3D XPoint
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1. 개요
3D XPoint는 인텔과 마이크론이 개발한 비휘발성 메모리 기술이다. 2012년경 개발이 시작되었으며, 기존의 NAND 플래시 메모리보다 빠르고 내구성이 뛰어나다. 각 기억 소자가 트랜지스터를 사용하지 않아 기록 밀도가 높고, 전기 저항을 이용한 비트 단위 어드레싱이 가능하다. 3D XPoint는 인텔의 Optane 브랜드와 마이크론의 QuantX 브랜드로 출시되었으나, 2021년 마이크론이 개발을 중단하고, 2022년 인텔이 옵테인 사업을 축소하면서 사실상 개발이 중단되었다.
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2. 역사
3D XPoint 기술 개발은 2012년경부터 시작되었다. 초기에는 이 기술에 대한 상세 정보가 인텔과 마이크론에 의해 제공되지 않았으나, "전자에 기반하지 않는다"고 언급되었다.[52]
인텔의 발표에 따르면 3D XPoint는 플래시 메모리에 비해 스루풋과 쓰기 내구성이 최대 1,000배이고, 레이턴시는 NVM 익스프레스(NVMe)의 NAND SSD에 비해 10배 더 낮지만, DRAM 보다는 약 4-8배 더 느리다. 그러나 최근 문헌에 따르면, 어떤 업체도 XPoint의 성능 및 내구성과 일치하는 저항 RAM/상변화 메모리 기술을 가진 것으로 보이지 않는다.[53]
개별 데이터 셀은 트랜지스터가 필요 없으므로 기억 밀도는 DRAM에 비해 8~10배 더 크고, NAND와 비슷하다.[54]
2017년 2월 11일 최초의 3D XPoint SSD 스펙이 공개되었다. 읽기 속도는 다른 SSD에 비해 떨어지지만, I/O 성능은 월등히 높다.[55] 쓰기 가능 횟수는 SSD보다 많지만, 전력 소비량은 더 높다.[55]
2. 1. 개발 배경
3D XPoint의 개발은 2012년 즈음에 시작되었다. 인텔과 마이크론은 3D XPoint 이전에도 상변화 메모리(PCM) 기술을 개발해왔다. 마이크론의 마크 더칸은 3D XPoint의 구조가 이전의 PCM에서 제공되는 것과는 다르다고 언급하였고, 메모리 셀의 셀렉터와 스토리지 부분에 GST와 같은 전통적인 PCM 물질 보다 더 안정적이고 더 빠른 칼코게나이드 물질을 사용한다고 밝혔다.2015년 기준으로, 이 기술의 상세 정보는 인텔과 마이크론에 의해 제공되지 않았으나, 이 기술은 "전자에 기반하지 않는다"고 언급되었다.[52] 3D XPoint는 저항을 사용하고 비트 주소 할당이 가능한 것으로 언급되었다. 크로스바가 개발 중인 RRAM(저항 랜덤 액세스 메모리)과의 유사점이 언급되었으나 3D XPoint 스토리지의 물리적인 처리 부분은 차이점이 있다. 3D XPoint 개발자들은 대량자재의 저항 변화에 기반을 두고 있음을 이야기한다. 인텔의 CEO 브라이언 크르자니크는 XPoint의 물질에 대한 진행 중인 질문들에 응답하면서 전환은 "대량자재 특성"에 기반을 둔다고 언급했다. 인텔은 3D XPoint가 상변화나 멤리스터 기술을 사용하지 않는다고 언급했다.
