Intel 的 Optane 死於 3D NAND 太便宜，不是技術不行
相變存儲從 1970 年做到 2022 年，每次都是被更便宜的閃存擠死。3D XPoint 卡在 NAND 和 DRAM 中間，兩頭都不如，最後連 Intel 自己都放棄了。
核心論點 · 點時間戳可跳到原聲
相變存儲的物理原理決定了它慢
相變存儲利用材料在晶態和非晶態之間切換來存數據：晶態電阻低，非晶態電阻高，兩者差三到四個數量級。把材料熔掉再淬火變成非晶態叫 RESET，反過來叫 SET。SET 要麼把材料熔成液體再慢慢冷卻結晶，要麼加熱到夠高但不熔化的溫度直接轉成晶體。作者指出 SET 往往是 PCM 的速度瓶頸。這個物理機制從 1960 年代 Stanford Ovshinsky 發現硫系化合物相變行為起就沒變過。
1970 年 Intel 就做過相變存儲，然後忘了
1970 年 Energy Conversion Devices 的 RG Neale、DL Nelson 和 Intel 的 Gordon Moore 在 Electronics 雜誌上發文，宣布「Read-Mostly Memory」，定位在 RAM 和 ROM 之間，存程序常讀但很少改的數據。每個單元一個硅二極管加一層相變材料，Intel 提供硅襯底，ECD 提供材料。但 1970 年最小特徵尺寸只有 10 微米，功耗大、SET 要幾毫秒、耐久度低。DRAM 容量在漲，EPROM 進場，RMM 就消失了。多年後有人問 79 歲的 Moore 這篇文章，他說完全不記得。
Numonyx 把 PCM 當成唯一的翻身機會
NAND 崛起讓 NOR flash 進入長期衰退，2007 年全球 NOR 銷售同比跌 9%。Intel 把 NOR 業務和 STMicroelectronics 的 flash 業務合併，2008 年成立瑞士公司 Numonyx，還拿了 Francisco Partners 的注資和銀行貸款。NOR 沒有 NAND 的增長前景，Numonyx 只能押注 PCM——PCM 同時具備 NOR 的快速隨機讀取和 NAND 的大容量存儲，理論上能同時替代兩者。2008 年 2 月 Intel 宣布交付首款 PCM 原型 Alverstone，128 megabit，90 納米。
移動端 PCM 被 3D NAND 一波帶走
PCM 的入場策略是打移動市場，替代存啟動代碼的 NOR flash，同時存數據。2009 年 Samsung 發布 512 megabit PRAM，60 納米，說和 DRAM 搭配能省 20% 以上功耗。Micron 2010 年以約 12 億美元股票收購 Numonyx，2012 年 7 月終於出貨 1 gigabit PCM，45 納米，Nokia 把它裝進 Asha 功能機。但 2013 年 8 月 Samsung 宣布量產 24 層 3D NAND，隨後 3D NAND 掀起了半導體史上最陡的成本下降曲線，移動 PCM 最 compelling 的理由就沒了。2014 年 1 月 Micron 宣布撤出移動 PCM。
Intel 和 Micron 對 Optane 的定位從一開始就分裂
2018 年 7 月 Intel 和 Micron 同意友好分手，完成第二代 3D XPoint 聯合開發後各自獨立。分歧在於產品方向：Intel 最初把 Optane SSD 對準消費級 PC 和筆記本，想用銷量攤薄晶圓成本；Micron 想直接進數據中心。Jon Carter 2016 年就暗示過，消費系統並不真正需要 3D XPoint 的低延遲、非易失性和耐久度，至少不值得為此付 NAND 四到五倍的價格。2018 年 10 月 Micron 宣布付 15 億美元買下 Intel 在猶他州 IM Flash 工廠的一半股份，Intel 轉為自產。
Optane 進數據中心要重做主板和軟件
2019 年 4 月首款 DIMM 形態的 Optane DC Persistent Memory 上市，距 3D XPoint 發布已四年，需要配套的 Xeon 處理器、芯片組和主板。它有兩種模式：Memory Mode 把 Optane 和 DRAM 合成一個易失內存池，開箱即用，但價值取決於 DRAM 價格波動；App Direct Mode 才是真正值錢的模式，軟件可以把持久數據寫進 Optane，重啟後數據還在。Oracle 或 SAP 數據庫重啟通常要一小時以上從 SSD 或硬盤重新加載數據，用 Optane 可以省掉。一個不精確但有方向性的測試顯示 12.5 倍提升。但 App Direct Mode 要求程序員重新思考數據一致性問題。
582 個概念驗證裡只有 40% 用了真正有用的模式
