Szybsza, gęstsza i trwalsza niż flash. Poznaj nową pamięć Intela

Intel i Micron pokazali dziś wynalazek, który może postawić na głowie rynek pamięci, a w konsekwencji także sposób budowania komputerów. Dziś firmy rozpoczęły wspólną produkcję nowej klasy pamięci nieulotnej – 3D XPoint. To pierwsza większa rewolucja w tej dziedzinie od przeszło 25 lat.

Nowy typ pamięci ma łączyć to, co najlepsze w pamięciach flash NAND i DRAM, czyli szybkość, nieulotność, wysoką gęstość zapisu danych i niewielki apetyt na zasilanie. Intel zapewnia, że nowa klasa pamięci NVM (non-volatile memory, czyli nieulotna) będzie nawet tysiąc razy szybsza od stosowanych obecnie pamięci. 3D XPoint mają także wytrzymać około tysiąc razy więcej zapisów niż sprzedawane obecnie flash NAND. Ponadto dyski tego typu będą dużo mniejsze od stosowanych obecnie – autorska architektura „krzyżowa” i unikatowe materiały pozwolą na zapis danych z gęstością około 10 razy większą niż w pamięciach flash NAND, które można dziś znaleźć w sklepach, a wywodzących się jeszcze z pamięci EEPROM.

Pamięci 3D XPoint powstawały długo. Aby je opracować potrzeba było ponad dekady prac badawczo-rozwojowych. Schemat budowy pamięci i materiały zostały opracowane od zera, z myślą o nieulotnym magazynie danych, który będzie trwały, szybki, pojemny i niedrogi. Efektem jest beztranzystorowa architektura krzyżowa, która tworzy trójwymiarową kratę. W niej komórki pamięci znajdują się na przecięciu linii słów z liniami bitów, przez co mogą być indywidualnie adresowane. Prostopadłe przewodniki łączą 128 mld gęsto upakowanych komórek pamięci, z których każda przechowuje jeden bit danych. W efekcie można zapisywać i odczytywać informacje w malutkich porcjach, co wprost prowadzi do szybszych i efektywniejszych procesów odczytu/zapisu.

Pamięć składa się z kilku takich warstw. Prototypowa, dwuwarstwowa konstrukcja miała pojemność 128 Gb. Kolejne generacje mogą mieć więcej warstw i nie wyklucza się dalszego skalowania przy użyciu procesu litograficznego. Dostęp do komórek pamięci i ich zapis lub odczyt odbywa się przez zmianę napięcia przekazywanego do każdego selektora, co eliminuje konieczność stosowania tranzystorów. Zyskujemy więc większą pojemność przy mniejszym koszcie produkcji. Przy małym rozmiarze komórki, szybko przełączającym się selektorze, matrycy krzyżowej o niskim opóźnieniu i szybkim algorytmie zapisu komórka może zmieniać stany szybciej niż w jakiejkolwiek dzisiejszej pamięci nieulotnej.

Konsekwencje stosowania takich pamięci łatwo przewidzieć w każdym sektorze rynku – od nowych możliwości miniaturyzacji urządzeń wbudowanych, ubieralnych i mobilnych po nadzwyczaj szybkie i niezwykle pojemne dyski dla superkomputerów. Szczególnie tam ważne jest, by dane docierały do jednostki obliczeniowej bez opóźnień i nad tym przez ponad dwie dekady pracowali inżynierowie na całym świecie. Przeróżne urządzenia i usługi generują potężne ilości danych, które czekają na przetworzenie i analizę. W 2013 roku były to ledwo ponad 4 zettabajty, w 2020 roku będą to 44 zettabajty. Bez odpowiedniej analizy pozostają zupełnie nieprzydatne i równie dobrze można w ogóle ich nie zbierać.

Intel i Micron są przekonani, że pamięci 3D XPoint pomogą w ciągu nanosekund zamienić ogromne zestawy danych w przydatne informacje. W zastosowaniach, jakie widzą przed swoim wynalazkiem, wymieniają wykrywanie schematów oszustw w transakcjach finansowych oraz przetwarzanie danych medycznych i naukowych. Zwykli zjadacze chleba będą mogli skorzystać z szybkich usług multimedialnych i oczywiście gier w rozdzielczości 8K (pod warunkiem, że i reszta peceta sobie z nimi poradzi).

Próbki możliwości pamięci 3D XPoint będą dostępne w późniejszej części tego roku. Intel i Micron opracowują pierwsze produkty, które z nich skorzystają. Na pewno możemy spodziewać się dysków PCIe, które będą około 10 razy szybsze od tych dostępnych obecnie na rynku. Więcej szczegółów można znaleźć w prezentacji.