这些技术将揭开数据存储的秘密

硬盘驱动器和固态硬盘制造商将再次震撼存储市场

英特尔

硬盘驱动器(HDD)和固态硬盘(SSD)制造商们哇存储市场的一次。

今年,英特尔和美光将推出3D XPOINT内存,也被称为Optane,这将提高性能和耐久性1000倍了今天的NAND闪存。

三维XPOINT模具1000 英特尔

3D Xpoint技术,也被称为Optane,比NAND快1000倍;单个die可以存储128Gbits的数据。

不要数NAND flash。虽然Optane芯片和其他电阻存储器技术可能会导致存储类存储器,在很多应用程序中可以取代昂贵的DRAM,但在很长一段时间内,它不会很便宜。这为NAND闪存技术的持续发展敞开了大门。

三星(Samsung)、英特尔(Intel) /美光(Micron)、东芝(Toshiba)等公司认为,3D NAND闪存将继续扩大产能,压低价格。最终,3D NAND甚至会让消费者相信ssd可以像hdd一样便宜。

SanDisk负责记忆体的执行副总裁Siva Sivaram表示,"很快flash就会比旋转媒体便宜。"

与此同时,希捷已经证明它的hdd热辅助磁记录(HAMR)将使每平方英寸的数据密度超过10万亿(10Tbits)。这是今天密度最高的高密度高密度硬盘的10倍。希捷预计将在2017年与设备制造商合作,展示用于数据中心应用的HAMR产品,并在2018年开始将HAMR驱动器推向更广阔的市场。雷竞技电脑网站

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这些最近的技术进步只是不断增长的存储需求迫使创新来满足新需求的漫长故事中的最新章节。

存储始终是靠墙

当HDD公司在本世纪初面临容量限制,东芝和Seagate从翻转盘片上平躺于站立侧由端数据比特。从纵向到垂直磁记录的变化通过增加的HDD容量高达10倍。

当HDD行业在2013年再次面临容量限制时,希捷重叠了屋顶瓦等数据轨道,增加了25%的容量;然后在2014年,HGST引进了氦气驱动,产能提升50%。

在非易失性内存行业,同样的进步也打破了容量限制。单极单元(SLC) NAND闪存变成了多极单元(MLC) NAND,在那里存储的不是每个晶体管一个比特,而是两个和三个比特。当MLC NAND面临亚10纳米光刻工艺的限制时,三星推出了3D NAND闪存,英特尔/美光和东芝紧随其后,将NAND电池堆叠到48层的高度。Flash制造商认为,他们在网站上可以爬多高是没有限制的。

NAND闪光的摩天大楼超过100层

从第一次迭代开始,3D NAND闪存技术提供了2到10倍的可靠性和2倍于planar NAND的写入性能。

然而,最重要的是,3D NAND消除了制造商在将晶体管缩小到15纳米以下时所面临的光刻障碍平面(单级NAND闪存)。更小的光刻过程导致数据错误,因为位(电子)在薄壁细胞之间泄漏。

“重要的是,你不可能一次只建造一层这种(3D NAND)摩天大楼。我们知道如何从24层到36层,从48层到64层等等,”Sivaram说。“这没有物理上的限制。我们现在拥有的3D NAND技术,可以预见将会扩展到三代或四代人,这是我们以前从未有过的。”

目前,三星,SanDisk及其合作伙伴东芝英特尔及其合作伙伴美光科技已经能够创建48层的3D NAND,它可以在一个芯片中存储256Gbits (32GB)。而三星是唯一的一家公司大规模生产48层芯片在美国,其他所有公司都在计划很快推出新产品。

sandisk 3d nand幻灯片 SanDisk

甚至为2D NAND接近由于光刻尺寸和错误率,层堆叠,以产生3D NAND避免这些问题的缩放限制。以上示出了图形实现3D NAND的一种方法。围绕中心孔存储器水平堆叠的字线提供堆叠的NAND比特。这种配置放宽光刻技术的要求。相邻位干扰和整体密度圆孔最小化显着增大。

Sivaram说,SanDisk已经在计划生产超过100层的3D NAND芯片。

“我们看不到我们能走多高的自然极限。如果我去问NAND的制造商我们能做到多高,他们不会告诉我我们能做到96或126层,这是物理极限。”Sivaram说。“这是我们长久以来的梦想。”

虽然建造3D NAND的工厂比生产planar NAND或hdd的工厂要昂贵得多——单个工厂可能耗资100亿美元——但西瓦拉姆认为,随着采用程度的提高,随着时间的推移,它们的成本将会降低。

价格是关键

虽然企业和消费者都爱的能力 - 越多越好 - 价格最常采用决定。

英特尔及其开发合作伙伴美光正在研究什么可能是在非易失性闪存行业游戏规则的改变:Optane芯片- 在英特尔的3D XPOINT内部称为。

尽管英特尔几乎没有发布关于Optane是什么的信息,但大多数行业专家认为它是一种电阻式RAM。

交叉点图像的照片胶囊 英特尔,美光

英特尔和Micron的3D XPOINT的两层描绘(也称为Optane)芯片电阻式RAM的体系结构。它删除比特存储晶体管的需要,而是使用使用电阻来表示一个1或0线的格子。

电阻式随机存储器(ReRAM)能够执行读写操作,其功耗是NOR闪存的50 - 100倍,因此非常适合移动设备,甚至可穿戴设备。

ReRAM是基于“记忆电阻”的概念,也称为忆阻器。memristor这个词是由加州大学伯克利分校的科学家Leon Chua在20世纪70年代早期创造的。

直到忆阻器,研究人员只知道三种基本电路元件 - 电阻器,电容器和电感器。忆阻器,其消耗少得多的能量,并提供比以前的技术更高的性能,是第四个。

目前,唯一一家提供ReRAM产品的公司是Adesto Technologies。它近期推出一种新的导电桥接RAM (CBRAM)内存芯片,用于电池驱动或能量收集电子产品,用于物联网(IoT)市场。

