最近，各家媒體都報道了關於英特爾的存儲半導體戰略的相關新聞，對此我也饒有興趣地讀了一些。如果我的理解無誤的話，我覺得其原委、情況應該如下文所述：
英特爾雖然繼續與鎂光合作開發3D NAND閃存半導體技術，然而，時至今日，英特爾與鎂光的技術發展方向已經明顯迥異。鎂光收購了原與英特爾合作的、從事於3D NAND開發的IM Flash；英特爾則走上另一條路線。。
結果，英特爾與鎂光中斷了“彼此代工”的合作關係，英特爾把位於墨西哥州Rio Rancho的原為45/32nm的300mm的Fab.11改為生產存儲半導體，並且這個工廠計劃自2020年開始出貨133/144層的最尖端的3D NAND存儲半導體。英特爾果然還是專注於自家的Fab！
在英特爾方面，通過靈活運用其3D Xpoint技術（即Optane Memory），在成級數增加的數據中心（Data Center）的Memory Storage領域，在SSD的前段配置Storage Class Memory（SCM），以實現讀寫（存儲）程度較高的應用（Application）的較快讀取速度。
英特爾曾公佈說，“我們要把核心業務從歷來的PC轉移到數據中心”，不僅侷限於3D NAND，通過一個API 來提供橫跨CPU、GPU、FPGA、AI處理器的開發環境。
乍一看，英特爾的似乎是打出了頗具野心的戰略計劃，而我今後還會繼續密切關注其動態。英特爾的確是一家偉大的半導體公司，一旦決定要實施某項業務，就會徹底貫徹下去。GAFA（谷歌公司、蘋果公司、臉書公司、亞馬遜公司）等的登場徹底改變了半導體行業的面貌，對於英特爾與其他企業來說，要想在這個領域裡生存下去，與時俱進是非常重要的必要條件。英特爾正在轉變其以PC為中心的戰略，真的能夠順利“轉行”嗎？
採用了3D Xpoint技術的Optane SSD，定位為SCM的存儲半導體，旨在消除數據中心存在的存儲瓶頸問題。（圖片出自：mynavi）
英特爾存儲半導體的戰略前史
今天的英特爾在半導體行業中是CPU的TOP1,但英特爾也曾經推出過不少關於存儲半導體的策略。但是這些策略並不都是成功的，讓我們來回顧一下英特爾的戰略前史吧。
這首先得從DRAM·EPROM時代說起。
估計應該很少有人記得英特爾曾經是一家存儲半導體的生產商。實際上，英特爾是第一個將DRAM商業化的公司。其實，直至20世紀80年代初期英特爾都一直是DRAM領域的冠軍。英特爾同時是揮發性DRAM、非揮發性EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）的大型製造廠商。筆者曾就職的AMD也曾在EPROM領域獲得過較高的市場佔有率。但是，面對1985年的半導體衰退及日本半導體制造商的窮追猛趕，英特爾退出了作為主力的存儲半導體業務，毅然決定投入到當時尚未形成市場的CPU上。由於這一重大決定，英特爾已經從內存公司轉變為CPU公司，引領著計算機市場直至今日。具有諷刺意義的是，正是由於當時撤離了存儲半導體業務，才有了英特爾今天的地位。鎂光科技是今天唯一倖存的美國品牌的DRAM公司。
EPROM經過紫外線照射，數據就會消失，所以產品上有玻璃窗。（圖片出自：筆者收藏）
來到了 NOR Flash的時代。
英特爾退出了DRAM/EPROM，但CPU業務中的16Bit的80286大受歡迎，成為了PC界CPU的行業標準。除此之外，成為焦點的地方就是閃存半導體技術。如果CPU提高性能、Windows不斷髮展，內存容量自然就成級數增加。閃存作為一種非揮發性存儲技術具有無窮的潛力，該技術可以用固態（Solid State）的半導體元件代替HDD。英特爾已經提出了利用閃存半導體來回歸到存儲半導體領域的戰略。但是，如果這樣認為，就大錯特錯！
英特爾（AMD也是一樣）選擇的閃存的結構是NOR型。相對於NAND型存儲，NOR型具有讀取速度快的優勢，不過不利於提高集成度。結果就是閃存半導體的主流轉向了NAND，這一趨勢誕生了一家名為三星的“怪獸”！至此，英特爾的第二次半導體策略以失敗告終。
最後到了RDRAM的時代。
