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美光的3D XPoint技术究竟进展如何了

2019/01/31
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要点:
QuantX 的首次亮相是在 2016 年的闪存峰会上,三年之后,美光最终将要在 2019 年底发布第一款基于 3D XPoint 技术的产品。
在合作了两代技术之后,英特尔和美光正在结束他们在 3D XPoint 上的合作关系。
虽然可能至少在 2020 年之前,3D XPoint 都会让美光有赔无赚,但是,到 2024 年时,它将给美光带来约 30 亿美元的市场增长。

3D Xpoint 介绍
3D XPoint 是由英特尔和美光两大存储器芯片巨头共同开发的一种内存存储技术,旨在填补动态 RAM(DRAM)和 NAND 闪存之间的存储市场空白。


该技术号称可以实现比 NAND 闪存快一千倍的存取速度,我在一些文章中看到,它被人们吹捧为“游戏规则的改变者”和“硅和晶体管的替代品”。 我也看到一些美光的投资者盛赞它是一项“国宝”级的发明,并声称它的价值可能超过一万亿美元。那么,在美光发布 QuantX 产品两年多之后,以及英特尔最近因其在 3D XPoint 合资企业中的存在而触发了看涨期权之后,3D XPoint 现在究竟处于一个什么样的阶段呢?


3D XPoint 的市场
美光的 QuantX 套件最终将于 2019 年年底推向市场,美光公司总裁兼首席执行官 Sanjay Mehrotra 认为,随着与英特尔合作关系的结束,美光的 3D XPoint 开发和商业化将有望加速:

“对 IM Flash 公司的收购将使得我们加速研发进展,并优化 3D XPoint 制造计划。位于犹他州的工厂可以向我们提供高度的制造灵活性,并培养了一大批高技能的人才,从而帮助推动 3D XPoint 的开发和创新,并实现我们最新的技术路线图。”

根据半导体行业资深顾问 Mark Webb 的预计,到 2024 年时,3D XPoint 可能给英特尔和美光带来 37 亿美元业务,与 2018 年相比增加了大约 30 亿美元。


需要指出的是,在 3D XPoint 产品的整体收入中,DIMM 产品的贡献率预计将超过三分之二。Optane DIMM 使得 3D XPoint 成为 DRAM 器件的一种替代品,由于英特尔的 CPU 之前不支持它,方于最近才进入市场。根据 IBM 最近的研究,NVMe Optane 驱动器可能成为缓存应用中 DRAM 的有效替代品 - 使用 NAND 或 3D XPoint 技术实现缓存,可以以更低的成本达到接近 DRAM 缓存的性能。


下一代 3D XPoint
当第二代 3D XPoint 技术准备就绪后,美光终于计划推出属于自己独家的 3D XPoint SSD。

第一代 3D XPoint SSD 在一个 128Gb 的裸片上实现了两个堆叠层,位单元采用 20 纳米制造工艺。目前来看,英特尔 Optane 能够提供的性能优势似乎微乎其微,三星不断地改进 NAND 技术,打造出的 Z-SSD 产品具有相当强大的竞争力。

NAND 技术通过使用较小的工艺几何尺寸实现单元尺寸的缩减,并叠加多个层,增加每个单元内的位数,通过这些手段实现容量的增加。相比之下,3D XPoint 也可以通过这三种手段增加产品容量:降低工艺尺寸、添加更多层、增加每个单元内的数据位数。

根据我之前读过的一些文章,短期内增加 3D XPoint 容量的唯一可行方法就是增加它的层数。而且,除非 3D XPoint 制造工艺的几何尺寸可以降低,否则将极大地限制它的密度增加的可能性。半导体行业资深分析师 Jim Handy 认为,3D XPoint 器件的分层比 NAND 分层更为困难:

3D XPoint 的层和 NAND 的层之间存在巨大差异。使用 NAND 技术时,您可以放下很多层(32 层或 48 层,甚至是 64 层),然后执行单次光刻步骤,它通常可以把工艺放宽到 40 纳米。

3D XPoint 器件需要采用更加先进同时也是成本更高的光刻图案化步骤,对于每一层中的数据位,目前能够使用的工艺尺寸为 20 纳米。这是因为在上下两层之间,你必须交叉排放,一层为南北方向,另一层就必须是东西方向。

这样处理,不仅会比使用 3D NAND 工艺增加了更多成本,而且使得整个工艺制造过程变得复杂,以至于有一些制造工艺专家怀疑,生产 4 层以上的 3D XPoint 芯片是否能够满足经济性要求。

由于 3D XPoint 的市场定位是填补 DRAM 和 NAND 之间的市场空白,这意味着它的售价必须比 DRAM 更便宜,才能取得市场渗透。美光和英特尔都需要亏本销售,直到 3D XPoint 市场规模扩大,站稳脚跟。同样是亏本赚吆喝,这艰难的第一步对英特尔来说更有意义。正如 Hardy 所解释的那样:

3D XPoint 是英特尔平台战略的必要组成部分。如果没有 Optane DIMM 的支持,英特尔最昂贵的新 Xeon 服务器 CPU 将无法比公司更便宜 / 更旧的 CPU 表现更好 - 如果系统没有 Optane,将会拉低处理器的性能表现。

每销售一颗 Optane DIM 产品,英特尔可能亏损 10 个美金,但是这可以帮助它销售售价高出 50 美元的 CPU(以上这些数字完全是虚构的,只是为了把这笔账算得明白些)。虽然这也是一笔比较划算的买卖,但是这意味着即使强大蛮横如英特尔,也必须通过亏本销售 3D XPoint 才能推广它。而美光销售的 Quantx,必须等到它的成本降到低于 DRAM 成本的程度才能赚到钱。

这就解释了为什么美光一直迟迟不推出其 QuantX 产品。现在最大的问题是:下一代产品的竞争力能够增加多少?

英特尔和美光之所以在合作推出了两代 3D XPoint 技术之后就分道扬镳,主要的原因之一就是这两家公司对该技术的未来发展路径存在不同的看法。英特尔计划继续开发主要用于 Optane 驱动器的 3D XPoint,而美光则专注于嵌入式解决方案。 美光公司在 2019 财年第一个季度中,嵌入式业务部门的收入同比增长了 12%,环比增长了 1%,达到 9.33 亿美元,其汽车和工业业务营收也创下历史新高。

尽管最终和美光闹掰了,而且 Optane 销售进展缓慢,英特尔仍然对继续开发 3D XPoint 非常感兴趣。此外,这项技术开发还将给新墨西哥州带来超过 100 名的就业机会。


结论
英特尔和美光将在 2019 年第二季度或第三季度完成第二代 3D XPoint 技术的开发,然后他们将分道扬镳,各走各路。美光计划在 2019 年年底推出以 QuantX 品牌为基础的 3D XPoint 产品,这意味着它们可能是基于第二代技术的产品。

总体上来看,这两家公司对各自的存储业务赋予了不同的优先级,所以我认为,它们的分手是有道理的。同样有道理的是,美光一直不愿意向市场上推出第一代 3D XPoint 产品,是因为只有财大气粗的英特尔才能扛得住亏本出售它们。与 DRAM 相比,美光需要等待这项技术具有成本竞争力才能有利可图,而这在 3D XPoint 产品扩大市场规模之前很难实现。虽然在未来两年内,3D XPoint 会让美光面临亏损(特别是考虑到 DRAM 价格跌跌不休的情况),这项技术的未来似乎也是很光明的,在未来六年内,3D XPoint 的年度总销售额将增加大约 30 亿美元。

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