3D XPoint

3D XPoint技術の概要

3D XPoint (スリーディークロスポイント)は、2015年7月にインテルとマイクロンによって発表された新しい不揮発性メモリ技術です。この技術を用いた製品には、インテルが展開する「Optane (オプテイン)」や、マイクロンの「QuantX (クアンテックス)」というブランド名が付けられています。3D XPointの設計に関する具体的な詳細は初期段階では公開されていませんでしたが、外部企業による調査から、この技術は相変化メモリ(PCM)に基づいていることが判明しています。

動作原理と特性

3D XPoint技術は、ビットの記録方式において、バルク抵抗の変化を利用し、重ねられた交差格子状の記憶素子を配列することで実現されています。特に、オボニックスイッチ (OTS:Ovonic Threshold Switch)を選択素子として用いることが特徴的です。この技術によるメモリは、DRAMと比較すると、その価格はほぼ半分になることが期待されていますが、NANDフラッシュメモリよりは4・5倍の高コストとなっています。

マイクロンのストレージソリューション担当ヴァイスプレジデントは、3D XPointメモリの性能を向上させる数々の利点を挙げています。具体的には、レイテンシがNANDフラッシュの1/10に短縮されること、書き込み寿命が3倍に延び、書き込み速度が4倍、読み込み速度も3倍に改善されることが示されています。また、消費電力についても従来の技術より30%削減されるとされています。

開発経緯

3D XPointの開発は、2012年ごろから始まっています。それ以前にインテルとマイクロンは、相変化メモリ技術を利用した不揮発性メモリを開発していました。しかし、3D XPointのアーキテクチャは、過去の技術とは異なります。特に、より高速かつ安定したカルコゲン化物材料を用い、記憶素子とセル選択素子の両方で使用している点が注目されます。両社は、これまでの技術とは異なり、NANDフラッシュに基づく電子蓄積ではなく、電気抵抗の変化を利用した記録メカニズムを採用しているとしています。また、3D XPointの各記憶素子はトランジスタを使用せず、これによりDRAMと比較して約4倍の記録密度を持つと言われています。

製品と市場展開

2015年、インテルとマイクロンの合弁会社であるIM・フラッシュ・テクノロジーズによって、最初の128Gbitチップがユタ州のウェハー工場で生産されました。このチップは、64Gbitの層が2段に積層された構造を持ち、当初は少量のみの生産でした。インテルは同年の中頃に、3D XPoint技術を用いたストレージ製品をOptaneブランドで展開する計画を発表しました。

2016年には、第一世代のSSDが95000 IOPSのスループットと9マイクロ秒のレイテンシを実現する見込みが発表され、インテル・デベロッパー・フォーラムでは、実際に性能比較が行われて、どれほどの性能改善が図られているのかが示されました。さらに、2018年には、Intelが「Optane DC」不揮発性メモリを発表しました。

最新の進展

2021年、マイクロンはこの技術からの撤退を発表し、2022年にはインテルも同様の方針を示しました。しかし、2023年にはマイクロンが第2世代の3D XPointメモリ技術を国際学会「IEDM 2023」で発表し、その進化を目指していることが伝えられています。このように、3D XPoint技術は、メモリ市場において今なお注目を集めています。

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