横杆简单cmos集成电阻存储器 交叉开关

电阻式RAM电路,其中微小的导电性细丝交错和连接硅层的显微镜照片侧视图来表示数据位。

相比之下,英特尔计划今年向电脑爱好者推出Optane驱动。与美光联合开发的新型Optane驱动器的密度预计将是DRAM的10倍,在纸面上比基于NAND闪存的固态硬盘快1000倍,更耐用。

与NAND的一千倍耐力,Optane驱动将提供一百万个擦写周期,这意味着新的内存将会持续很长时间。

“这不是一样快,DRAM,所以它不会取代它在最延迟值的应用程序,但它的更高的密度和更低的延迟比NAND,”拉斯·迈尔,流程整合的美光科技公司主管,在早先的采访中说:同《计算机世界》迈耶说:“如果你比较ssd与硬盘的速度有多快,3D XPoint与传统NAND的速度有多快,你会发现两者的进步程度是差不多的。”

英特尔已经演示了Optane驱动,其运行速度大约是当前ssd的7倍。

今年,英特尔还计划推出基于其新Skylake处理器的Optane驱动服务器。

与Optane ssd一起,ReRAM技术预计将作为插入内存插槽的调光器出现。

TrendForce旗下DRAMeXchange的高级研究经理Alan Chen表示,即使英特尔的Xpoint ReRAM技术今年进入消费者个人电脑市场,由于成本问题,也只能用于高端产品。

“Optane对SSD市场的影响将取决于它的定价。目前,Optane产品仍然比主流的NAND闪存产品贵。因此,它们最初只会影响高端固态硬盘市场。”

去年,惠普(Hewlett-Packard)和晟碟(SanDisk)还宣布了一项联合开发“存储类存储器”(Storage Class Memory, SCM) ReRAM的协议,该协议可能取代DRAM,速度将是NAND闪存的1000倍。

新墨西哥Knowm是一家新成立的公司该公司还致力于生产忆阻器技术。

Knowm忆阻器芯片 Knowm

位于新墨西哥州的初创公司Knowm的忆阻器(memristor)芯片可以模拟人脑的突触反应,从而开发出智能电脑。

Knowm的忆阻器被设计成模仿人类的大脑,其中突触连接两个神经元。这些神经元变得更强更频繁的信号在它们之间传递。类似地,学习和对Knowm忆阻器电路信息保持由数据确定流特性和电流。

陈透露,三星还在研发一款类似于英特尔Optane的产品,它将集成DRAM和NAND闪存。不过,三星拒绝置评。

到2020年30TB的硬盘?

随着采用3D NAND等密度更大的闪存技术后,固态硬盘的价格继续下跌,硬盘制造商正在计划自己的技术升级。举个例子:HAMR,它在硬盘读写头上使用激光将更小的比特更安全地固定在硬盘的旋转盘片上。

西部数据公司希捷正在研发HAMR HDDs。

Hamr记录硬盘 希捷

HAMR(热辅助磁记录),使用激光对硬盘读/写头更牢固地就位在驱动器的纺丝盘片相对于传统的垂直磁记录设置较小的比特。

“HAMR是我们的下一个技术,将让我们沿着磁录密度曲线去游行,”马克重,希捷首席技术官。“我们似乎通过这些转变去每隔10年左右。”

随着磁盘驱动器密度的增加,数据错误的可能性也会增加,这是由于一种称为超顺磁性的影响。在这种情况下,盘片表面紧密相连的比特之间的磁力可以随意翻转,导致它们的值从1变为0,反之亦然。随机位翻转会导致数据错误。

HAMR使用在HDD的称为近场转换器,集中光子的量大到旋转盘读/写头特别的孔中作为大小越小越好。

希捷公司开发的HAMR技术在磁头记录期间,利用激光对硬盘表面进行短暂的加热。热量会使盘片的数据位缩小,并使同心圆(即磁道)变紧,从而增加密度。HAMR还使用基于纳米管的润滑使磁盘的读写头更接近表面,以便更好地读写数据。

HAMR技术最终将使希捷达到每平方英寸约10万亿(10tbit)的线性位密度——比今天最好的硬盘表面密度(每平方英寸约1Tbit)高出10倍。

希捷已经演示了每平方英寸1.4兆位的HAMR HDDs——仍然比目前最好的HDDs高出40%。

“我们没有看到其他人在那里等着我们。我们有一个相当长的历史与HAMR。我们一直在努力了10年左右,”重说。“我们在的时候,我们将出货更积极一点。”

希捷公司计划明年开始销售HAMR HDDs。

使用HAMR,硬盘驱动器的理论密度飙升,产生3.5英寸。服务器或桌面驱动器,存储容量高达60TB,单片2.5英寸。容量高达20TB的笔记本电脑驱动器。

该营销活动希捷公司采用的是“30TB到2020年,”但希捷首席技术官马克再告诉《计算机世界》那只是个目标。

甚至在HAMR之外,HDD行业也有提高驱动器密度的计划。位的媒体(BPM)记录将使用纳米光刻到下行数据的预定义的位上的驱动器盘片,而不是其中每个位被存储在20至30的磁性颗粒的电流HDD技术。

BPM可以增加每平方英寸HDD密度高达200Tbits。

希捷公司公关经理Nathan Papadopulos说:“考虑到最新的4TB外置硬盘只有5个大圆盘,这简直是疯了。”

“显然还有很长的路要走,”Re补充道。“我们将在下一个十年的中期研究这项技术。”

这篇文章,“这些技术将掀开数据存储的盖子”最初是由《计算机世界》

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