英特爾儘管稱霸了CPU市場，但在第五代Pentium時，出現了AMD這一麻煩的競爭對手。K5失敗以後，處於垂死狀態的AMD收購了NexGen，獲得了最新的CPU設計技術，花費1年時間，在
1997年發佈了與Pentium Socket媲美的K6處理器。K6在性價比方面，對Pentium構成了威脅，後來，AMD又推出了K7（Athlon），至此AMD在CPU方面佔據了絕對的技術優勢。英特爾當時的新品Pentium III的內存接口（Memory Interface）上採用了高速RAMBUS技術，也是當時的遊戲機的中央控制檯（Game Console）採用的技術。
投入資本到RAMBUS後，英特爾充分對業界的標準委員會（JEDEC）施加影響，RAMBUS要求的RDRAM成為了新一代的內存接口（Memory Interface）。然而實際的市場反響並不是很好。突然出現的DRAM價格昂貴，且沒有出現預期的性能。英特爾的市場推廣不如預期，又採取了在新一代的CPU的Pentium 4上安裝2個RDRAM DIMM(RIMM)，也就是“捆綁銷售”，最終沒有獲得市場，英特爾的RDRAM存儲半導體戰略再次受挫。
在英特爾的戰略上大顯身手的曾經的CEO，Andy Grove。（圖片出自：筆者收藏）
英特爾Optane的秘密
自從計算機產業用硅芯片替代了磁芯以來，半導體研究人員和系統架構師就一直在尋找存儲技術的“聖盃”——這種技術將動態RAM的速度和隨機尋址能力與閃存的非易失性和成本效益結合在一起。在這個搜索的推進過程中，使我們進入了3D XPoint技術和Intel Optane永久內存。
我們到底是怎麼發展到這裡的？
我們可以回看一下，閃存的發展迅速，可以實現電擦除，而通過NAND存儲模塊實現高密度以及容量呈指數增長。現在，我們有了的內存存儲技術層次結構，在性能與容量之間進行權衡。因為英特爾指出，在過去的三十年中，閃存容量增加了七個數量級，從而使閃存能夠越來越多地取代主存儲中的硬盤。
但閃存的問題在於它是針對容量而不是性能進行了優化的，其片上架構使其無法隨機存取讀寫任意大小的數據塊（例如DRAM）。3D XPoint則旨在通過一種存儲介質來彌補這種性能和可用性差距。這種存儲介質的使用原理是使用電阻的變化，而不是像DRAM和閃存之類的電容性電荷，同時允許通過三維交叉點（即結構）隨機訪問。
經過多年的發展，英特爾已將3D XPoint納入其Optane產品線，該產品線最初僅由用於主存儲或緩存加速器的SSD替代產品組成。最近，Optane演變為包括另一類存儲類存儲器，即可替換或補充DRAM的可應用程序尋址的模塊。巧合的是，隨著下一代Xeon可擴展處理器（又名Cooper Lake）的推出，英特爾宣佈推出Optane永久性內存模塊（PMM），容量為128 GB至512 GB，約為當前DRAM模塊的16至32倍。
Optane永久性內存模塊就像DRAM一樣位於系統內存總線上。但是，與DRAM不同，它們僅支持具有Intel Purley芯片組的第二代Xeon可擴展處理器和系統。
由於3D XPoint設備的獨特操作特性，系統BIOS可以將Optane模塊配置為以以下兩種方式之一運行：內存模式（Memory Mod）或應用程序直接模式（Application Direct Mode）。這兩種方法在性能和功能方面權衡了應用程序兼容性。我們將在下面更詳細地說明每一個：
首先看兼容，但易失的內存模式；
據瞭解，內存模式創建單個的系統內存混合池。這個模式下不需要更改應用程序代碼，因為它的運行方式類似於DRAM。由於操作系統和應用程序將Optane視為常規系統內存，因此在斷電時它不會保存數據，因為系統將無法恢復數據。內存模式針對具有大量內存需求的舊版應用程序，例如虛擬數據庫。
英特爾Purley 平臺的存儲器控制器可以智能地使用DRAM和Optane的組合，速度更快的DRAM則用作最常訪問的數據的緩存。對於每個數據請求，控制器首先檢查DRAM緩存。如果存在數據，則與傳統的僅DRAM系統相比，返回數據時不會增加延遲。