2. 2. 초기 생산
IM 플래시 테크놀로지스(인텔-마이크론의 합작회사)는 유타주 리하이 지역에서 웨이퍼 공정을 통해 2015년에 적은 양의 128 Gbit 칩을 생산하였다. 이 칩은 64 Gbit 플레인 2개를 적층한 것이다. 2016년 초, IM 플래시의 CEO 가이 블랄록(Guy Blalock)은 칩의 대량 생산이 12~18개월 후에 가능할 것이라고 언급하였다.[56]2. 3. 옵테인 브랜드 출시
2015년 중반, 인텔은 3D XPoint 기술 기반 스토리지 제품에 ''옵테인(Optane)'' 브랜드를 사용할 것이라고 발표했다.[57]2. 4. 개발 중단
2021년 3월 16일, 마이크론은 컴퓨트 익스프레스 링크(CXL) 기반 제품 개발에 집중하기 위해 3D XPoint 개발 중단을 발표했다.[22][23] 리하이 팹(Lehi fab)은 제대로 활용되지 못한 채 9억달러에 텍사스 인스트루먼트에 매각되었다.[24]인텔은 당시 인텔 옵테인 제품 공급에는 영향이 없을 것이라고 밝혔으나,[25] 2021년 1월에 이미 옵테인 소비자 제품군을 단종한 상태였다.[26] 결국 2022년 7월, 인텔은 옵테인 사업 축소를 발표하며 3D XPoint 개발 중단을 공식화했다.[27][28]
3. 기술적 특징
3D XPoint는 2012년경부터 개발되기 시작했다. 인텔과 마이크론은 이전에 상변화 메모리(PCM) 기술을 개발한 경험이 있다. 3D XPoint는 비트 단위 주소 지정이 가능하고, 저항 변화를 이용해 데이터를 저장하는 비휘발성 메모리이다. 개발 초기에는 크로스바가 개발 중인 저항성 랜덤 액세스 메모리(RRAM)와 유사하다는 언급이 있었으나, 물리적인 처리 부분에서 차이점이 있다.
3D XPoint는 개별 데이터 셀에 트랜지스터가 필요 없어 기억 밀도는 DRAM에 비해 8~10배 더 크고, NAND와 비슷하다.[54] 전하 저장을 기반으로 하지 않는 가장 널리 생산된 독립형 메모리이며, ReRAM 또는 자기 저항성 RAM과 같은 다른 대체 메모리는 지금까지 임베디드 플랫폼에서만 널리 개발되었다.
3. 1. 작동 원리
3D XPoint는 벌크 재료의 저항 변화에 기반하여 작동한다. 메모리 셀의 선택기로 임계값 스위치를 사용한다.[7] 데이터 저장 재료로는 낮은 실리콘 함량의 게르마늄-안티몬-텔루륨(GST)을 사용하며, 삼원계 상 셀레늄-게르마늄-실리콘에 비소 도핑을 한 오보닉 임계값 스위치(OTS)로 액세스한다.[9][10][6][4]인텔(Intel)의 CEO인 브라이언 크르자니치(Brian Krzanich)는 스위칭이 "벌크 재료 특성"에 기반한다고 언급했다. 인텔은 3D XPoint가 상변화 메모리나 멤리스터 기술을 사용하지 않는다고 밝혔지만, 독립적인 리뷰어들은 이에 대해 논쟁의 여지가 있다고 말한다.[8]
마이크론(Micron)의 마크 듀칸(Mark Durcan)은 3D XPoint 아키텍처가 이전의 상변화 메모리(PCM) 제품과 다르며, 메모리 셀의 선택기 및 저장 부분 모두에 칼코겐 재료를 사용하는데, 이는 GST와 같은 기존 PCM 재료보다 빠르고 안정적이라고 말했다. 3D XPoint는 전기 저항을 사용하며 비트 단위로 주소 지정이 가능하다고 언급되었다. 크로스바(Crossbar Inc.)가 개발 중인 저항성 랜덤 액세스 메모리와 유사점이 언급되었지만, 3D XPoint는 다른 저장 물리를 사용한다.
