3D XPoint: Intels neue Speichertechnologie bleibt weit hinter Erwartungen zurück

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Intel versprach bei der Vorstellung im vergangenen Jahr im Vergleich zur aktuellen NAND-Technik deutliche Verbesserungen: 3D XPoint sei tausendmal schneller, tausendmal haltbarer und die transistorlose Technik erlaube eine bis zu zehnmal höhere Dichte als DRAM. Erste, jetzt von Micron damit gezeigte Prototypen erfüllen dieses Versprechen nicht.

Die von Intel und seinem Partner Micron vor fast genau einem Jahr präsentierte Speichertechnologie 3D XPoint kann die damals in Aussicht gestellten Leistungsverbesserungen offenbar zumindest mittelfristig nicht einmal ansatzweise erreichen. Das legen diese Woche auf dem Flash Memory Summit in Santa Clara von Micron vorgestellte, erste Produkte mit der Technologie nahe.

Für 3D XPoint werden die Speicherzellen in mehreren Lagen in einer 3D-Struktur angeordnet. Senkrechte Leiter verbinden die Speicherzellen, von denen jede ein einzelnes Daten-Bit speichert. Diese kompakte Bauweise soll zu einer hohen Leistung und hohen Bit-Dichte führen. Intel erklärte vergangenes Jahr, 3D XPoint sei im Vergleich zu NAND tausendmal schneller und tausendmal haltbarer. Zudem erlaube die transistorlose Technik eine bis zu zehnmal höhere Dichte als DRAM.

3D-XPoint-Die (Bild: Intel)
3D-XPoint-Die (Bild: Intel)

Der jetzt von Micron gezeigte Prototyp eines QuantX genannten Systems mit XPoint-Technologie und einer Kapazität von 128 GByte kommt aber nicht einmal ansatzweise an diese Werte heran. Micron selber gibt dafür lediglich eine zehnmal größere Geschwindigkeit und eine 2,5-fache Haltbarkeit an.

Nach dem zuvor gesagten ist das enttäuschend. Die Diskrepanz beruht offenbar darauf, dass für den im vergangenen Jahr genannten Wert offenbar lediglich die Leistung einer XPoint-Zelle im Vergleich zu einer NAND-Zelle genannt wurde. Die Werte werden aber durch die weiteren Komponenten, die es für eine SSD braucht, darunter Controller, Firmware, Interface, und so weiter offenbar deutlich reduziert.

Fairerweise muss man aber zugeben, dass Intel bei der Vorstellung auch erklärt hatte: “Zukünftige Generationen der 3D-XPoint-Technologie werden mehr Speicherschichten umfassen und in Ergänzung zu einem verbesserten lithografischen Verfahren die Kapazität des Systems weiter erhöhen.” Zudem wird 3D XPoint aktuell über PCI Express an einen Computer angebunden. Wie Intel Vice President Rob Crooke im vergangenen Jahr ausführte, sei das “momentan die schnellste verfügbare Schnittstelle.”

Allerdings wies Crooke damals auch darauf hin, dass PCIe nicht in der Lage ist, das Potenzial der neuen Technik vollständig auszureizen. Daher werde eine neue Technik benötigt, die wiederum möglicherweise eine vollständig neue Mainboard-Architektur erfordere. Mit den jetzt gezeigten Micron-Prototypen ist klar, dass es noch eine ganze Weile dauert, bis die Speicherrevolution bei den Kunden – zunächst den Enterprise-Kunden – auch tatsächlich ankommt. Derzeit wird für 2017 mit ersten Storage-Systemen gerechnet, die auf 3D XPoint basieren. Als Anbieter kommen die “üblichen Verdächtigen” in Frage, die ja alle auf Intel-Technologie zurückgreifen. Diese Produkte werden aber wohl mittelfristig eher eine Alternative in bestimmten Segmenten sein, als den Markt komplett umzukrempeln.

Samsung hat in Santa Clara unter anderem ein “Z-SSD” genanntes Produkt gezeigt, das es als Alternative zu XPoint sieht. Es hat laut Hersteller die grundlegende Struktur mit V-NAND gemeinsam, ist aber speziell verschaltet und greift auf einen Controller zu, der für wesentlich bessere Leistung sorgt. Damit lasse sich die Latenz gegenüber der ebenfalls ganz neuen Samsung PM963 NVMe bei Schreib- und Lesevorgängen um den Faktor vier reduzieren. Laut Samsung erreicht die PM963 eine Leserate bis zu 2 GByte pro Sekunde und schreibt bis zu 1,2 GByte pro Sekunde. Sie kann drei Jahre lang täglich 1,3-mal beschrieben werden.

XPoint-Konkurrent von Samsung: die Z-SSD. Allerdings scheint es hier ein Problem mit der Hitzeentwicklung zu geben, fällt doch die Kühlung recht umfangreich aus  (Bild: Samsung)
XPoint-Konkurrent von Samsung: die Z-SSD. Allerdings scheint es hier ein Problem mit der Hitzeentwicklung zu geben, fällt doch die Kühlung recht umfangreich aus (Bild: Samsung)

Ebenfalls im kommenden Jahr sollen auch erste Server mit dem von Everspin entwickelten MRAM mit “Perpendicular Magnetic Tunnel Junction (pMTJ) auf den Markt kommen. Dieser nicht-flüchtige Speicher (NVRAM) bietet bei Schreib- und Lesevorgängen ähnliche Latenzwerte wie DRAM und liegt damit deutlich unter denen von Flash, die Haltbarkeit, also die Zahl der Schreibvorgänge, die das Speichermedium verträgt, ist ein Vielfaches größer als bei Flash.

Everspin-EMD3D256M_pMTJ_ST-MRAM (Bild: Everspin)
Everspin hat Anfang des Monats die ersten Produkte mit “Perpendicular Magnetic Tunnel Junction (pMTJ) an Testkunden ausgliefert (Bild: Everspin)

Ein Manko ist noch die Speicherkapazität. Das allerdings macht Everspin wieder durch die Geschwindigkeit wett: Ebenfalls auf dem Flash Memory Summit zeigte Everspin die eigenen Angaben zufolge derzeit schnellste SSD. Sie kann über eine PCIe-Karte 1,5 Millionen zufällige 4k-Blöcke pro Sekunde schreiben kann. Und nach oben ist noch Luft: Laut Everspin ist die maximal erreichbare Schreibgeschwindigkeit bis zu 100.000 schnell als bei Flash. Da nimmt sich das Intel-Versprechen “tausendmal schneller” zu sein, fast schon bescheiden aus.

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