了解企業(yè)驅(qū)動(dòng)器的最新趨勢(shì)、高性能設(shè)備如何發(fā)揮作用以及底層NAND閃存技術(shù)進(jìn)步的影響。

對(duì)于企業(yè)應(yīng)用程序工作負(fù)載，固態(tài)驅(qū)動(dòng)器大多取代了磁性硬盤(pán)，并且越來(lái)越成為大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可行選擇。雖然出貨的HDD總數(shù)繼續(xù)超過(guò)SDD，但出貨量的交叉將在未來(lái)一兩年內(nèi)發(fā)生。

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與HDD相比，SDD在吞吐量和延遲方面具有巨大優(yōu)勢(shì)。然而，只要它們?nèi)匀慌cHDD外形和接口兼容，特別是2.5英寸小型(SFF)驅(qū)動(dòng)器機(jī)箱和SATAI/O格式。然而，隨著直接連接到PCI系統(tǒng)總線的基于NVMe的高性能SSD在企業(yè)中變得更加普遍，這種情況正在發(fā)生變化。

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SATA輸出，NVMe輸入

Statista估計(jì)SSD的出貨量將在2021年首次超過(guò)HDD。根據(jù)ResearchandMarkets的數(shù)據(jù)，到2024年，企業(yè)閃存存儲(chǔ)市場(chǎng)的收入將以每年17%的速度增長(zhǎng)，達(dá)到約250億美元。銷(xiāo)售額由四大驅(qū)動(dòng)超大規(guī)模云提供商——阿里巴巴、AWS、谷歌和微軟——以及協(xié)同定位設(shè)施正在取代許多企業(yè)數(shù)據(jù)中心。

物理學(xué)很少為您提供免費(fèi)的東西，因此增加每個(gè)單元的位密度的缺點(diǎn)是速度和耐力。

過(guò)去，閃存存儲(chǔ)在企業(yè)市場(chǎng)上與硬盤(pán)競(jìng)爭(zhēng)的最簡(jiǎn)單方法是采用現(xiàn)有的HDD物理和接口標(biāo)準(zhǔn)。直到幾年前，使用SAS和SATA接口的固態(tài)硬盤(pán)才在市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，在2017年底，NVMe高性能SSD的使用量激增，并超過(guò)了2018年年中出貨的SATA企業(yè)驅(qū)動(dòng)器的總?cè)萘俊?/p>

與SATA驅(qū)動(dòng)器相比，更喜歡NVMe高性能SSD有幾個(gè)原因。它們包括：

•NVMe協(xié)議專(zhuān)為非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(如NAND閃存)和下一代非易失性技術(shù)(如IntelOptane等3DXPoint)以及電阻和磁阻存儲(chǔ)器(如Everspin和AvalancheTechnology提供的技術(shù))而設(shè)計(jì)。它顯著簡(jiǎn)化了I/O協(xié)議并消除了HDD協(xié)議的其他限制。

更密集、更快的閃存

與動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)一樣，閃存通過(guò)檢測(cè)存儲(chǔ)單元中是否存在電荷來(lái)工作。與DRAM不同，閃存使用一種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，一旦內(nèi)存芯片斷電，它就不會(huì)失去電荷。

早期的閃存設(shè)計(jì)使用由絕緣二氧化硅包圍的導(dǎo)電多晶硅浮柵，在數(shù)據(jù)寫(xiě)入過(guò)程中通過(guò)稱(chēng)為Fowler-Nordheim隧道效應(yīng)的過(guò)程捕獲電子。這些平面結(jié)構(gòu)多年來(lái)一直很好地服務(wù)于行業(yè)，但它們的二維結(jié)構(gòu)限制了存儲(chǔ)單元陣列的密度。

構(gòu)建更高容量閃存設(shè)備的解決方案需要進(jìn)入硅襯底蝕刻3D結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以分層以在每個(gè)柱子上創(chuàng)建多個(gè)單元。這些設(shè)計(jì)與電荷存儲(chǔ)和絕緣材料的變化相結(jié)合，從而能夠使用電荷陷阱非易失性存儲(chǔ)機(jī)制。

除了在3D堆棧中分層存儲(chǔ)單元，今天的設(shè)備可以讀取每個(gè)存儲(chǔ)單元的多個(gè)電壓電平，使它們能夠存儲(chǔ)多于一位并增加容量。在單級(jí)單元(SLC)NAND器件中，浮動(dòng)晶體管柵極被充電的單元代表零，而沒(méi)有電荷的單元代表一。

相比之下，多級(jí)單元(MLC)器件可以將三個(gè)不同級(jí)別的電荷應(yīng)用于存儲(chǔ)門(mén)，以表示四種狀態(tài)或兩位。隨著時(shí)間的推移，工藝容差和寫(xiě)入電路已經(jīng)變得足夠準(zhǔn)確，可以表示七個(gè)或更多狀態(tài)，并啟用三級(jí)(TLC)和四級(jí)單元(QLC)設(shè)備，每個(gè)單元可以存儲(chǔ)16個(gè)電壓電平。

物理學(xué)很少為您提供免費(fèi)的東西，因此增加每個(gè)單元的位密度的缺點(diǎn)是速度和耐力。由于編程周期需要多個(gè)步驟，因此編程和讀取MLC、TLC和QLC器件所需的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。類(lèi)似地，位狀態(tài)之間的較小電壓容差意味著在單元無(wú)法區(qū)分位電平并因此無(wú)法使用之前，它需要較少的電荷泄漏。例如，大多數(shù)SLC設(shè)備適用于大約100,000個(gè)編程/擦除周期，而QLC設(shè)備可能只能容忍100個(gè)。

使用場(chǎng)景

位密度與性能和耐用性之間的權(quán)衡意味著SLC設(shè)備是寫(xiě)入密集型數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練或系統(tǒng)引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)器的首選或完全需要。相反，TLC或QLC設(shè)備適用于以讀取為主的應(yīng)用程序，例如文件共享和存檔。SSD耐用性通常以每天寫(xiě)入填充次數(shù)指定，以指示在驅(qū)動(dòng)器的使用壽命內(nèi)每天可以寫(xiě)入設(shè)備上每個(gè)單元的次數(shù)。

NVMe的優(yōu)勢(shì)意味著企業(yè)高性能SSD現(xiàn)在有多種外形規(guī)格。使用U.2和U.3標(biāo)準(zhǔn)的NVMe設(shè)備具有與傳統(tǒng)HDD相同的2.5英寸SFF尺寸，但使用支持PCIe接口的替代引腳。M.2、PCIe卡和英特爾的EDSFF(又名Ruler驅(qū)動(dòng)器)等替代品利用閃存芯片的小尺寸在緊湊的封裝中提供高容量。