2020 年 Intel 更新 Optane 採用情況，說管道里有 582 個概念驗證，SAP HANA 和 Oracle Exadata 是主要用戶，其餘多用於高性能計算、基礎設施和部分 AI 分析。但只有 40% 用了更有價值的 App Direct Mode。Intel 說相信行業最終會採用這個模式，但可能要花好幾年。同期 Intel 宣布以 90 億美元把 3D NAND 業務賣給 SK hynix，Optane 不在交易內，看似是背書，但也讓人能反推出 Optane 2020 年隱含虧損超過 5 億美元。
Micron 退出後 Optane 只剩單一供應商
2021 年 3 月 Micron 宣布立即停止 3D XPoint 開發，說猶他州工廠長期產能利用率不足，每年拖累公司 4 億美元，工廠後來賣給 Texas Instruments。Micron 把原因歸結為 3D NAND 價格持續下跌，以及數據中心和應用要做出艱難改動才能充分利用這個產品。Micron 轉而押注開放標準接口 CXL，因為機器學習系統讓 Micron 意識到不只是 CPU 需要更多內存，GPU 和 AI 加速器 ASIC 也需要。Micron 公開退出嚴重削弱了 Optane：客戶只能依賴 Intel 單一供應源，而 Optane 又是專有技術。2022 年 7 月 Intel 在財報電話會上悄悄宣布關停 Optane 業務。
原話 · 已逐字校驗
Asked many years later about the article, a then-79 year old Moore replied that he did not recall it at all. Ouch.
多年後有人問起這篇文章，當時 79 歲的 Moore 回答說他完全不記得了。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
這是 40 年來最重要的非易失性存儲進展……尋找和開發新非易失性存儲技術的嘗試已經有很多了
Ed Doller9:25
Vendors had spoken, they preferred NAND and DRAM over NAND, DRAM, and PCM.
廠商已經表態了，他們更喜歡 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，供不應求。我們正在努力管理產能和資本開支，為第三、四、五年建產能。
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.
這不僅僅是 SSD 和 HDD 的對比……這是非易失性內存直接連到 CPU，替代 DRAM，是完全不同的範式。
Shannon Poulin21:45
Optane was just not the thing for the time.
Optane 就是不屬於這個時代的東西。
Jack of all trades. Winner of none.
樣樣通，樣樣松。
數字與實體
| 3D XPoint 讀寫速度相對 NAND | 快 1000 倍 | 0:02 |
| 3D XPoint 耐久度相對 NAND | 好 1000 倍 | 0:02 |
| 單顆 3D XPoint die 容量 | 128 gigabits | 0:02 |
| 2007 年全球 NOR flash 銷售同比 | 下降 9% | 8:25 |
| Micron 收購 Numonyx 價格 | 約 12 億美元股票 | 13:33 |
| Micron 買下 Intel 在 IM Flash 的一半股份 | 15 億美元 | 17:38 |
| Intel 和 Micron 在 IM Flash 工廠的總投資 | 60 億美元 | 18:38 |
| Optane 2020 年隱含虧損 | 超過 5 億美元 | 24:51 |
| Micron 猶他州工廠每年拖累 | 4 億美元 | 25:52 |
| Intel 出售 3D NAND 業務給 SK hynix 價格 | 90 億美元 | 24:51 |
術語
- 3D XPoint3D 交叉點存儲
- Intel 和 Micron 2015 年聯合發布的非易失性存儲技術，後分別做成 Optane 和 QuantX。
- Phase Change Memory相變存儲器
- 利用材料晶態和非晶態電阻差異存儲數據的非易失性內存。
- Storage Class Memory存儲級內存
- 介於硬盤和固態存儲之間的內存類別，兼具非易失性和接近 DRAM 的訪問速度。
- App Direct Mode應用直連模式
- Optane 的持久內存模式，軟件可直接把持久數據寫入 Optane 模塊。
- Compute Express Link計算快速鏈路
- 開放標準接口，把計算、內存和存儲系統連成可按需分配的池。
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開頭 1 分鐘的技術原理鋪墊可以快進，直接跳到 3:07 的相變存儲機制。