SSD 的未來 – 第一部分

存儲級內存、MRAM、大容量固態硬盤

作者塞巴斯蒂安·讓 | 2021 年 6 月 14 日 | 全部, 技術

PLC存儲芯片：它們有多遠？

PLC 存儲芯片在今天的台架實驗中在技術上是可行的。使它們具有商業可行性的挑戰來自於確保其性能特徵對存儲應用有用。 NAND 供應商必須平衡幾個反向相關的特性，包括：讀取速度、寫入速度、編程/擦除循環、數據保留和製造良率。為了了解這種平衡行為可能如何發揮作用，我們只需看看 QLC。

理論上，由於更高的位密度，QLC 應該可以降低 33% 的成本。不幸的是，由於與工廠良率相關的挑戰，成本節省僅為 10% 左右。影響價格的次要因素來自自行車。如今最先進的 QLC 可以提供 1200 個週期。第二個最接近的競爭對手只能提供 600 個週期。因此，市場領導者降低價格的壓力較小。還有一個事實是，編程 QLC 比 TLC 慢 4-8 倍。這些性能降低對於確保數據保留持續時間與 TLC 匹配是必要的。當我們考慮 PLC 時，這些權衡可能會被放大。

當我們試圖為這種 NAND 找到一個角色時，PLC 面臨的最大挑戰就會到來。它的特性可能比 QLC 更具限制性。循環次數會更少，而編程和擦除時間會更長。最初，QLC 僅適用於歸檔應用程序，但後來已擴展到冷存儲或讀取密集型熱應用程序。值得慶幸的是，QLC 每一代都在進步。 PLC 很可能會遵循與 QLC 相同的演變，但速度要慢得多。實際上，考慮到我們今天在成熟的 QLC 方面遇到的困難，我們不太可能在未來五年內看到 PLC NAND。

基於 RAM 的存儲比 NAND 更快，但驅動器在哪裡？

基於 DDR 的存儲已存在 20 多年，但從未真正流行起來。與現有替代解決方案相比，這主要取決於成本和性能。 DDR4 每通道的運行速度為 19-35 GB/s。相比之下，Gen4 SSD 的運行速度為 7 GB/s。速度差異已從一個數量級下降到 2-5 倍。

然後是成本問題。 DDR 目前的價格約為 $5/GB，而 NAND 的成本約為 $0.15/GB。如今，大多數應用程序都可以通過 SSD 池來滿足其存儲需求。基於192TB SSD的解決方案成本為$30K，而相同容量的DDR則超過$980K。從另一個角度來看問題，如果我們將預算設置為$30K，基於SSD的解決方案可以提供192TB的存儲空間，但是基於DDR的解決方案只能提供6TB的存儲空間。最後，DDR 是不穩定的。如果速度是優先考慮的並且丟失數據是可以接受的，那麼為什麼不直接在 RAM 中管理數據而不是通過文件系統呢？

基於 DDR 的高速存儲存在市場，但規模很小。如果基於DDR的存儲突然佔據主導地位，群聯已經擁有生產這種驅動器的內部技術。

超大型SSD（20TB或以上）預計將取代當今常見的2TB至4TB SSD。群聯電子如何為這一轉變做準備？

群聯目前正在開發超過 64TB 的解決方案。我們看到 SSD 和 HDD 所扮演的角色存在差異。隨著 1Tb 和 2Tb NAND 芯片即將推出，我們預計價格將下降 4 倍。這使得 SSD $/GB 的成本幾乎與 HDD 持平。隨著SSD成本的下降，基於閃存的存儲將佔據越來越多的熱存儲層。 HDD將逐步轉向近線和冷層。

企業和 HPC 應用程序目前需要 16-32 TB 的密度，預計未來 2-3 年內需要 256 TB SSD。儘管下一代 HDD 預計將達到 80-100 TB，但 SSD 已經可以使用 1Tb TLC 超越該密度。預計未來幾年每個芯片的 NAND 密度將達到 2 Tb，並且有明確的途徑達到 4 Tb。磁性介質不太可能跟上。

此外，PCIe Gen4、Gen5和Gen6的速度使SSD能夠承擔HDD無法觸及的新角色。 SSD 現在的速度足以取代當今 CPU 中的 L4 緩存。我們已經看到現代遊戲中 SSD 被用作即時紋理緩存的演變。在這個角色中，SSD 正在以更低的每 GB 成本增強 DRAM。利用 SSD 提供的附加容量，可以根據需要獲取和刪除紋理。這可以在不增加系統 DDR 成本的情況下顯著提高圖形性能。