3. 2. 성능
3D XPoint는 플래시 메모리보다 높은 성능과 내구성을 제공한다. 인텔의 발표에 따르면 스루풋(처리량)과 쓰기 내구성이 플래시 메모리에 비해 최대 1,000배 더 높고, NVM 익스프레스(NVMe) NAND SSD에 비해 레이턴시(지연 시간)는 10배 더 낮다. 그러나 DRAM보다는 약 4-8배 더 느리다.2017년 2월 11일 최초의 3D XPoint SSD 스펙이 공개되었다.[55] 읽기 속도는 다른 SSD에 비해 떨어지지만, I/O 성능은 다른 SSD에 비해 월등히 높다.[55] 또한 SSD보다 쓰기 가능한 횟수는 많지만, 전력 소비량은 일반 SSD보다 더 높다.[55]
2016년 초, IM 플래시 테크놀로지는 1세대 SSD가 95000 IOPS의 처리량과 9 마이크로초의 지연 시간을 실현할 것이라고 발표했다.[46] 2016년 인텔 개발자 포럼에서는 3D XPoint를 사용한 140GB 개발용 기판과 NAND 플래시 기반의 SSD를 각각 PCI Express에 연결하여 비교했으며, 벤치마크 값이 2.4~3배 개선되었음을 보여주는 시연이 진행되었다.[47]
3. 3. 호환성
인텔은 "인텔 옵테인 메모리"와 "인텔 옵테인 SSD"를 구분한다. 옵테인 메모리는 특정 칩셋 및 CPU 지원이 필요하다.[29] 일반 SSD로서 옵테인은 매우 광범위한 시스템과 호환되며, 주요 요구 사항은 다른 SSD와 거의 동일하다. 즉, 하드웨어에 연결할 수 있는 기능, 운영 체제, BIOS/UEFI 및 NVMe 드라이버 지원, 적절한 냉각이 필요하다.[30]- '''표준 기반 NVMe-PCIe SSD로서''': 옵테인 장치는 일반적인 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)의 저장 장치로 사용할 수 있으며, M.2 카드, NVMe PCI 익스프레스 형식 또는 U.2 독립형 형식으로 제공된다. 옵테인이 일반 SSD로 사용될 때 호환성 요구 사항은 기존의 모든 SSD와 동일하다. 따라서 호환성은 하드웨어, 운영 체제 및 드라이버가 NVMe 및 유사한 SSD를 지원하는지에 따라 달라진다. 옵테인 SSD는 광범위한 구형 및 신형 칩셋 및 CPU와 호환된다(인텔 칩셋 및 CPU가 아닌 경우 포함).
 - '''메모리 또는 온보드 가속 장치로서''': 옵테인 장치는 NVDIMM(비휘발성 주 메모리)으로 사용되거나 특정 종류의 캐싱 또는 가속 역할에 사용될 수 있다. 일반적인 SSD 역할과 달리, 칩셋과 마더보드가 이러한 역할에서 옵테인과 특별히 작동하도록 설계되어야 하므로 최신 하드웨어가 필요하다.
 
Micron은 NVMe 호환 시스템과의 호환성을 유지하는 NVMe AIC SSD 드라이브(QuantX X100[31])를 출시했다. 가속 장치로서의 기본 지원은 제공되지 않지만(계층형 스토리지는 사용할 수 있음)[32]
4. 평가
3D XPoint는 2012년경부터 개발되었다. 과거 인텔과 마이크론은 PRAM(PCM) 기술을 개발하기도 했다. 마이크론의 마크 더칸은 3D XPoint가 이전의 PCM과는 다른 구조를 가지며, 메모리 셀의 셀렉터와 스토리지 부분에 칼코게나이드 물질을 사용한다고 언급했다.
3D XPoint 개발자들은 대량 자재의 저항 변화에 기반을 둔다고 설명한다. 인텔 CEO 브라이언 크르자니크는 XPoint 물질에 대한 질문에 "대량 자재 특성"에 기반을 둔다고 답했다. 인텔은 3D XPoint가 상변화나 멤리스터 기술을 사용하지 않는다고 밝혔다.
