Intel 的 Optane 死于 3D NAND 太便宜，不是技术不行
相变存储从 1970 年做到 2022 年，每次都是被更便宜的闪存挤死。3D XPoint 卡在 NAND 和 DRAM 中间，两头都不如，最后连 Intel 自己都放弃了。
核心论点 · 点时间戳可跳到原声
相变存储的物理原理决定了它慢
相变存储利用材料在晶态和非晶态之间切换来存数据：晶态电阻低，非晶态电阻高，两者差三到四个数量级。把材料熔掉再淬火变成非晶态叫 RESET，反过来叫 SET。SET 要么把材料熔成液体再慢慢冷却结晶，要么加热到够高但不熔化的温度直接转成晶体。作者指出 SET 往往是 PCM 的速度瓶颈。这个物理机制从 1960 年代 Stanford Ovshinsky 发现硫系化合物相变行为起就没变过。
1970 年 Intel 就做过相变存储，然后忘了
1970 年 Energy Conversion Devices 的 RG Neale、DL Nelson 和 Intel 的 Gordon Moore 在 Electronics 杂志上发文，宣布「Read-Mostly Memory」，定位在 RAM 和 ROM 之间，存程序常读但很少改的数据。每个单元一个硅二极管加一层相变材料，Intel 提供硅衬底，ECD 提供材料。但 1970 年最小特征尺寸只有 10 微米，功耗大、SET 要几毫秒、耐久度低。DRAM 容量在涨，EPROM 进场，RMM 就消失了。多年后有人问 79 岁的 Moore 这篇文章，他说完全不记得。
Numonyx 把 PCM 当成唯一的翻身机会
NAND 崛起让 NOR flash 进入长期衰退，2007 年全球 NOR 销售同比跌 9%。Intel 把 NOR 业务和 STMicroelectronics 的 flash 业务合并，2008 年成立瑞士公司 Numonyx，还拿了 Francisco Partners 的注资和银行贷款。NOR 没有 NAND 的增长前景，Numonyx 只能押注 PCM——PCM 同时具备 NOR 的快速随机读取和 NAND 的大容量存储，理论上能同时替代两者。2008 年 2 月 Intel 宣布交付首款 PCM 原型 Alverstone，128 megabit，90 纳米。
移动端 PCM 被 3D NAND 一波带走
PCM 的入场策略是打移动市场，替代存启动代码的 NOR flash，同时存数据。2009 年 Samsung 发布 512 megabit PRAM，60 纳米，说和 DRAM 搭配能省 20% 以上功耗。Micron 2010 年以约 12 亿美元股票收购 Numonyx，2012 年 7 月终于出货 1 gigabit PCM，45 纳米，Nokia 把它装进 Asha 功能机。但 2013 年 8 月 Samsung 宣布量产 24 层 3D NAND，随后 3D NAND 掀起了半导体史上最陡的成本下降曲线，移动 PCM 最 compelling 的理由就没了。2014 年 1 月 Micron 宣布撤出移动 PCM。
Intel 和 Micron 对 Optane 的定位从一开始就分裂
2018 年 7 月 Intel 和 Micron 同意友好分手，完成第二代 3D XPoint 联合开发后各自独立。分歧在于产品方向：Intel 最初把 Optane SSD 对准消费级 PC 和笔记本，想用销量摊薄晶圆成本；Micron 想直接进数据中心。Jon Carter 2016 年就暗示过，消费系统并不真正需要 3D XPoint 的低延迟、非易失性和耐久度，至少不值得为此付 NAND 四到五倍的价格。2018 年 10 月 Micron 宣布付 15 亿美元买下 Intel 在犹他州 IM Flash 工厂的一半股份，Intel 转为自产。
Optane 进数据中心要重做主板和软件
2019 年 4 月首款 DIMM 形态的 Optane DC Persistent Memory 上市，距 3D XPoint 发布已四年，需要配套的 Xeon 处理器、芯片组和主板。它有两种模式：Memory Mode 把 Optane 和 DRAM 合成一个易失内存池，开箱即用，但价值取决于 DRAM 价格波动；App Direct Mode 才是真正值钱的模式，软件可以把持久数据写进 Optane，重启后数据还在。Oracle 或 SAP 数据库重启通常要一小时以上从 SSD 或硬盘重新加载数据，用 Optane 可以省掉。一个不精确但有方向性的测试显示 12.5 倍提升。但 App Direct Mode 要求程序员重新思考数据一致性问题。
582 个概念验证里只有 40% 用了真正有用的模式
2020 年 Intel 更新 Optane 采用情况，说管道里有 582 个概念验证，SAP HANA 和 Oracle Exadata 是主要用户，其余多用于高性能计算、基础设施和部分 AI 分析。但只有 40% 用了更有价值的 App Direct Mode。Intel 说相信行业最终会采用这个模式，但可能要花好几年。同期 Intel 宣布以 90 亿美元把 3D NAND 业务卖给 SK hynix，Optane 不在交易内，看似是背书，但也让人能反推出 Optane 2020 年隐含亏损超过 5 亿美元。
Micron 退出后 Optane 只剩单一供应商
