (PCIe) バスが、NAND の 1,000 倍の速度という約束の速度を妨げていると推測しています。 3D XPoint テクノロジーがより高いパフォーマンス目標を達成するために必要と考えられるその他のシステム変更には、マシン チェック エラーを処理する際に永続メモリと非永続メモリを分離することや、永続メモリを宣言できるコンパイラーの使用、およびそのメモリをアプリケーションに組み込むことができるリンク エディターの使用などがあります。
不揮発性の 3D XPoint デュアル インライン メモリ モジュール (DIMM) も、DRAM スロットにフィットし、ダブル データ レート バスを使用するので、3D XPoint がその性能をフルに発揮できる可能性があります。
コスト
PC 用の Intel Optane メモリは、16 GB モジュールが 44 ドル、32 GB モジュールが 79 ドルです。
3D XPoint の使用例
3D XPoint はフラッシュと DRAM 間の追加ストレージ層として使用します。 ハード ディスク ドライブ (HDD) とフラッシュの間でストレージを階層化するのは、比較的一般的な方法です。 高速の恩恵をより多く受ける高負荷データおよびアプリケーションはフラッシュ層に格納され、アクセス頻度の低いデータおよびアプリケーションはディスクに置かれます。
Intel は、3D XPoint Optane SSD が、高性能ストレージやキャッシング、メモリの拡張や交換に使用されると予想しています。 同社の予測によると、ユーザーは、特定のワークロードにおいて、サーバーのメモリを最大 8 倍に増やし、DRAM を最大 10:1 の割合で置き換えることができるようになるとのことです。
Intel は、3D XPoint Optane SSD でメモリを拡張する 3 つの方法を提供しています。
- DRAM がワークロードでいっぱいになったときにデータを PCIe 接続 SSD に移動させるオペレーティング システム ページング機構を介して、
- 最適化アプリケーションを介して、
- Xeon プロセッサでサポートされる Intel のメモリ ドライブ テクノロジーによって、3 つの方法を提供しました。
In the future, it will be possible to extend memory with the 3D XPoint DIMMs that Intel plans to release. Observers speculate that 3D XPoint Optane, and particularly Optane NVDIMMs, will be used to:
- expand the apparent size of DRAM;
- enable bigger, more-effective databases;
- help overcome big data network bottlenecks;
- facilitate high-performance computing applications;
- extend memory and boost instance storage performance in the cloud;
- provide the storage capacity and speed that hybrid clouds need; and
- possibly serve as primary memory tiers in hyper-converged systems.