SSD の将来 – パート I

ストレージクラスメモリ、MRAM、大容量ソリッドステートドライブ

Author セバスチャン・ジャン | 2021年6月14日 | 全て, テクノロジー

PLC メモリチップ: どれくらい離れていますか?

PLC メモリチップは、今日のベンチ実験では技術的に実現可能です。これらを商業的に実現する上での課題は、そのパフォーマンス特性がストレージアプリケーションに役立つことを確認することにあります。 NAND ベンダーは、読み取り速度、書き込み速度、プログラム/消去サイクル、データ保持、製造歩留まりなど、反比例するいくつかの機能のバランスをとる必要があります。このバランスをとる行為がどのように展開するかを知るには、QLC に注目するだけで済みます。

理論的には、QLC はビット密度が高いため、33% のコストを削減できるはずです。残念ながら、工場の歩留まりに関する課題により、コスト削減はわずか 10% 程度です。価格に影響を与える二次的な要因はサイクリングにあります。現在、最も先進的な QLC は 1200 サイクルを提供できます。次に近い競合他社は 600 サイクルしか提供できません。そのため、市場リーダーは価格引き下げのプレッシャーが少なくなります。さらに、QLC のプログラミングは TLC よりも 4 ～ 8 倍遅いという事実もあります。これらのパフォーマンスの低下は、データ保持期間が TLC と一致するようにするために必要でした。 PLC を考慮すると、これらのトレードオフがさらに大きくなる可能性があります。

PLC にとって最大の課題は、この NAND の役割を見つけようとするときに起こります。 QLC よりも制限的な特性を持つ可能性があります。サイクル数は少なくなりますが、プログラムおよび消去時間は長くなります。当初、QLC はアーカイブアプリケーションにのみ適していましたが、その後、コールドストレージや読み取り集中型のホットアプリケーションに移行しました。ありがたいことに、QLC は世代が進むごとに改善されています。 PLC は QLC と同じ進化をたどる可能性がありますが、はるかに遅い道をたどります。現実的には、成熟した QLC で今日見られている苦戦を考慮すると、PLC NAND はあと 5 年は見られそうにありません。

RAM ベースのストレージは NAND よりも高速ですが、ドライブはどこにあるのでしょうか?

DDR ベースのストレージは 20 年以上前から存在していますが、実際には普及していません。それは主に、既存の代替ソリューションと比較したコストとパフォーマンスに帰着します。 DDR4 はチャネルあたり 19 ～ 35 GB/秒で動作します。比較すると、Gen4 SSD は 7 GB/秒で動作します。速度の差は 1 桁から 2 ～ 5 倍にまで減少しました。

次に、コストの問題があります。現在、DDR の価格は約 $5/GB ですが、NAND の価格は約 $0.15/GB です。現在、ほとんどのアプリケーションは SSD のプールでストレージのニーズを満たすことができます。 192TB SSD ベースのソリューションのコストは $30K ですが、DDR の同じ容量は $980K を超えます。問題を別の角度から見ると、予算を $30K に設定した場合、SSD ベースのソリューションは 192 TB のストレージを提供しますが、DDR ベースのソリューションは 6 TB しか提供しません。最後に、DDR は揮発性であるという事実があります。速度が優先され、データの損失が問題ない場合は、ファイルシステムを経由せずに、単純に RAM でデータを直接管理してはどうでしょうか?

非常に高速な DDR ベースのストレージの市場はありますが、規模は小さいです。 DDR ベースのストレージが突然主流になったとしても、Phison はすでにこの種のドライブを製造する社内テクノロジーを持っています。

超大容量 SSD (20TB 以上) は、現在一般的に見られる 2TB ～ 4TB SSD を置き換えると予想されます。 Phison はこの移行に向けてどのように準備を進めていますか?

Phison は現在、64TB を超えるソリューションを開発中です。 SSD と HDD が果たす役割には相違があることがわかります。今後登場する 1Tb および 2Tb NAND ダイでは、価格が最大 4 分の 1 に下がることが予想されます。これにより、SSD $/GB のコストは HDD とほぼ同等になります。 SSD のコストが下がるにつれて、フラッシュベースのストレージがホットストレージ層の多くを占めるようになるでしょう。 HDD は段階的にニアライン層とコールド層に移行します。

エンタープライズおよび HPC アプリケーションは現在 16 ～ 32 TB の密度を求めており、今後 2 ～ 3 年で 256 TB SSD が必要になると予測されています。次世代の HDD は 80 ～ 100 TB に達すると予想されていますが、SSD は 1 Tb TLC を使用することですでにその密度を超えることができます。 NAND 密度は、今後数年間でダイあたり 2 Tb まで増加すると予測されており、4 Tb への道筋は明確です。磁気メディアでは追いつかない可能性が高いです。

さらに、PCIe Gen4、Gen5、および Gen6 の速度により、SSD は HDD では実現できない新しい役割を担うことができます。 SSD は、今日の CPU に搭載されている L4 キャッシュを置き換えるのに十分な速度を実現しました。 SSD がジャストインタイムのテクスチャキャッシュとして使用されている現代のゲームでは、その進化がすでに見られています。その役割において、SSD は GB あたりのコストを低く抑えて DRAM を増強します。 SSD によって追加された容量により、必要に応じてテクスチャがフェッチされ、削除されます。これにより、システムの DDR コストを増加させることなく、グラフィックスを大幅に向上させることができます。