Intel revolutioniert Storage-Technologie

1000 mal schneller als aktuelle Flash-Speicher, eine tausendfache Lebensdauer bei den Schreibzyklen und dann Packungsdichten, die um den Faktor 10 höher sind als bei RAM-Speicherbausteinen: Bei diesen Werten sprechen Intel und Micron wenig bescheiden von einem Durchbruch in der Speichertechnologie. Beide Unternehmen arbeiten seit Jahren schon bei Flash-Speichern zusammen, nun haben sie 3D XPoint entwickelt und vorgestellt. Seit der Einführung von NAND-Flash im Jahr 1989 handle es sich bei 3D XPoint laut den Unternehmen um die erste neue Speicherkategorie.

Wie funktioniert 3D XPoint?

3D XPoint ist wie NAND-Flash ein nicht flüchtiger Speicher. Ist der Strom weg, so bleibt die Information erhalten - im Gegensatz zum klassischen Arbeitsspeicher in PCs und Servern. Die Technologie verwendet keine Transistoren für die Speicherung der Bit-Informationen. Exakte technische Details haben Intel und Micron nicht bekannt gegeben, doch das Prinzip von 3D XPoint basiert auf einer dreidimensionalen "Cross Point" Architektur. Die Speicherzellen werden über sogenannte Selektoren individuell angesteuert, die in Schichten kreuzweise verlegt sind. Durch die kleine Größe der Speicherzelle kann der Status sehr schnell und mit geringeren Latenzzeiten als bei herkömmlichen NAND-Speichern geändert werden, wie Intel angibt.

Die räumliche Gitterstruktur erlaubt zusammen mit den kleinen "transistorlosen" Zellen eine hohe Packungsdichte. Anfangs produzieren Intel und Micron mit 3D XPoint Chips, die aus zwei Schichten dieser Speicherzellen bestehen. Auf einem Siliziumplättchen sind derzeit 128 Gbit Kapazität möglich. Allerdings sollen künftig die Speicherschichten zunehmen. Laut den Herstellern lässt sich die 3D XPoint-Technologie vertikal in "3D-Manier" skalieren. Ähnliche Verfahren gibt es bereits bei den NAND-Flash-Bausteinen von Intel/Micron sowie von Samsung. Auch hier skaliert die Kapazität der Chips durch mehrere übereinander "gelagerte Schichten von Speicherzellen. Derzeit sind bis zu 32 Schichten bei den Chip-Produzenten im Einsatz.

Universelle Einsatzgebiete

3D XPoint hat eine rund 10-mal höhere Packungsdichte wie normales RAM, ist aber langsamer. Im Vergleich zu den NAND-Flash-Bausteinen in SSDs oder PCI-Express-Speicherkarten soll die neue Technologie dagegen 1000-mal schneller arbeiten; noch dazu um den Faktor 1000 haltbarer. Wo wird 3D XPoint also seinen Einsatz finden?

Letztendlich wird es wie immer Anfangs eine Preisfrage sein. Läge 3D XPoint-Speicher auf dem Niveau von Flash-Bausteinen, so könnte die Technologie relativ schnell den Weg in das Storage-Backend von Rechenzentren finden. Schon jetzt ist Flash in den Storage-Systemen von HDS, NetApp, EMC, Dell & Co. weit verbreitet; insbesondere als schneller Tier 0 oder für das Caching von häufig benötigten Daten. Mehr Performance, kürzere Latenzzeiten und vor allem höhere Datensicherheit durch längere Lebensdauer sind im Zeitalter von Big Data & Co. stets willkommen.

In diese Kerbe sticht auch Intel mit der Positionierung von 3D XPoint. Von 4,4 Zetabyte produzierten Daten in 2013 werde das Volumen im Jahr 2020 auf rund 44 ZetaByte steigen, wie EMC in Zusammenarbeit mit IDC vorhersagt. Hier werde es laut Intel immer wichtiger, diese Daten innerhalb von Nanosekunden analysieren zu können. Als Beispiele nennt Intel Händler, die schneller Betrugsmuster bei finanziellen Transaktionen erkennen können. Forscher im Gesundheitswesen könnten dann große Datenmengen in Echtzeit verarbeiten und analysieren.

Aktuell sei eine der größten Hürden im modernen Computing die lange Zeit, bis Daten vom Storage-Subsystem in den Prozessor gelangen, wie Mark Adams, President von Micron erläutert. Mit 3D XPoint können große Datenmengen sehr schnell verarbeitet werden und damit seien ganz neue Applikationen möglich, führt Adams weiter an. Es gibt somit für die neue Speichertechnologie durchaus Szenarien, die jetzt noch mit teuren In-Memory-Ansätzen realisiert werden - hier seien nur mal SAP/HANA und diverse Datenbanken genannt.

Auch in den heimischen PCs sehen Intel und Micron einen Markt für die 3D XPoint-Technologie. Interactive Social-Media-Aktivitäten oder intensivere Spieleerlebnisse werden hier als Beispiele angeführt.

Wann sollen erste Produkte kommen?

In welcher Form erste 3D XPoint-Produkte auf den Markt kommen, haben Intel und Micron noch nicht dediziert bekannt gegeben. Als wahrscheinlich gelten jedoch Module ähnlich wie aktuelle DIMMs. Entsprechende Hinweise gibt es bei "geleakten" Roadmaps von Intels künftiger Server-Plattform mit Codenamen Purley für das Jahr 2017/2018. Vermutlich gibt es die neue Technologie auch in Form von PCI-Express-Karten, die für die Beschleunigung der Storage-Aktivitäten in Servern Einsatz finden.

Intel und Micron wollen noch 2015 erste Samples von 3D XPoint-Chips ausliefern. Beide Unternehmen arbeiten eigenen Angaben zufolge an individuellen Produkten auf Basis der neuen Technologie. Vorausichtlich sind im Laufe des Jahres 2016 erste Flash-Karten für den Enterprise-Einsatz zu erwarten.