在3D XPoint刚发布之后,Intel一直把它搞得神神秘秘,也不透漏到底是个什么秘密器件。任何一种器件总是有个发展历史,不能像孙悟空一样吸收天地日月之精华,突然从石头里蹦出来。悟空本来是个天资很好的石猴,经过了菩提老祖的传授,变得神通广大,改了个齐天大圣的名字,一下子玉皇大帝都被惊动了。Intel也是把曾经的某款器件经过工艺优化,改了个3D XPoint的名字,震惊世人。
不过,山外有山,人外有人。没有XPoint的实物,大家只能瞎猜,一旦有了基于3D XPoint的Optane SSD,就有大神来破解了。UBM Techinsights是业界著名的反向工程和芯片分析专业公司,他们有一帮技术大牛和先进设备,专门通过芯片物理分析,来发现其中的秘密。比如苹果iPhone的A系列芯片就是他们的老关系户。
这回,TechInsights盯上了3D XPoint。我们来看看AnandTech的报告,揭开3D XPoint的神秘面纱。
首先来看芯片Die的大小,如下图,和其他NAND Flash芯片对比,发现3D XPoint个头是最大的:206.5 mm2,开个根号,差不多就是14.4 mm的平方。仅仅是Die就是1.5厘米宽!懂点半导体工艺的人都知道,芯片面积越大,良率越低,生产成本就高了。不过从图中可以看出,Intel/Micron的NAND个头都比三星,东芝的要大,所以用在消费级上要吃亏。当然,事情也在变化,最小的那块就是Intel/Micron的64层3D NAND。
再来看看存储密度,3D XPoint排倒数第三。。。存储密度低,芯片个头大,良率低,意味着3D XPoint的生产成本要比普通NAND Flash要高。但是,无所谓,因为眼下没有竞争对手!可以卖得很贵。
我们再来看看3D XPoint芯片的裸照。比较恐怖的是,91.4%的面积都是存储阵列!要知道NAND Flash最高只有84.9%,三星的48层 V-NAND存储阵列只占70%,东芝和Hynix的3D NAND差不多。这说明NAND的控制逻辑比较复杂,需要占用很多芯片面积。也说明,如果未来Intel提升3D XPoint的层数,存储密度提升潜力更大。
进一步用高倍显微镜(电子显微镜或者扫描隧道显微镜)拍照,发现3D XPoint也有NAND Flash类似的bitline和wordline,采用了20nm工艺。而DRAM刚跨过这个工艺节点,目前进入1xnm。如果放在相同工艺20nm下比较,可以发现3D XPoint的存储密度是DRAM的4.5倍!是当前1x nm DRAM的3.3倍!
目前还不能完全分析出3D XPoint用了什么材料,但是看起来是个PCM(Phase Change Memory,相变存储器)存储单元,带有一个掺杂的硫化物选择开关。3D XPoint存储阵列用了第四层和第五层的金属层来搭建。