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内存存储架构:存储级内存不会取代DRAM或NAND

2020-01-19 10:44:54 来源 : 51CTO

存储级内存(SCM)的速度比NAND快,但比DRAM慢。它在内存存储架构中的位置介于两者之间,有许多候选技术竞相成为SCM的领导者:PCM、MRAM、FeRAM和STT-RAM等。

图1. 内存存储架构中的存储级内存

一些分析师认为,存储级内存(SCM)最终有望取代NAND,如果速度足够快还有望取代DRAM,从而成为一种通用内存。

Sivaram不赞成这个观点。他认为,没有一种通用的SCM技术会取代NAND和DRAM。 他说:“NAND的未来是NAND,DRAM的未来是DRAM。不存在一般的存储级内存市场。”

据Sivaram声称,SCM面向诸多特定的小众领域,有“针对不同应用场景的不同类型”。比如说,MRAM适合特定的小众市场,而FERAM适合另一个小众市场。

多年来,西部数据分析了许多不同类型的SCM技术,比如PCM、MRAM和FeRAM。 “我们在这方面做了大量工作。我们拥有XPoint和3D XPoint的独家专利。我们在2004年做出了8层交叉点,我们在密切关注这个领域。”

为了强调西部数据公司在SCM方面的投入,Sivaram称公司早在2004年就从交付某些SCM产品赚到了4亿美元。

QLC闪存的采用

各种闪存技术都在性能、耐用性和可靠性(PER)方面有了改进。在任何层数转换点,比如从64层到96层,都可以升级到更多的位/存储单元,比如从MLC(2位/存储单元)到TLC(3位/存储单元)。

图2. 西部数据的64层3D NAND芯片

Sivaram说:“TLC一代比一代好,但这技术到头了。所以QLC更值得关注。”对于西部数据而言,有关存储单元位数提升的成本收益考量基于先确定从额外层获得的PER改进是否足以满足市场需求。如果不是,西部数据是否还应提高存储单元位数?这提供了更大的容量,不过缺点是降低了所增加层数的PER值。

图3. 西部数据公司的Siva Sivaram

控制器方面的进步和超额配置可以缓解存储单元位数变化带来的弊端。

Sivaram说,现在QLC闪存出现这种情况。使用有96层的3D NAND的企业SSD使用TLC存储单元最好。但是名为1xx(100多层)的下一代技术可能是QLC闪存。

虚假层

顺便说一下,Sivaram提到3D NAND有虚假层,里面其实没有位——这完全是3D NAND制造方式的一个特点。他说,包括虚假层在内的严格层数会将96层的3D NAND晶片变成100多层的晶片。然而,西部数据只计数带有字线(wordline)的层,因此忽略了虚假层。

这意味着其他制造商可能不会这么做;比如说,一家制造商的112层可能与另一家制造商的112层不一样。这使得供应商之间拿层数来比较显得比较困难。

五层单元闪存

五层单元闪存(5位/存储单元即PLC)意味着选择存储单元中的32个电压电平之一。这比QLC闪存的16个电压电平花费的时间更长,读取性能和寿命都不如QLC闪存。

图4. 随着存储单元位数增加,耐用性随之降低

PLC提供了更大的容量,但原始PER值都低于QLC闪存。Sivaram认为,由于QLC代际进步的收益递减效应,PLC会在今后两三年得到采用。他说,到那时,“控制器会有机器学习算法”,能够更有效地应对PLC闪存的局限。

从QLC到PLC的转变将遵循与MLC-TLC和TLC-QLC转变同样的模式。Sivaram认为,这是行业的一个特点。

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