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英特尔:数据大爆炸时代的存储
英特尔在本次CFMS上进行了主题演讲。英特尔给出的数据是,到2025年,全球数据量将会增长到175ZB,数据将成为宝贵的资源。为了存储和处理如此海量的数据,英特尔在很早之前就进入了Flash存储市场,商业化了17代Flash闪存,包括第一个64层TLC、第一个QLC等。在3DNAND方面,英特尔在2016年发布了第一代32层3DNAND产品,现在已经提升至144层,并且采用的是QLC存储,最大容量为32TB。
在未来的发展方面,英特尔认为,随着层数不断堆叠,NAND在容量方面的发展实际上是不断收敛的,其原因一方面是堆叠难度越来越高,很难不断翻倍,另一方面则是高的堆叠层数带来了工艺方面的挑战。因此更大的堆叠层数不是唯一提升NAND容量的方法,英特尔在尝试使用更多的维度来提升NAND的容量。英特尔未来将会引入PLC技术,也就是在一个存储位上存储5bit数据,相比之前的4bitQLC,PLC能够再度提升25%的数据密度。不过目前PLC还存在寿命和读写速度等方面的难题,英特尔宣称他们的QLC技术演进至PLC技术是更为容易实现的。
此外,英特尔还提到了自己的2个创新技术,一个是BBD(BlockByDeck,独立层),这个技术是指英特尔NAND中,堆叠的不同层(deck)都通过dummyWL隔开,并可以进行独立的擦除控制,保证其他层的数据完整性不变。另一个技术是EDSFF接口,这个技术使用在SSD上,包括E1.L接口和U.2接口,可以根据不同的应用市场进行选择。比如E1.L面向大容量和高密度存储,支持更好散热并为云存储优化。另外,英特尔也已经为PCIe4.0做好了准备,并提供了一套解决方案,从各方面支持存储容量和速度的提升。
总的来看,英特尔在目前的这个数据大爆炸时代,带来了一整套数据存储方案,配合英特尔强大的数据处理和计算能力,能够为数据计算提供极大的方便,我们也期待英特尔的技术和产品进一步推动行业的快速发展。
三星:用全新技术引领数据海洋
三星在CFMS2021上针对现在市场对存储容量、速度和带宽的需求进行了分析。三星认为目前数据正在快速增长,但是现有的计算机架构冯·诺依曼架构存在明显的局限性,需要进一步提升存储系统的性能。为此,三星提出了三个技术来改善这种情况。
首先是HBM-PIM技术,这个技术是通过HBM存储结合处理器进行2.5D封装实现的。所谓PIM,是指集成处理单元的内存(processorinmemory),也就是在内存中集成了小型的处理单元,内存中集成的PCU(可编程计算单元)能够帮助系统处理部分计算任务,比如目前流行的AI计算任务。不仅如此,PIM还可以智能调用内存中的数据以节约带宽和功耗。三星的数据显示,HBM-PIM能够在AI计算中带来最高2倍于传统结构的性能,并最多降低70%以上的功耗。
其次,三星带来了AXDIMM技术,这是一种在DIMM端使用了PIM技术的新型存储设备。三星为DIMM内存加入了名为AXDIMMBUFFER的缓冲片,并内嵌处理单元。这样一来,内存可以智能地对多个内存芯片进行访问,从而提升效率和性能。三星的数据显示在部分AI应用中,AXDIMM带来了最高2倍性能提升和40%的功耗降低。
最后,三星为存储设备带来了CXL接口,比如采用CXL的DDR5内存。CXL是一种新的协议,相比现有协议带宽更高、延迟更低、环节更少,因此能够使CPU、GPU、FPGA芯片等计算设备和存储设备之间实现更为快速的互联。三星展示CXL技术和相关产品,也显示了三星在存储行业的深厚积累。