據英特爾稱，在具有一致或可重複數據訪問模式的應用中，控制器可以預測最常用的數據並將其保存在DRAM中。相反，假設內存容量足以防止交換到磁盤，那麼具有高度隨機訪問模式的工作負載與全DRAM系統相比，性能會有所下降。
再看應用程序直接模式；
在應用才更新有直接模式下，操作系統和應用程序知道系統內存有兩種類型：快速，易失性DRAM和較慢，永久的3D XPoint，並且在寫入數據時可以選擇最佳類型：DRAM用於要求最低延遲但可以容忍內存易失性的應用程序，而Optane可以滿足需要永久性存儲或數據集太大而無法裝入DRAM的情況。針對數據子集進行永久性存儲的能力是App Direct和Memory模式之間的關鍵區別。
與“內存模式”不同，“應用程序直接模式”運行要求操作系統或虛擬化環境能夠運行可以處理永久性系統內存的文件系統。
根據英特爾的支持文檔， 不同的操作系統支持一種或兩種Optane操作模式。每種模式的不同操作特性也會影響系統註冊可用的內存量。因為“內存模式”將DRAM視為高速緩存，所以它不算作系統總內存的一部分。因此，如果您的系統具有512 GB的Optane模塊和64 GB的DRAM，則操作系統將僅註冊512 GB可用空間。相比之下，在App Direct模式下，應用程序和OS對DRAM和Optane的處理方式有所不同，因此係統將報告576 GB可用空間。
或者我們也可以使用混合模式配置，其中部分Optane容量用於內存模式，部分部分用於App Direct模式。在英特爾的支持文件說，“當部分或全部的永久內存模塊容量設置為內存模式，DRAM的容量是從應用程序隱藏，併成為最後一級高速緩存（強調）”。
急劇變化的環境下的轉變
下面讓我們來分析一下此次英特爾的SCM存儲半導體戰略：
最近有報道稱，AMD還在窮追猛趕CPU市場，但是，在數據中心（Data Center）的服務器的CPU市場上，英特爾的地位依舊不可動搖。不難想象，對於AI、5G帶來的大量的負載，CPU和內存之間的等待時間（Latency，執行時間、延遲時間）間隔（Gap）將會非常關鍵（Critical）。考慮到以上這一點，可以說獲得高速、高集成的SSD是滿足高端產品需求的完美解決方案。但是，英特爾也具有能與Xeon“捆綁銷售”的優勢。因此，可以說，英特爾所謂的“數字（Data）戰略”其實是“數字中心（Data Center）戰略”。
而作為3D NAND的設計，英特爾公佈說已經達到了133/144層，可見設計團隊自信十足。而且，已經決定將Fab.11作為自己的Fab，可見英特爾這次是認真的。
但是，如果大環境是10年前的話，我們可以大致預測一下英特爾此次的戰略將會對業界造成多大影響，然而今天的大環境卻今非昔比。PC早已將核心平臺的寶座讓渡給了智能手機，英特爾在智能手機市場上的存在感幾乎為零。而且英特爾也無法再上演將DRAM強制定為業界標準的“霸主行為”。英特爾想要推廣，需要得到業界廠商的協助。英特爾可以把自己的合作伙伴擴展到什麼程度呢？
韓國的Naver似乎是英特爾最初的數據中心的合作伙伴，然而Google、Amazon、Facebook等大型平臺都在研發並使用自己的CPU和AI芯片，並且他們也很有可能已經擁有了高速內存·解決方案（Memory Solution）（很有可能是自己開發的）。而且，以上這些設計在技術上都要依賴於7nm或者擁有尖端工藝的TSMC。
英特爾的存儲半導體戰略被定位為--“補充作為核心的CPU業務”。反過來說，英特爾存儲半導體戰略的成功與否取決於英特爾能否在CPU市場獲得更進一步的成功。
參考鏈接：
https://news.mynavi.jp/article/semicon-103/
https://searchstorage.techtarget.com/feature/An-in-depth-look-at-Optane-persistent-memory-and-its-operating-modes
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