2021 年 3 月 Micron 宣布立即停止 3D XPoint 开发，说犹他州工厂长期产能利用率不足，每年拖累公司 4 亿美元，工厂后来卖给 Texas Instruments。Micron 把原因归结为 3D NAND 价格持续下跌，以及数据中心和应用要做出艰难改动才能充分利用这个产品。Micron 转而押注开放标准接口 CXL，因为机器学习系统让 Micron 意识到不只是 CPU 需要更多内存，GPU 和 AI 加速器 ASIC 也需要。Micron 公开退出严重削弱了 Optane：客户只能依赖 Intel 单一供应源，而 Optane 又是专有技术。2022 年 7 月 Intel 在财报电话会上悄悄宣布关停 Optane 业务。
原话 · 已逐字校验
Asked many years later about the article, a then-79 year old Moore replied that he did not recall it at all. Ouch.
多年后有人问起这篇文章，当时 79 岁的 Moore 回答说他完全不记得了。哎。
This is the most significant non-volatile memory advancement in 40 years ... There have been plenty of attempts to find and develop new non-volatile memory technologies
这是 40 年来最重要的非易失性存储进展……寻找和开发新非易失性存储技术的尝试已经有很多了
Ed Doller9:25
Vendors had spoken, they preferred NAND and DRAM over NAND, DRAM, and PCM.
厂商已经表态了，他们更喜欢 NAND 加 DRAM，而不是 NAND、DRAM 再加 PCM。
The demand is through the roof. There’s not enough. We’re trying to manage the capacity and the capital expense to build the capacity for years three, four and five.
需求爆棚，供不应求。我们正在努力管理产能和资本开支，为第三、四、五年建产能。
Jon Carter16:36
It's not just the SSD and the HDD comparison ... It's non-volatile memory connected directly to the CPU, replacing DRAM, which is a completely different paradigm.
这不仅仅是 SSD 和 HDD 的对比……这是非易失性内存直接连到 CPU，替代 DRAM，是完全不同的范式。
Shannon Poulin21:45
Optane was just not the thing for the time.
Optane 就是不属于这个时代的东西。
Jack of all trades. Winner of none.
样样通，样样松。
数字与实体
| 3D XPoint 读写速度相对 NAND | 快 1000 倍 | 0:02 |
| 3D XPoint 耐久度相对 NAND | 好 1000 倍 | 0:02 |
| 单颗 3D XPoint die 容量 | 128 gigabits | 0:02 |
| 2007 年全球 NOR flash 销售同比 | 下降 9% | 8:25 |
| Micron 收购 Numonyx 价格 | 约 12 亿美元股票 | 13:33 |
| Micron 买下 Intel 在 IM Flash 的一半股份 | 15 亿美元 | 17:38 |
| Intel 和 Micron 在 IM Flash 工厂的总投资 | 60 亿美元 | 18:38 |
| Optane 2020 年隐含亏损 | 超过 5 亿美元 | 24:51 |
| Micron 犹他州工厂每年拖累 | 4 亿美元 | 25:52 |
| Intel 出售 3D NAND 业务给 SK hynix 价格 | 90 亿美元 | 24:51 |
术语
- 3D XPoint3D 交叉点存储
- Intel 和 Micron 2015 年联合发布的非易失性存储技术，后分别做成 Optane 和 QuantX。
- Phase Change Memory相变存储器
- 利用材料晶态和非晶态电阻差异存储数据的非易失性内存。
- Storage Class Memory存储级内存
- 介于硬盘和固态存储之间的内存类别，兼具非易失性和接近 DRAM 的访问速度。
- App Direct Mode应用直连模式
- Optane 的持久内存模式，软件可直接把持久数据写入 Optane 模块。
- Compute Express Link计算快速链路
- 开放标准接口，把计算、内存和存储系统连成可按需分配的池。
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关注存储芯片、数据中心硬件和半导体产业史的工程师与投资人，尤其是想理解为什么新技术会被更便宜的旧技术挤死的人。
开头 1 分钟的技术原理铺垫可以快进，直接跳到 3:07 的相变存储机制。