在NAND产品方面,三星还带来了有关先进通道蚀刻技术的垂直堆栈展示。三星宣称新的技术可以带来超过1000层的堆叠,并且计划在2022年带来V7的QLC产品。另外,三星在PCIe5.0设备上也计划提供U.2接口的25W设备,移动设备方面也将提供UFS4.0接口,带来24Gbps的速度。
美光:智能汽车数据大爆发即将到来
美光认为,在即将到来的后疫情时代,数据存储发生了重大变化,比如现在相比之前,由于远程技术、在线技术的发展,实际产生的数据比之前的预测提高了大约20%。随着产业发展,移动市场、5G和AI市场都要求更高、更快的存储设备。在嵌入式市场,eMMC由于性能较差,也正在迅速被UFS替代。一般存储设备也正在从PCIe3.0过渡至PCIe4.0,很快还会过渡到PCIe5.0,在接口和外形尺寸方面,目前的M.2和U.2接口,会过渡到EDSFF以获得更出色的适用性。
美光着重提到了汽车领域的内容。美光认为随着技术发展,一辆智能汽车上运行的代码会达到1亿行~3亿行,并且自动驾驶会从L2级别一直发展到L5级别,这都会带来NAND存储的需求增加。美光预测2021年每辆汽车需要100GB存储空间,2024年将需要超過300GB。美光在汽车行业深耕30余年,正在深入地根据汽车的发展来实现市场的需求。
在存储芯片方面,美光目前已经实现了176层NAND的堆叠,相比96层的产品,新品的能效比和性能都提升了2倍,最高传输速率可达到1600MT/s。接下来,美光还将持续推进技术研发,推出超过200层堆叠的产品,以及加强过的QLC存储,加速取代HDD。
国产全面崛起:全产业链自主可控
除了国外厂商外,在本次CFMS2021上,国内厂商也展示了大量先进技术,不但力争实现存储全产业链自主可控,还开始积极主动地探索技术前沿、走入研发的“无人区”。
长江存储在本次会议上介绍了自己产品研发的部分内容。2021年,长江存储已经成功研发了Xtacting3.0技术,新的厂房也开始投产,64层的颗粒出货了3亿颗,128层QLC、TLC开始量产,良率也已经达到标准,整个产品也进入了高端智能手机和企业级应用。目前长江存储希望打造多元化存储器解决方案,实现更低成本和更高性能,并希望和合作伙伴一起建立良好的产业生态链。在具体产品方面,长江存储展示了第三代NAND产品,也就是YMTCX2-9060,它使用最高为128层512Gb颗粒,基于Xtacting2.0架构构建,支持1600MT/sIO接口,相比上代YMTCX1-9050性能提升了大约20%,同时功耗降低了25%,基本接近理论上限,此外还带来了更好的工艺和产品可靠性。 江波龙作为近年来崛起的国内存储产业界重要企业,也发表了有关旗下产品的介绍演讲。其重点产品是M2个人云存储,这款产品的特点是数据安全保密做得非常到位,凭借创新的机卡分离模式和FileDog技术,可以有效保护数据的安全性,江波龙将凭借此技术开展存储空间破解大赛,这显示江波龙对自家存储安全的技术的极强信心。
和江波龙展示新品和安全技术不同,英韧科技带来的是自主可控方面的专题演讲。英韧科技认为,随着十年来不断投入,国内逐渐掌握了从NAND到控制器、闪存模组方面的技术,其实际效果表现已经和国外产品持平甚至更好,因此完全有望实现整个产业链的自主可控。英韧科技展示了自己的PCIe4.0主控芯片Rainier,这款产品采用12nm工艺,顺序读写速度高达7400MB/s和6400MB/s,是全球最快的主控芯片产品之一。2021年9月,英韧科技还发布了RainierQX,这颗PCIeGen4控制器支持2400MT/sNAND接口且无须DRAM,极大提高了PCIe4.0产品的性价比。
