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2019年SSD回顾:TLC NAND仍然是主流

渔翁先生 2020-01-03 09:40 次阅读

近日,老牌硬件媒体AnandTech发表文章总结了2019年SSD的发展,AnandTech认为在过去的一年里,固态硬盘的NAND层数在不断增加,QLC SSD开始进入入门级的市场,但是TLC仍是主流和高端SSD的首选。

尽管我们目前正处于PCIe 4.0革命的风口浪尖,但在2019年,闪存价格已经趋于平稳,甚至有所回升,新技术的推出速度缓慢。研发的步伐仍在跟上,因此,随着我们进入2020年,我们应该开始看到在2019年设计的基础上进行许多有趣的开发。这是我们的SSD年度回顾2019。

3D NAND层和位向上蜕变

2018年闪存价格大幅下跌的原因是64层3D NAND一代对大多数主要制造商都表现良好,导致市场竞争激烈。下降的价格趋势在2019年被证明是不可持续的,并且大多数制造商选择放慢其96层产品的生产步伐,而不是加深供过于求的局面:英特尔,美光,SK海力士。这意味着,今年许多产品发布仍在使用64L NAND,并且直到2020年(或更晚一些移动速度较慢的企业模型)才将达到EOL。

第一个96层SSD于2018年7月推出,但96L一代直到2019年才真正开始认真进行。三星是第一个推出采用新一代3D NAND的零售SSD的公司,但实际上他们只有92个970 EVO Plus中的所有层。在大多数其他方面,它们仍然是行业的领导者,但是在原始层数上,它们显然已经落后了。这主要是由于三星决定不使用字符串堆栈进行3D NAND制造的决定,因此与竞争对手的96L NAND相比,其92L NAND的制造工艺步骤更少。

另一方面,SK Hynix已开始使用其128L 3D NAND采样SSD,并准备在2020年国际消费电子展上宣布其零售型号。从历史上看,他们在层数上一直试图超过其他市场,但更多一种弥补3D NAND密度其他缺点的方法。今年,他们终于开始看到3D NAND用于SSD而非移动存储方面取得了更大的成功,但主要是使用自己的SSD型号,而不是通过与其他SSD供应商的设计胜利。展望未来,英特尔可能会在2020年率先采用144L QLC NAND进行层计数。

随着NAND形势的缓慢发展,每单元四位QLC NAND闪存未能进一步进军SSD市场。对于入门级NVMe驱动器来说,它仍然是一个有吸引力的选择,但是TLC NAND仍然是主流和高端驱动器的理想选择。

但这并没有阻止闪存制造商探索进一步提高密度的方法,从而超越了QLC NAND的要求。制造商已经开始公开谈论他们的5位每单元(PLC)NAND实验,这在技术层面上绝对是可行的,但尚不清楚它是否在经济上可行。QLC NAND的所有缺点都通过在每个单元中增加第五位来放大。在今年的闪存峰会和IEDM上,/ Kioxia提出了将3D NAND存储器物理拆分为两个的想法,为提高密度提供了另一种途径。

随着闪存制造商为子孙后代的未来计划,一些厂商正在重新考虑电荷陷阱与浮栅单元设计之间的权衡。平面NAND几乎都是浮栅,但随着向3D NAND的过渡,除英特尔和美光公司之外的所有公司都转向了电荷陷阱。现在,美光似乎准备放弃浮动栅,而Kioxia似乎认为将其与分离单元的几何形状结合使用可能更可取。

在企业方面,2019年见证了长期的英特尔-美光合作伙伴关系在闪存和3D XPoint存储器方面的最终解散。美光已收购了英特尔在IMFT中的股份,两家公司目前正在分别进行研发。最近,存储更名为“ Kioxia”,这表明它们与集团的其余部分是分开的,并被分拆并出售给了一个投资者财团。Kioxia可能会很快以新名称进行IPO,但尚未设定正式时间表。

PCIe 4.0到来

尽管影响有限,但今年进入SSD市场的最大技术进步是PCIe 4.0的到来。英特尔的CPU和芯片组尚不支持PCIe 4.0,因此在消费者和企业市场中,对使用PCIe 4.0的NVMe SSD的需求仍然非常低。当前只有一个支持PCIe 4.0的家用SSD控制器:Phison E16。使用该控制器的驱动器与AMD最新一代的Ryzen处理器一起发布,但是新的SSD并没有像这些CPU那样明显胜出。

Phison率先将PCIe 4.0 SSD控制器推向市场的策略是对其E12控制器设计进行最小的更改,替换PCIe前端,并仅通过更新的错误校正对后端进行一些调整。这意味着E16无法充分利用PCIe 4.0 x4链路的额外带宽。Phison的所有竞争对手都决定花更多的时间过渡到PCIe 4.0,以便他们也可以从28纳米制造工艺切换到12纳米FinFET工艺。为了使控制器在M.2 SSD的功率和热限制内达到7 + GB / s的链路容量,必须缩小该过程。

企业级SSD也无需等待英特尔就开始向PCIe 4.0迁移,但是该市场中更长的产品周期意味着PCIe 4.0企业级SSD的广泛可用性要到2020年晚些时候才能实现。

