IBMは、相変化メモリ（PCM）を用いてセルあたり3ビットのデータを保存する方式を開発したと発表しました。IntelとMicronは3D XPointの発表でメモリ業界を沸かせましたが、この技術の基盤となる技術は明らかにされていません。ReRAMベースかPCMベースではないかと推測する声が多く聞かれます。いずれにせよ、IBMのPCM製品は3D XPointの競合製品となるでしょう。ただし、セルあたりに保存できるデータ量が多いことで、IBMはコストと密度の面で優位に立つ可能性があります。
データストレージの未来は、DRAM並みの速度とNANDの永続性（つまり、電源を切ってもデータを保持する）を兼ね備えた新しい材料と技術によって支えられるでしょう。これらの新しいストレージメディアは、メインメモリとストレージメモリの境界線をまたぐものとなりますが、多くのものはNANDよりもDRAMに近い速度を実現し、「ユニバーサルメモリ」または「ストレージクラスメモリ」と呼ばれる新しいクラスを生み出します。
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| ヘッダーセル - 列 0 | メモリスタ | PCM | STT-RAM | 再RAM | DRAM | フラッシュ | ハードディスク |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 読み取り時間（ns） | 10未満 | 20～70歳 | 10～30 | 10 | 10～50 | 2万5000 | 5-8x106 |
| 書き込み時間（ns） | 20～30 | 50～500 | 13-95 | 1～100 | 10～50 | 20万 | 5-8x106 |
| 持久力（サイクル） | 1兆 | 1000万～1億 | 1015 | 1010-1012 | >1017 | 500-106 | 1015 |
| 保持力（電源なし） | 10年以上 | 10歳未満 | 数週間 | 月 | <2番目 | 約10年 | 約10年 |
| ビットあたりのエネルギー (pj)2 | 0.1～3 | 2-100 | 0.1-1 | ? | 2-4 | 101-1014 | 106-107 |
| ビットあたりのチップ面積（F2） | 4 | 8-16 | 14～64歳 | ? | 6-8 | 4-8 | 該当なし |
IBMの研究者たちは、トリプルレベルセル（TLC）NANDと同様に、セルあたり3ビットのデータを保存できることを実証しました。研究者たちは、プロトタイプのメモリチップアレイ（64kセル）を用いて、セルあたり8レベルのデータ（セルあたり3ビットに相当）を保存した際に、最大100万回の書き込みサイクルを達成しました。
平面型TLC NANDは300～500回の書き込みサイクルを実現し、より耐久性の高い平面型MLC NANDは最大3,000回の書き込みサイクルを実現します。どちらも、標準的なPCMが提供する1,000万回の書き込みサイクルと比べると見劣りします。新しいTLC PCMは、ラボで最大100万回の書き込みサイクルを示しており、技術の進化に伴い耐久性はさらに向上する可能性があります。
IBMは、ドリフト耐性のあるセル状態メトリクスとドリフト耐性のあるコーディングおよび検出方式を採用し、ビットエラー率を許容範囲内に抑えました。研究者たちは、この材料を10日間、極端な温度変化（25℃～75℃）にさらし、3 x 10 -4 という生ビットエラー率を達成することに成功しました。これは多くのユースケースで十分な値であり、標準的なECC方式を追加することで、ビットエラー率は許容レベルまで向上します。
ストレージメディアのコストは、大量生産に適しているかどうかを決定づける最も重要な要素の一つです。セルあたりの記憶ビット数を増やすと密度が高まり、コストが低下します。PCM密度の向上により、NANDと同等の価格でDRAMと同等の性能を実現できます。
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PCMは、読み取り速度と書き込み速度の両方においてNANDよりも指数関数的に高速ですが、DRAMよりも両方の指標で低速です。PCMはデータの読み取りが書き込みよりも高速であり、これは多くの既存のメモリ技術と同様であり、キャッシュや階層化アプリケーションに適しています。
残念ながら、PCMはまだ開発段階にあり、IBMには製造パートナーがいません。IBMはメモリ製品を製造していないため、特許技術を半導体メーカーにライセンス供与することになります。IBMは、パートナーがTLC PCMベースの製品を市場に投入するまでには約2年かかると予測しています。
PCMの初期生産段階では、ベンダーが規模の経済性を実現するために生産量を増やすため、コストが上昇するでしょう。初期段階では、DRAMとPCMを融合させたeDRAMのような実装など、新素材の混合使用例が見られると予想されます。これにより、DRAMの書き込み速度とPCMのコスト効率と大容量という特性が融合します。他の最先端製品では、大容量NANDリポジトリの書き込みキャッシュとしてPCMが採用される可能性が高く、NANDの耐久性とパフォーマンスが向上します。この技術は、耐久性の低いTLC NANDや、近々発売される東芝のQLC NAND（セルあたり4ビット）にとって魅力的な選択肢となります。
PCMの価格は普及が進むにつれて低下し、最終的には単一の高速ストレージプールとしての利用が促進されるでしょう。この技術は、モバイルからデスクトップPCまで、幅広いクライアントコンピューティングデバイスだけでなく、エンタープライズ分野にも採用される可能性があります。
これまで、新しい汎用メモリの開発は、最適化されたインターフェースとプロトコルの欠如によって阻まれてきました。急成長を遂げているNVDIMMエコシステムは、Linuxのpmem.ioドライバーやStorage SpacesにおけるWindows NVDIMMサポートなど、新しい不揮発性メモリへの標準化されたアクセスへの道を切り開いています。IBMは先日開催されたOpenPOWERサミットにおいて、POWER8ベースのサーバー上でCAPI（Coherent Accelerator Processor Interface）を搭載したPCMを展示しました。これは、同社がこの新興技術に対するシステムレベルのサポート提供にも取り組んでいることを示しています。
未来には、既存のメモリを補完、あるいは代替する、有望な新技術が待ち受けています。HP/SanDiskも待望のMemristorを開発中です。問題は、どちらが勝利を収めるか、という点だけです。
ポール・アルコーンはTom's Hardwareの寄稿編集者で、ストレージを担当しています。TwitterとGoogle+でフォローしてください。
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ポール・アルコーンはTom's Hardware USの編集長です。CPU、ストレージ、エンタープライズハードウェアに関するニュースやレビューも執筆しています。