国内领先的封装测试企业富通微电也莅临了本次峰会,并发表了主题演讲。富通微电表示,自己拥有完善的产品线和配套工艺,目前还可以提供3D封装的解决方案,可以满足不同市场的需求。富通微电计划和上下游厂商、国内半导体产业紧密联合,完善自己在封装测试和产业发展方面的能力,持续推动国内半导体产业发展。
此外,合肥兆芯在本次峰会上表示,未来合肥兆芯、深圳宏芯宇将由“芯”出发,结合闪存上游资源,加上平台资源,跟客户共建测试平台,希望能把产业上中下游资源整合,提供更高品质的配套服务。沛顿科技也表示,规划未来五年持续增加先进封装技术的研发,包括bumping技术,WLCSP技术,3DTSV技术等。工控行业的领先企业宜鼎国际则认为未来AIoT的发展机遇很多,其推出的InnoBTSSSD、InnoOSRSSD等可以为区块链、AIoT以及本地运维、边缘设备等场合发挥作用。星宸科技是一家聚焦于视觉处理的AIoT相关细分领域的芯片设计公司,对存储设备的快速启动和低功耗有着高要求、高标准,这也为存储企业提供了巨大的市场机遇。
其他企业方面,慧荣科技发表了有关产业链内容的演讲,提及在全球“缺芯”的情况下,慧荣科技也面临了严重的缺货困扰。虽然目前市场可能表现出终端需求降低,但是没有任何一家企业减少芯片下单和购买,因此短期内芯片缺货问题依旧存在。群联电子进行了有关产业链资源共享和定制化的演讲。群联电子认为未来闪存的應用逐渐定制化,包括汽车、医疗、物联网等都将采用定制化设计,这会带来工程师的短缺。同时,整个存储产业链投入巨大,一个企业肯定无法承担,未来需要整个产业链进行上下游资源共享并结成联盟才能快速发展,提高效益。
写在最后
总的来看,本次会议集中展示了未来闪存的发展道路。上游厂商方面在积极推动更高层数堆叠以及QLC、PLC产品的应用,其他部分厂商在外围功能设计、产业联合方面提出了自己的看法。所有这些内容,都显示了整个存储业界在目前供应链短缺和芯片缺乏的情况下,依旧在积极努力,不断推进存储技术前行,给未来的数字化世界和生活带来一个稳定可靠的技术基础。
专访英特尔NAND产品与解决方案事业部亚太区销售总监倪锦峰
MC:CuA(CMOSunderArray,阵列下CMOS技术)证明了英特尔和美光的前瞻性、先进性,但现在业界其他品牌也在研发类似技术,英特尔的优势相对缩小了吗?目前3DNAND的成本是否能够进一步压缩?
倪锦峰:容量密度提升是通过几个方面来实现的。一是架构层面,CuA现在大家几乎都在做,确实已经不算是独一无二的优势;第二就是堆叠;第三是向QLC和PLC方面的演进。所以我们要不断在其他方面做一些创新,通过多个维度来实现密度的提升。
价格需要从几个方面去考量。撇开缺货导致价格上涨等行情因素,从技术本身来说,首先就是往上堆叠,但会逐渐遇到瓶颈,因为叠的层数越高,需要的时间越长。比如500层或者1000层堆叠,工艺周期确实比较长。第二个是向QLC、PLC发展,从另外一个维度实现成本的下降。第三个是结构的收敛,这个我相信每家都在做。第四个是在SSD层面的创新。如果工作负载、数据流都可以顺序化,比如前面放一个傲腾把数据顺序化之后,就不需要那些冗余空间,从而可以让大约7%甚至10%以上的空间可以空出来,这也是一个很大的收益。
MC:每年我们都会谈到闪存和磁盘的关系,目前的大环境下您怎么看?
倪锦峰:这个话题几年前比较热,但是现在,HDD已经在很多小容量环境下被替换,尤其是4TB及以下的HDD基本上已经替换完成了。只有部分大客户的容量盘比较大,比如14TB、18TB之类,那么需要QLC或者TLC容量达到目前2~3倍的时候才可以大规模替换。也有一些客户对性能有要求,比如说互联网计算的本地盘之类,还是需要使用闪存。当然,我们也不希望一夜之间就把所有的HDD替换掉。SSD的全球产能只占到存储总量的一部分,市场需要一步一步发展。
MC:能不能介绍一下关于PLC颗粒的现状?
