過去十年,早期採用者,資料中心和企業客戶都對nand的開發起了重要作用。而決策購買這些產品的原因在於和hdd不同的效能和可靠性。
然而在過去的兩年裡,快閃儲存器的趨勢卻是犧牲效能降低成本的狀態。如今這項技術的效能和我們看到的硬碟效能越來越接近。在控制器方面,每個控制器到nand快閃儲存器的處理器核心和通道數量都減少了。理論上,新型快閃儲存器比舊式快閃儲存器要快,因此利用較少的通道也能實現同樣的效能,但隨著晶圓的面積越來越大,並行效率也會有所降低。快閃儲存器方面,風向轉向具有更高成本效益的tlc(每單元儲存3位元資料)導致了效能的持續降低,大型工作負載需要花費更長時間才能處理完成。這些工作負載與早期採用者選擇快閃儲存器時的工作負載是一樣的,長此以往,快閃儲存器也就沒有了優勢。
技術對照表:
slc緩衝區,dram使用者資料及其它技術已經掩蓋了現代低成本ssd的許多缺陷,但高階使用者可以甄別新舊產品。在此期間,縱然產品數量有所下降,你依然可以購買更高成本,基於mlc的ssd。然而,到了2023年底,這些產品幾乎將都會消失殆盡,你將不得不啟動備選方案。
你購買一款240gb容量的slc快閃儲存器ssd,最實惠的**大約是200美元。至少在slc從所有消費級ssd裡消失之前是這樣。我們稱supersspeed生產的slc ssd是乙個異數,它們所生產的產品數量有限,無法支援廣泛採用。 supersspeed slc固態硬碟是slc技術的最後一搏,而mlc產品也即將進入同型別產品的尾貨清單。 mlc就像一條砧板上的魚,等待著2023年下半年消費級產品市場的一次大**。
mlc中場叫停
mlc執行良好。該技術讓消費者有能力購買ssd,並且ssd以這項技術為跳板進擊消費級市場。然而為了滿足使用者對快閃儲存器的需求,公司不得不尋求新的方法來提高晶圓廠的產量。這些晶圓廠已經通過簡化光刻技術以及加大密度來提高晶圓的產量,但在2023年這顯然還不夠。tlc技術讓晶圓廠實現了更大限度的產量提公升,目的是將該技術推行到更多裝置並搶占市場份額。於是市場份額的搶奪戰縮短了快閃儲存器和硬碟之間的效能差距。
昂貴的tlc產品崛起
對於晶圓廠而言,對3d技術的投資一向貴的要命。三星遙遙領先,已經先後推出了基於3d v-nand的低成本消費級與嵌入式產品和大容量企業級磁碟。與其它公司的2d技術相比,三星的v-nand固態硬碟的零售成本更高。
東芝不久將推出bics flash,該公司將其命名為3d產品,類似於三星的v-nand。美光很快也將推出第二代3d技術。最初新一代技術都將以tlc的形式出現,我們預計直至2023年才會有3d mlc產品推出。即使(在東芝)我們看到了新的3d mlc,也不會以成本競爭形式冒進消費市場。
據稱,由於目前對快閃儲存器的需求,新型plextor m8se與tlc將很有可能比配置mlc的m8pe成本更高。plextor只為少數m8pe固態硬碟配置mlc技術,一旦它們銷售完,也就真的沒了。其他公司也是如此,而且它們將不再向渠道提供mlc產品,同時更昂貴的基於tlc的新產品上市了。
3d的耐久性話題
公司一旦談及即將推出的3d tlc,「耐久性」總是爭論的熱點。垂直堆疊的tlc確實比2d tlc的耐久性有所提高,但增益卻沒你預想的好。在今年的台北國際電腦展上,有兩位工程師表示,美光64層tlc使用其測試模型實現的p/e迴圈是1000到1500次。美光256gbit(第二代)tlc雖然來得早,但對使用者來說卻並不是什麼好兆頭。東芝和美光都不想在晶圓級上討論耐久性;反而更集中在裝置級的耐久**流上,這裡強大的糾錯技術起了重要作用。
平面mlc裝置沒有採用ldpc(低密度奇偶校驗碼)這種高階糾錯技術,但控制器的確執行了功能略遜一籌的bch ecc。這種時候,持續耐久性成了乙個無意義選項,就像二手車銷售人員把「有輪胎」作為一項功能一般。比如,與美光第二代3d相比,我們獲悉東芝即將推出的bics flash具有更高的耐用性,但這種營銷語言通常是含糊其辭的。
效能增長極慢