NVMe走向主流

PC OEM厂商最终决定,他们准备好放弃硬盘,并准备放弃SATA接口。SATA SSD的市场不会很快消失,但是NVMe SSD逐渐取代了PC(以及明年的主机)主存储的标准。尽管在零售SSD市场中,高端控制器仍然占主导地位,这有助于对具有较少通道或没有DRAM缓存的入门级NVMe控制器产生大量需求。

由于NVMe的大规模采用是在PCIe 4.0过渡开始的同时进行的,因此这会对产品路线图产生一些有趣的影响。PCIe 3.0 x4或PCIe 4.0 x2链接的?3.5GB / s容量对于大多数高端消费类SSD而言仍然足够。但是,英特尔平台上缺乏对PCIe 4.0的支持意味着即使低端NVMe SSD控制器也要支持四个通道的PCIe 4.0,因此它们最终将无法在Intel系统上以PCIE 3.0 x2运行。英特尔采用PCIe 4.0后,我们可能会看到入门级NVMe市场回落到两条PCIe通道以降低功耗和成本。同时,我们还没有完全看到新的PCIe 3.0 SSD进入市场,但是从现在开始一年后,大多数控制器将支持PCIe 4.0。

在零售SSD市场中,NVMe在2018年已经非常流行,除了PCIe 4.0的推出对于消费者而言并没有太大变化。一年之初,大量的控制器重新发布:使用与2018年型号相同的硬件但更新了固件的新产品,例如WD Black SN750和一些使用Silicon Motion SM2262EN控制器的产品。三星的970 EVO Plus在切换到92L TLC时重新使用了与原始970 EVO相同的控制器,并在今年晚些时候开始将现有的Phison和Silicon Motion控制器与96L NAND配对。这导致了第一个4TB消费M.2 SSD的发布:使用Phison E12控制器的Sabrent Rocket。

今年还看到了NVMe规范1.4版的发布。新材料几乎完全由新的可选功能组成,因此在驱动器的规格表中看到版本1.4而不是版本1.3通常不会产生实际影响。大多数新功能仅与服务器或嵌入式用例相关,因此大多数家用SSD不会实现任何新的可选功能。

外形尺寸迁移开始

转向NVMe导致了SSD外形尺寸的试验和创新。在2018年,Intel Ruler概念在企业和数据中心小型规格(EDSFF)系列标准下产生了多种规格。现在,EDSFF已经在现实世界中得到了采用,对选项进行了一些调整,并且不同的产品领域开始围绕特定的变体融合。。与原始Intel Ruler最相似的E1.L(EDSFF 1U Long)外形尺寸最适合使用超大容量驱动器的专用存储盒。事实证明,较短的E1.S外形是最受欢迎的EDSFF变体,并且两种不同的散热器设计已经标准化,较厚的散热器旨在允许EDSFF插槽容纳计算加速器,这些加速器比典型的SSD消耗的功率更多。

在客户端/消费者方面,M.2仍然占主导地位,但PC OEM厂商之间存在一种趋势,即更短的卡长度,例如M.2 2230,而不是零售SSD的标准M.2 2280。无DRAM NVMe控制器和单封装BGA SSD以及高密度3D NAND极大地降低了1TB的PCB面积要求和较小的容量,这些构成了客户SSD市场的大部分。高端驱动器不会放弃M.2 2280,但是许多超级本和平板电脑都不需要那种存储空间,更小的SSD尺寸使OEM厂商在布置系统内部组件时更具灵活性。

/ Kioxia还提出了一种新的小型外形,旨在作为BGA SSD的可替代替代品,并且比最小的最小可移动M.2卡尺寸要小。他们的XFMEXPRESS提议可能会在嵌入式系统,平板电脑和其他便携式设备中占据一席之地。

Optane和3D XPoint停滞不前

英特尔基于3D XPoint内存的Optane产品今年进展甚微。在消费市场上,唯一的新产品是仅限OEM的Optane Memory H10,它基本上将两个现有产品组合到一块板上,从而在此过程中增加了新的限制性平台兼容性要求。英特尔计划中但已延迟的Optane Memory M15和Optane SSD 810P产品原本是M.2 2280外形尺寸中的第一个PCIe 3.0 x4选项,但最终被取消,因此PCIe 3.0 x2 Optane M.2驱动器之间仍然有很大差距和Optane 900P / 905P。随着硬盘从PC中逐渐消失,英特尔很难出售Optane作为缓存解决方案。

Optane DIMM(品牌为Optane DC永久存储器)确实进入了服务器市场,并最终在Cascade Lake上成为了高端工作站,最初的目标是在Purley平台上与Skylake-SP处理器一起发布。英特尔的公开路线图并未将Optane DIMM引入主流消费者平台,但他们计划通过服务器平台的更新来不断迭代持久性内存模块。

英特尔确实承诺到2020年将发布其第二代企业Optane SSD,但除了Alder Stream代号外,它们还没有共享太多具体信息。美光公司最终还宣布了3D XPoint产品X100 SSD。这个目标似乎甚至比英特尔的Optane SSD更高,并且可能会在单个SSD上创造许多性能记录。英特尔的Alder Stream和Micron X100都可能使用PCIe 4.0和第二代3D XPoint内存,这是英特尔和美光分拆之前共同开发的最后一代存储技术。

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