倪锦峰:我们做PLC是一条必然之路,3D堆叠终将会遇到工艺周期过长等瓶颈,对于使用FloatingGate(浮栅式结构)的英特尔来说,选择QLC、PLC的优势也比较大一些。我们对PLC的未来很看好,它的P/E擦写次数将会远远超过现在的几十次,这样就能实现替代部分的企业级应用的目标,而不是做简单的消费级或者商用级的产品。
另外,我们针对的目标是温冷存储。温存储很多是可以用QLC加PLC来替代HDD的。我们可以简单算一下,以18TB的HDD为例,一个PLC的SSD可能有65TB,完全可以替代三片HDD。我们假设每个HDD写入0.2GB/秒,即使在5年寿命期内不断工作,也只能写入约30PB,三个HDD也就是写入90PB。如果换成65TB的PLCSSD,只需要将寿命做到1500多个P/E擦写次数就够了。况且在你的实际应用当中,不可能买一块18TB的HDD只写不读。这样看来,PLC完全可以替代其中很大一部分HDD。 另外,SSD的效率其实是比较平稳的,5年的寿命期里基本只有0.2%~0.4%失效。虽然HDD前期的失效率比较低,但是3年以后失效率就大幅提升了。再加上功耗等方面的问题,HDD一般用不到5年,PLC在这方面还是很有优势的。
MC:在英特尔SSD产品中,SLC缓存的更新机制是怎么样的?
倪锦峰:这需要分成两部分来谈。第一,我们在企业级SSD中不使用SLC缓存。SLC缓存有利有弊,如果缓存成功命中,SSD的延迟和性能都很好,但是错失掉之后性能就有损失。我们的企业级SSD一贯重视性能的稳定性和一致性,所以不适合使用SLC缓存。我们选择使用DRAM缓存,并且为了保持稳定性,DRAM只用于逻辑和物理地址映射表。性能时好时坏的SLC缓存,是企业级客户无法接受的。
第二,在消费级SSD中,我们使用SLC缓存,并且分为固定缓存和动态缓存。固定缓存约占消费级SSD容量的1.2%,1TB的QLCSSD差不多有12GB是固定的SLC缓存;还有一部分是动态SLC缓存,在剩余容量比较多的情况下最多会占到SSD容量的14%,随着SSD写入越来越多,动态缓存会越来越少,直到SSD写入75%时,动态缓存就没了。
MC:英特尔PCIe5.0SSD的进度怎么样?
倪錦峰:这是一个很热的话题,我们也在设计PCIe5.0架构的SSD,未来将会推出。对行业来说,PCIe5.0具有一定的挑战性。从PCIeGen3到Gen4接口,整个行业的切换速度虽然还可以,但比我们预期的要慢一些。Gen4到Gen5的难度会更大,因为切换成本很高。
另外,本次大会的主持人也分享了一个行业报告,企业级SSD平均容量只有2.5TB~3TB,主流的容量也就是4TB和8TB,在这种情况下,PCIe4.0已经足够了,PCIe5.0难以在容量上不去的情况下发挥更大优势。更重要的是,企业级应用更注重随机性能,顺序性能也有需求,但是使用场景不多。
所以我们一方面在加速PCIe5.0的SSD的研发,另一方面是要引导整个行业发展,打通整个产业链。在企业级SSD平均容量没有达到16TB、32TB时,PCIe5.0的性能无法得到体现;平均容量上去了,又要担心故障转移的管理,也就是损坏之后数据怎么挪移。这个时候还需要有足够大的网络带宽,才能在SSD失效后进行实时修复。总的来说,从PCIe4.0切换到PCIe5.0,不仅是一个接口的替换,还是整个行业的升级,这是一个比较复杂的过程。
MC:BBD技术到底是为了增加容量还是增加NAND的寿命?