英特爾ssd 600p是使用者將來會看到的乙個很好地效能指標。該驅動器具有與低成本nvme控制器搭配的3d tlc技術。我們發現其效能要優於大多數使用者提供的sata ssd,但持續寫入效能要低於配置mlc快閃儲存器的主流sata ssd。大多數使用者將會看到日常使用軟體(如office,遊戲以及主要從驅動器中讀取資料的其他常規應用程式)的效能提公升。
如果你的工作負載涉及寫入密集型任務,那麼即便採用高階nvme協議,新一代配置tlc nand和低成本控制器的ssd也會更糟。hdd效能的提高更加劇了這個問題。今年測試的幾個具有200-250mbps順序寫入速度的硬碟驅動器,以及幾個tlc ssd,基於相同工作負載寫入速度只有50-100mbps。
快閃儲存器選型
你的車可以三輪驅動,可如果你只有兩個輪子會出現什麼情況?低成本ssd的問題是控制器。我們已經講了快閃儲存器的通道數量,但其處理能力也在降低。 phison在技術路線圖上仍然有4核控制器,但silicon motion公司和marvell則轉向雙核控制器,並且我們還未看到高效能型號更多核心的發布計畫。相比之下,三星的polaris控制器有五個核心,每個都有專門的作用。
後台活動需要大量的處理器時鐘週期,而只有兩個核心是不足以保持高效能的。大多數消費者購買較小的ssd,然後使用大部分可用容量。這將讓快閃儲存器處理器管理驅動器資料更加困難。使用較大的驅動器,占用較少的快閃儲存器空間,你會獲得更高的效能。另乙個選擇是讓控制器設計師構建具有更多核心的產品,以便執行後台活動,而不會對前台效能造成重大影響。公司需要更好地掩蓋原始tlc的寫入效能,或者失去那些願意為更高階產品支付更多費用的客戶。
更多的核心意味著更多的熱量,對於電路板面積較小的m.2裝置來說,冷卻控制器是乙個更大的問題。雖然我們已經看到有一些nvme ssd,即便是在m.2這樣的裝置裡都裝有散熱片,而且增加了表面冷卻面積。在測試中我們不需要大量的鋁來控溫,但這也也要努力才能併入附加硬體。單元一位元儲存確實有很長的路要走。
備選方案
現在推薦的是英特爾的optane memory(快取nvme ssd)與7200rpm硬碟驅動器配合使用1tb tlc ssd。目前希捷由於這個效能優勢已經對optane memory籌畫推廣。
說明白一點就是,希捷正在推廣optane memory以銷售配備該技術的硬碟,提供卓越的使用者體驗。英特爾投入的廣告費用還不清楚,但optane memory已將hdd帶回到儲存對話。許多人將硬碟驅動器轉移到冷庫作為次要磁碟或nas裝置,可hdd絕地反擊了。
另乙個選擇來自二手市場,市場中的企業級ssd被廉價甩賣。這一直是高階使用者的選擇,但我們認為在以零售方式購買前,更多的使用者回去看看網上**。上圖中,我們看到了一款配置mlc快閃儲存器的intel dc s3510 480gb ssd,售價等於一款512gb基於tlc的消費級ssd。還有一些高效能的nvme ssd也可以使用,但是你要了解這個路數所涉及的風險。企業級固態硬碟需要額外的冷卻,而第三方銷售商可能拒絕保修索賠。企業級固態硬碟仍然建立在更高的標準上,而且它們通常包括主機電源故障保護。他們也消耗更多的電力,所以筆記本使用者將需要認真挑選並且知道他們正在入手什麼。
新的企業級ssd的成本明顯高於基於tlc的消費級ssd,但**通常比你想象的低。以亞馬遜為首的電商擁有這些產品,找到**便宜的第二代第三代產品很順手。你雖然沒有最新的企業技術,但產品往往優於目前銷售的ssd。
結尾目前為止,我們看到很多新一代固態硬碟都是為了降低成本而設計。效能成了退而求其次。晶圓廠將迫使使用者使用3d tlc,並推出成本更低的控制器設計,進一步降低混合與連續工作負載的處理效能。如果控制器設計師不回歸更高效的產品,我們預計會遭到高階使用者,玩家和愛好者的反抗。這種反抗將以optane與旋轉磁碟或為工作站使用購買的二手企業級產品配合使用。
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