SSD 的未来 – 第一部分

存储级内存、MRAM、大容量固态硬盘

作者塞巴斯蒂安·让 | 2021 年 6 月 14 日 | 全部, 技术

PLC存储芯片：它们有多远？

PLC 存储芯片在今天的台架实验中在技术上是可行的。使它们具有商业可行性的挑战来自于确保其性能特征对存储应用有用。 NAND 供应商必须平衡几个反向相关的特性，包括：读取速度、写入速度、编程/擦除循环、数据保留和制造良率。为了了解这种平衡行为可能如何发挥作用，我们只需看看 QLC。

理论上，由于更高的位密度，QLC 应该可以降低 33% 的成本。不幸的是，由于与工厂良率相关的挑战，成本节省仅为 10% 左右。影响价格的次要因素来自自行车。如今最先进的 QLC 可以提供 1200 个周期。第二个最接近的竞争对手只能提供 600 个周期。因此，市场领导者降低价格的压力较小。还有一个事实是，编程 QLC 比 TLC 慢 4-8 倍。这些性能降低对于确保数据保留持续时间与 TLC 匹配是必要的。当我们考虑 PLC 时，这些权衡可能会被放大。

当我们试图为这种 NAND 找到一个角色时，PLC 面临的最大挑战就会到来。它的特性可能比 QLC 更具限制性。循环次数会更少，而编程和擦除时间会更长。最初，QLC 仅适用于归档应用程序，但后来已扩展到冷存储或读取密集型热应用程序。值得庆幸的是，QLC 每一代都在进步。 PLC 很可能会遵循与 QLC 相同的演变，但速度要慢得多。实际上，考虑到我们今天在成熟的 QLC 方面遇到的困难，我们不太可能在未来五年内看到 PLC NAND。

基于 RAM 的存储比 NAND 更快，但驱动器在哪里？

基于 DDR 的存储已存在 20 多年，但从未真正流行起来。与现有替代解决方案相比，这主要取决于成本和性能。 DDR4 每通道的运行速度为 19-35 GB/s。相比之下，Gen4 SSD 的运行速度为 7 GB/s。速度差异已从一个数量级下降到 2-5 倍。

然后是成本问题。 DDR 目前的价格约为 $5/GB，而 NAND 的成本约为 $0.15/GB。如今，大多数应用程序都可以通过 SSD 池来满足其存储需求。基于192TB SSD的解决方案成本为$30K，而相同容量的DDR则超过$980K。从另一个角度来看问题，如果我们将预算设置为$30K，基于SSD的解决方案可以提供192TB的存储空间，但是基于DDR的解决方案只能提供6TB的存储空间。最后，DDR 是不稳定的。如果速度是优先考虑的并且丢失数据是可以接受的，那么为什么不直接在 RAM 中管理数据而不是通过文件系统呢？

基于 DDR 的高速存储存在市场，但规模很小。如果基于DDR的存储突然占据主导地位，群联已经拥有生产这种驱动器的内部技术。

超大型SSD（20TB或以上）预计将取代当今常见的2TB至4TB SSD。群联电子如何为这一转变做准备？

群联目前正在开发超过 64TB 的解决方案。我们看到 SSD 和 HDD 所扮演的角色存在差异。随着 1Tb 和 2Tb NAND 芯片即将推出，我们预计价格将下降 4 倍。这使得 SSD $/GB 的成本几乎与 HDD 持平。随着SSD成本的下降，基于闪存的存储将占据越来越多的热存储层。 HDD将逐步转向近线和冷层。

企业和 HPC 应用程序目前需要 16-32 TB 的密度，预计未来 2-3 年内需要 256 TB SSD。尽管下一代 HDD 预计将达到 80-100 TB，但 SSD 已经可以使用 1Tb TLC 超越该密度。预计未来几年每个芯片的 NAND 密度将达到 2 Tb，并且有明确的途径达到 4 Tb。磁性介质不太可能跟上。

此外，PCIe Gen4、Gen5和Gen6的速度使SSD能够承担HDD无法触及的新角色。 SSD 现在的速度足以取代当今 CPU 中的 L4 缓存。我们已经看到现代游戏中 SSD 被用作即时纹理缓存的演变。在这个角色中，SSD 正在以更低的每 GB 成本增强 DRAM。利用 SSD 提供的附加容量，可以根据需要获取和删除纹理。这可以在不增加系统 DDR 成本的情况下显着提高图形性能。