倪锦峰:BBD技术是BlockByDeck的简称,是用在我们的144层堆叠上的技术。我们在144层堆叠上使用了三个48层进行叠加,工艺方面相对其他品牌会复杂一些,但是也带来了好处。在BBD架构中,我们用虚拟层将每个Deck分开,每个Deck可以作为SLC或QLC运行。为了更有效地擦除区块,每块Deck可以被擦除而不触及存储在其他Deck上的数据,性能也可以提升很多。另外在我们的Block里,Deck可以按SLC和QLC模式进行混合分配,给了我们很多弹性,带来了更好的固态盘级优势。
英特尔在本次CFMS上进行了主题演讲。英特尔给出的数据是,到2025年,全球数据量将会增长到175ZB,数据将成为宝贵的资源。为了存储和处理如此海量的数据,英特尔在很早之前就进入了Flash存储市场,商业化了17代Flash闪存,包括第一个64层TLC、第一个QLC等。在3DNAND方面,英特尔在2016年发布了第一代32层3DNAND产品,现在已经提升至144层,并且采用的是QLC存储,最大容量为32TB。
在未来的发展方面,英特尔认为,随着层数不断堆叠,NAND在容量方面的发展实际上是不断收敛的,其原因一方面是堆叠难度越来越高,很难不断翻倍,另一方面则是高的堆叠层数带来了工艺方面的挑战。因此更大的堆叠层数不是唯一提升NAND容量的方法,英特尔在尝试使用更多的维度来提升NAND的容量。英特尔未来将会引入PLC技术,也就是在一个存储位上存储5bit数据,相比之前的4bitQLC,PLC能够再度提升25%的数据密度。不过目前PLC还存在寿命和读写速度等方面的难题,英特尔宣称他们的QLC技术演进至PLC技术是更为容易实现的。
此外,英特尔还提到了自己的2个创新技术,一个是BBD(BlockByDeck,独立层),这个技术是指英特尔NAND中,堆叠的不同层(deck)都通过dummyWL隔开,并可以进行独立的擦除控制,保证其他层的数据完整性不变。另一个技术是EDSFF接口,这个技术使用在SSD上,包括E1.L接口和U.2接口,可以根据不同的应用市场进行选择。比如E1.L面向大容量和高密度存储,支持更好散热并为云存储优化。另外,英特尔也已经为PCIe4.0做好了准备,并提供了一套解决方案,从各方面支持存储容量和速度的提升。
总的来看,英特尔在目前的这个数据大爆炸时代,带来了一整套数据存储方案,配合英特尔强大的数据处理和计算能力,能够为数据计算提供极大的方便,我们也期待英特尔的技术和产品进一步推动行业的快速发展。
三星:用全新技术引领数据海洋
三星在CFMS2021上针对现在市场对存储容量、速度和带宽的需求进行了分析。三星认为目前数据正在快速增长,但是现有的计算机架构冯·诺依曼架构存在明显的局限性,需要进一步提升存储系统的性能。为此,三星提出了三个技术来改善这种情况。
首先是HBM-PIM技术,这个技术是通过HBM存储结合处理器进行2.5D封装实现的。所谓PIM,是指集成处理单元的内存(processorinmemory),也就是在内存中集成了小型的处理单元,内存中集成的PCU(可编程计算单元)能够帮助系统处理部分计算任务,比如目前流行的AI计算任务。不仅如此,PIM还可以智能调用内存中的数据以节约带宽和功耗。三星的数据显示,HBM-PIM能够在AI计算中带来最高2倍于传统结构的性能,并最多降低70%以上的功耗。
其次,三星带来了AXDIMM技术,这是一种在DIMM端使用了PIM技术的新型存储设备。三星为DIMM内存加入了名为AXDIMMBUFFER的缓冲片,并内嵌处理单元。这样一来,内存可以智能地对多个内存芯片进行访问,从而提升效率和性能。三星的数据显示在部分AI应用中,AXDIMM带来了最高2倍性能提升和40%的功耗降低。
