由英特尔和镁光联合推出的3D XPoint技术在2016年大出风头，先是年初英特尔展示了采用该技术的存储产品，然后在4月初，英特尔又宣布斥资35亿元在中国生产产品。当然最吸引大家关注的是3D XPoint存储产品出色的性能：速度比目前的NAND快1000倍，而储存密度则是DRAM的10倍。那么3D XPoint究竟是何方神圣，它是如何实现如此优异的性能的呢？

3DXPoint的原理

       3DXPoint是一种新型非易失性存储技术，可用于NAND和DRAM，其是由多层线路构成的三维结构。可能有人会说这不就是英特尔版的3D V NAND。尽管3D层叠技术是3DXPoint的一大亮点，但是3D XPoint不仅仅是将存储单元层叠起来这么简单，其在基本工作原理上与传统的NAND有着极大的区别。

       传统NAND，采用的是电容储存原理，依靠的是浮动栅级上的绝缘层形成一个等效电容，依靠控制这个等效电容上是否储存有电量，就可以判断出这一单元存储的是1或者0，这就达到了存储数据的目的。而3DXPoint则采用了全新的储存原理，其存储单元是一种很特殊的电阻材料，这种电阻材料有非常神奇的特性：即施加不同的电压，其内部材料的形态会产生巨大的变化，从而使电阻阻值产生极大的变化，当电压撤消后，其阻值依旧会保持。打个比方，当在存储电阻上加载正电压时，电阻会呈现低电阻状态，而施加负电压时，内部材料变化，从而形成高阻抗区，让电阻阻值急剧升高，变成高阻值状态，这样，依靠施加电压的改变，就可以让存储单元在高低阻值间切换，就可以让每一个存储单元表征出1或0，就达到了存储数据的目的。

图：传统NAND闪存依靠电容原理来存储数据。

图：3DXPoint的可变电阻阻抗转换原理

3DXPoint为何能如此出色？

       3DXPoint是如何做到速度比目前的NAND快1000倍，且寿命更长，而储存密度则是DRAM 10倍的呢？

       我们先从存储密度说起，3DXPoint产品的结构相当简单，完整的存储器仅由存储单元、控制存储单元的选择器以及读写总线构成，与传统内存颗粒内部复杂的电容、晶体管结构来说，可是简单多了。这样一来每一个存储单元所占的空间就比传统产品小了很多，再加上3DXPoint还采用层叠原理，将数个存储单元垂直安装，这就更进一步提升存储密度，从而实现储存密度则是内存的10倍。需要注意的是，在这里与3DXPoint产品进行对比的是DRAM，这是因为英特尔悄悄地偷换了概念。因为NAND也开始采用了3D层叠技术，3DXPoint与3D NAND的容量密度将会基本相当，所以现阶段依靠3DXPoint来大幅度提升SSD的容量概率并不太高。而3DXPoint内存的容量有望大幅提升，年初英特尔就展示了6TB容量的3DXPoint内存。

图：3DXPoint存储结构与原理。

       同时由于NAND在写入或擦除数据时，电子要在栅级和源极之间的绝缘层之间流动，电子的进进出出，就让绝缘层变得千疮百孔，一旦绝缘层损坏漏电，那这个存储单元也就无法使用了。更为重要的是NAND制程越先进，绝缘层的厚度和面积也必然减小，寿命反而越短。而3DXPoint技术通过特殊材料形态变化来控制阻值变化，材料本身并不会因形态重复变化而导致性能衰退，这也就是3DXPoint敢于宣称其寿命可以延长1000倍的所在。再加上3DXPoint产品的寿命并不会随着制程进化而降低，这样，在未来的发展中，就可以随着制程的进化而增加存储密度，降低成本，因此3DXPoint技术更具发展潜力。

图：NAND在写入和擦除过程中的电子移动，将损坏绝缘层，影响寿命

       在大家最关心的性能上，NAND的每一个存储单元，都需要一只晶体管进行处理，晶体管在低功耗状态下的延迟、开关速度等，都会影响到NAND的读写速度，而于3DXPoint产品在单个单元的读写过程中，依靠的都是电阻自身阻值的变化，无需晶体管的介入，只需要在末端控时，需要控制芯片的进行处理。在数据量巨大时，存储单元晶体管即便是微妙级别的延时，都会对数据总吞吐量造成巨大的影响，相反，控制级芯片对于功耗的敏感度较低，其延时可以做到纳秒级的，这对于总体速度提升大有帮助。不过目前在英特尔自己做的实测中，3DXPoint产品的IOPS、延迟性能也只是P3700 的7.13倍、8.11倍，显然3DXPoint还有不小的性能提升空间。

别急着高兴，3DXPoint大规模量产没这么简单

       3DXPoint技术表现得如此出色，而现在英特尔、镁光都拿出样品进行展示，那么3DXPoin产品真的能在短时间内推出并迅速占领市场吗？这件事情显然并没有那么简单。

       首先，3DXPoint产品在实现大规模量产上还有巨大的困难。要知道电阻式闪存结构并不是什么新生事物，早在60年代，这一结构就已经被发现，而在2014年，镁光也曾经发布过基于电阻式闪存结构的Reram，但实验室的成功，并不等于能立即商品化。据悉，3DXPoint产品在生产时，需要用到100多种的新材料，而这些新材料在使用时，还可能产生化学反应，导致材料变性，这将成为商品化量产前的巨大障碍，而攻克这些难题，将需要较长的时间，同时，新品的初步量产，也将面临成品率低、产能提升等诸多门槛，即便问题顺利解决，英特尔和镁光实现承诺，在年内推出产品，其产能也不会很大，难以全面取代现有NAND闪存和内存产品。

       其次，显然是价格。每一种新品在上市时，其价格往往高得惊人。毕竟，生产线建立需要花费巨大成本，而早期较低的产量，又将进一步拉抬产品价格。3DXPoint产品的量产将是投入相当大的新品，英特尔在中国的生产环节，就宣称要投入35亿美元，如此高额的投入，3DXPoint产品初上市时的价格，可能会高的令人咂舌，这也注定了3DXPoint产品即便上市，也难于在短时间内飞入寻常百姓家。

       说句套话，3DXPoint产品可以说是前途光明，但道路坎坷。初期的高价，令3DXPoint产品将会首先应用于追求高速，而对价格敏感性较低的服务器等领域，而只有当其价格降低到与现有的NAND闪存基本相当时，才可能在民用领域大规模普及，套用比尔盖茨的一句名言：“我们经常高估了今后一、两年内将发生的变革，但又常常低估了今后10年内将要发生的变化。” 3DXPoint也是如此，它的表现很出色，但它的普及，需要时间，也许还是一段较为漫长的时间。