개별 데이터 셀은 트랜지스터가 필요 없어 기억 밀도가 DRAM보다 8~10배 더 크고, NAND와 비슷하다.[54]
4. 1. 초기 평가
3D XPoint는 2015년 공개 당시, 구체적인 기술 정보는 인텔과 마이크론에 의해 제공되지 않았으나, "전자에 기반하지 않는다"고 언급되었다.[52] 3D XPoint는 저항을 사용하고 비트 주소 할당이 가능한 것으로 알려졌다. 크로스바가 개발 중인 RRAM(저항 랜덤 액세스 메모리)과의 유사점이 언급되었으나, 3D XPoint 스토리지의 물리적인 처리 부분은 차이점이 있다고 알려졌다.독립적인 테스트 장치는 없었지만, 인텔은 3D XPoint가 플래시 메모리에 비해 스루풋과 쓰기 내구성이 최대 1,000배 더 높고, 레이턴시는 NVM 익스프레스(NVMe)의 NAND SSD에 비해 10배 더 낮다고 발표했다. 그러나 DRAM보다는 약 4-8배 더 느리다고 알려졌다.
2017년 2월 11일, 최초의 3D XPoint SSD의 스펙이 공개되었다. 스펙 상의 읽기 속도는 다른 SSD에 비해 떨어졌지만, I/O 성능은 다른 SSD에 비해 월등히 높았다.[55] 또한 쓰기 가능 횟수는 SSD보다 많았지만, 전력 소비량은 일반 SSD보다 더 높게 나타났다.[55]

3D XPoint는 초기에는 미지근한 반응을 얻었지만, 특히 인텔의 Optane 제품군 형태로 특정 기능이 중요한 작업에서 높은 평가를 받았다. ''Storage Review''는 2018년 8월에 3D XPoint가 낮은 대기 시간 워크로드에 대해 읽기 및 쓰기 모두 500,000 4K IOPS를 지속적으로 생성하고 3~15 마이크로초의 대기 시간을 가지며, 현재 "가까이 접근하는 [다른] 것은 아무것도 없다"고 평가했다.[18] Tom's Hardware는 2017년 12월에 Optane 900p를 믿기 위해 봐야 하는 "신화적인 생물"과 같으며 이전 최고의 소비자용 장치의 속도를 두 배로 높였다고 묘사했다.[19]
4. 2. 긍정적 평가
3D XPoint는 특히 인텔의 옵테인(Optane) 제품군 형태로 특정 기능이 가치가 있는 작업에 대해 높은 평가를 받았다. 낮은 대기 시간 워크로드에서 읽기 및 쓰기 모두 500,000 4K IOPS를 지속적으로 생성하고 3~15 마이크로초의 대기 시간을 가지며, 현재 "가까이 접근하는 [다른] 것은 아무것도 없다"는 평가를 받았다.[18]Tom's Hardware는 2017년 12월에 옵테인 900p를 믿기 위해 봐야 하는 "신화적인 생물"과 같으며 이전 최고의 소비자용 장치의 속도를 두 배로 높였다고 평가했다.[19] ServeTheHome은 2017년에 읽기, 쓰기 및 혼합 테스트에서 옵테인 SSD가 이전에 존재했던 최고의 인텔 데이터 센터 SSD인 P3700 NVMe보다 일관되게 약 2.5배 빠르다고 평가했다.[20] AnandTech는 소비자용 옵테인 기반 SSD가 대용량 전송 시 최고의 비 3D-XPoint SSD와 유사한 성능을 보였으며, 엔터프라이즈 옵테인 SSD의 대용량 전송 성능에 모두 "압도"되었다고 언급했다.[21]
2017년 2월 11일 최초의 3D XPoint SSD 스펙이 공개되었는데, 스펙 상의 읽기 속도는 다른 SSD에 비해 떨어지지만, I/O 성능은 다른 SSD에 비해 월등한 비율을 보였다.[55]
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