最后,三星为存储设备带来了CXL接口,比如采用CXL的DDR5内存。CXL是一种新的协议,相比现有协议带宽更高、延迟更低、环节更少,因此能够使CPU、GPU、FPGA芯片等计算设备和存储设备之间实现更为快速的互联。三星展示CXL技术和相关产品,也显示了三星在存储行业的深厚积累。
在NAND产品方面,三星还带来了有关先进通道蚀刻技术的垂直堆栈展示。三星宣称新的技术可以带来超过1000层的堆叠,并且计划在2022年带来V7的QLC产品。另外,三星在PCIe5.0设备上也计划提供U.2接口的25W设备,移动设备方面也将提供UFS4.0接口,带来24Gbps的速度。
美光:智能汽车数据大爆发即将到来
美光认为,在即将到来的后疫情时代,数据存储发生了重大变化,比如现在相比之前,由于远程技术、在线技术的发展,实际产生的数据比之前的预测提高了大约20%。随着产业发展,移动市场、5G和AI市场都要求更高、更快的存储设备。在嵌入式市场,eMMC由于性能较差,也正在迅速被UFS替代。一般存储设备也正在从PCIe3.0过渡至PCIe4.0,很快还会过渡到PCIe5.0,在接口和外形尺寸方面,目前的M.2和U.2接口,会过渡到EDSFF以获得更出色的适用性。
美光着重提到了汽车领域的内容。美光认为随着技术发展,一辆智能汽车上运行的代码会达到1亿行~3亿行,并且自动驾驶会从L2级别一直发展到L5级别,这都会带来NAND存储的需求增加。美光预测2021年每辆汽车需要100GB存储空间,2024年将需要超過300GB。美光在汽车行业深耕30余年,正在深入地根据汽车的发展来实现市场的需求。
在存储芯片方面,美光目前已经实现了176层NAND的堆叠,相比96层的产品,新品的能效比和性能都提升了2倍,最高传输速率可达到1600MT/s。接下来,美光还将持续推进技术研发,推出超过200层堆叠的产品,以及加强过的QLC存储,加速取代HDD。
国产全面崛起:全产业链自主可控
除了国外厂商外,在本次CFMS2021上,国内厂商也展示了大量先进技术,不但力争实现存储全产业链自主可控,还开始积极主动地探索技术前沿、走入研发的“无人区”。
长江存储在本次会议上介绍了自己产品研发的部分内容。2021年,长江存储已经成功研发了Xtacting3.0技术,新的厂房也开始投产,64层的颗粒出货了3亿颗,128层QLC、TLC开始量产,良率也已经达到标准,整个产品也进入了高端智能手机和企业级应用。目前长江存储希望打造多元化存储器解决方案,实现更低成本和更高性能,并希望和合作伙伴一起建立良好的产业生态链。在具体产品方面,长江存储展示了第三代NAND产品,也就是YMTCX2-9060,它使用最高为128层512Gb颗粒,基于Xtacting2.0架构构建,支持1600MT/sIO接口,相比上代YMTCX1-9050性能提升了大约20%,同时功耗降低了25%,基本接近理论上限,此外还带来了更好的工艺和产品可靠性。 江波龙作为近年来崛起的国内存储产业界重要企业,也发表了有关旗下产品的介绍演讲。其重点产品是M2个人云存储,这款产品的特点是数据安全保密做得非常到位,凭借创新的机卡分离模式和FileDog技术,可以有效保护数据的安全性,江波龙将凭借此技术开展存储空间破解大赛,这显示江波龙对自家存储安全的技术的极强信心。
和江波龙展示新品和安全技术不同,英韧科技带来的是自主可控方面的专题演讲。英韧科技认为,随着十年来不断投入,国内逐渐掌握了从NAND到控制器、闪存模组方面的技术,其实际效果表现已经和国外产品持平甚至更好,因此完全有望实现整个产业链的自主可控。英韧科技展示了自己的PCIe4.0主控芯片Rainier,这款产品采用12nm工艺,顺序读写速度高达7400MB/s和6400MB/s,是全球最快的主控芯片产品之一。2021年9月,英韧科技还发布了RainierQX,这颗PCIeGen4控制器支持2400MT/sNAND接口且无须DRAM,极大提高了PCIe4.0产品的性价比。
国内领先的封装测试企业富通微电也莅临了本次峰会,并发表了主题演讲。富通微电表示,自己拥有完善的产品线和配套工艺,目前还可以提供3D封装的解决方案,可以满足不同市场的需求。富通微电计划和上下游厂商、国内半导体产业紧密联合,完善自己在封装测试和产业发展方面的能力,持续推动国内半导体产业发展。
此外,合肥兆芯在本次峰会上表示,未来合肥兆芯、深圳宏芯宇将由“芯”出发,结合闪存上游资源,加上平台资源,跟客户共建测试平台,希望能把产业上中下游资源整合,提供更高品质的配套服务。沛顿科技也表示,规划未来五年持续增加先进封装技术的研发,包括bumping技术,WLCSP技术,3DTSV技术等。工控行业的领先企业宜鼎国际则认为未来AIoT的发展机遇很多,其推出的InnoBTSSSD、InnoOSRSSD等可以为区块链、AIoT以及本地运维、边缘设备等场合发挥作用。星宸科技是一家聚焦于视觉处理的AIoT相关细分领域的芯片设计公司,对存储设备的快速启动和低功耗有着高要求、高标准,这也为存储企业提供了巨大的市场机遇。
其他企业方面,慧荣科技发表了有关产业链内容的演讲,提及在全球“缺芯”的情况下,慧荣科技也面临了严重的缺货困扰。虽然目前市场可能表现出终端需求降低,但是没有任何一家企业减少芯片下单和购买,因此短期内芯片缺货问题依旧存在。群联电子进行了有关产业链资源共享和定制化的演讲。群联电子认为未来闪存的應用逐渐定制化,包括汽车、医疗、物联网等都将采用定制化设计,这会带来工程师的短缺。同时,整个存储产业链投入巨大,一个企业肯定无法承担,未来需要整个产业链进行上下游资源共享并结成联盟才能快速发展,提高效益。
写在最后
总的来看,本次会议集中展示了未来闪存的发展道路。上游厂商方面在积极推动更高层数堆叠以及QLC、PLC产品的应用,其他部分厂商在外围功能设计、产业联合方面提出了自己的看法。所有这些内容,都显示了整个存储业界在目前供应链短缺和芯片缺乏的情况下,依旧在积极努力,不断推进存储技术前行,给未来的数字化世界和生活带来一个稳定可靠的技术基础。
专访英特尔NAND产品与解决方案事业部亚太区销售总监倪锦峰
MC:CuA(CMOSunderArray,阵列下CMOS技术)证明了英特尔和美光的前瞻性、先进性,但现在业界其他品牌也在研发类似技术,英特尔的优势相对缩小了吗?目前3DNAND的成本是否能够进一步压缩?
倪锦峰:容量密度提升是通过几个方面来实现的。一是架构层面,CuA现在大家几乎都在做,确实已经不算是独一无二的优势;第二就是堆叠;第三是向QLC和PLC方面的演进。所以我们要不断在其他方面做一些创新,通过多个维度来实现密度的提升。
价格需要从几个方面去考量。撇开缺货导致价格上涨等行情因素,从技术本身来说,首先就是往上堆叠,但会逐渐遇到瓶颈,因为叠的层数越高,需要的时间越长。比如500层或者1000层堆叠,工艺周期确实比较长。第二个是向QLC、PLC发展,从另外一个维度实现成本的下降。第三个是结构的收敛,这个我相信每家都在做。第四个是在SSD层面的创新。如果工作负载、数据流都可以顺序化,比如前面放一个傲腾把数据顺序化之后,就不需要那些冗余空间,从而可以让大约7%甚至10%以上的空间可以空出来,这也是一个很大的收益。
MC:每年我们都会谈到闪存和磁盘的关系,目前的大环境下您怎么看?
倪锦峰:这个话题几年前比较热,但是现在,HDD已经在很多小容量环境下被替换,尤其是4TB及以下的HDD基本上已经替换完成了。只有部分大客户的容量盘比较大,比如14TB、18TB之类,那么需要QLC或者TLC容量达到目前2~3倍的时候才可以大规模替换。也有一些客户对性能有要求,比如说互联网计算的本地盘之类,还是需要使用闪存。当然,我们也不希望一夜之间就把所有的HDD替换掉。SSD的全球产能只占到存储总量的一部分,市场需要一步一步发展。
MC:能不能介绍一下关于PLC颗粒的现状?
倪锦峰:我们做PLC是一条必然之路,3D堆叠终将会遇到工艺周期过长等瓶颈,对于使用FloatingGate(浮栅式结构)的英特尔来说,选择QLC、PLC的优势也比较大一些。我们对PLC的未来很看好,它的P/E擦写次数将会远远超过现在的几十次,这样就能实现替代部分的企业级应用的目标,而不是做简单的消费级或者商用级的产品。
另外,我们针对的目标是温冷存储。温存储很多是可以用QLC加PLC来替代HDD的。我们可以简单算一下,以18TB的HDD为例,一个PLC的SSD可能有65TB,完全可以替代三片HDD。我们假设每个HDD写入0.2GB/秒,即使在5年寿命期内不断工作,也只能写入约30PB,三个HDD也就是写入90PB。如果换成65TB的PLCSSD,只需要将寿命做到1500多个P/E擦写次数就够了。况且在你的实际应用当中,不可能买一块18TB的HDD只写不读。这样看来,PLC完全可以替代其中很大一部分HDD。 另外,SSD的效率其实是比较平稳的,5年的寿命期里基本只有0.2%~0.4%失效。虽然HDD前期的失效率比较低,但是3年以后失效率就大幅提升了。再加上功耗等方面的问题,HDD一般用不到5年,PLC在这方面还是很有优势的。
MC:在英特尔SSD产品中,SLC缓存的更新机制是怎么样的?
倪锦峰:这需要分成两部分来谈。第一,我们在企业级SSD中不使用SLC缓存。SLC缓存有利有弊,如果缓存成功命中,SSD的延迟和性能都很好,但是错失掉之后性能就有损失。我们的企业级SSD一贯重视性能的稳定性和一致性,所以不适合使用SLC缓存。我们选择使用DRAM缓存,并且为了保持稳定性,DRAM只用于逻辑和物理地址映射表。性能时好时坏的SLC缓存,是企业级客户无法接受的。
第二,在消费级SSD中,我们使用SLC缓存,并且分为固定缓存和动态缓存。固定缓存约占消费级SSD容量的1.2%,1TB的QLCSSD差不多有12GB是固定的SLC缓存;还有一部分是动态SLC缓存,在剩余容量比较多的情况下最多会占到SSD容量的14%,随着SSD写入越来越多,动态缓存会越来越少,直到SSD写入75%时,动态缓存就没了。
MC:英特尔PCIe5.0SSD的进度怎么样?
倪錦峰:这是一个很热的话题,我们也在设计PCIe5.0架构的SSD,未来将会推出。对行业来说,PCIe5.0具有一定的挑战性。从PCIeGen3到Gen4接口,整个行业的切换速度虽然还可以,但比我们预期的要慢一些。Gen4到Gen5的难度会更大,因为切换成本很高。
另外,本次大会的主持人也分享了一个行业报告,企业级SSD平均容量只有2.5TB~3TB,主流的容量也就是4TB和8TB,在这种情况下,PCIe4.0已经足够了,PCIe5.0难以在容量上不去的情况下发挥更大优势。更重要的是,企业级应用更注重随机性能,顺序性能也有需求,但是使用场景不多。
所以我们一方面在加速PCIe5.0的SSD的研发,另一方面是要引导整个行业发展,打通整个产业链。在企业级SSD平均容量没有达到16TB、32TB时,PCIe5.0的性能无法得到体现;平均容量上去了,又要担心故障转移的管理,也就是损坏之后数据怎么挪移。这个时候还需要有足够大的网络带宽,才能在SSD失效后进行实时修复。总的来说,从PCIe4.0切换到PCIe5.0,不仅是一个接口的替换,还是整个行业的升级,这是一个比较复杂的过程。
MC:BBD技术到底是为了增加容量还是增加NAND的寿命?
倪锦峰:BBD技术是BlockByDeck的简称,是用在我们的144层堆叠上的技术。我们在144层堆叠上使用了三个48层进行叠加,工艺方面相对其他品牌会复杂一些,但是也带来了好处。在BBD架构中,我们用虚拟层将每个Deck分开,每个Deck可以作为SLC或QLC运行。为了更有效地擦除区块,每块Deck可以被擦除而不触及存储在其他Deck上的数据,性能也可以提升很多。另外在我们的Block里,Deck可以按SLC和QLC模式进行混合分配,给了我们很多弹性,带来了更好的固态盘级优势。