闪存将会带来怎样的新体验

NAND闪存的未来发展涉及每个存储单元更多的层和位。与此同时，NVMe-oF、存储类内存和其他新技术将从根本上改变内存和存储器的应用和发展。

预测任何一项技术的未来发展从来都不是一件容易的事，内存技术也是如此。但是，当涉及到NAND闪存、存储类内存和NVMe-oF的未来发展时，还是具有很大的可能性。

近年来，这些技术以惊人的速度发展，存储供应商提供速度更快的设备来存储更多数据，并提供更大的耐用性。这并不是说不会遇到障碍，但闪存和其他相关技术的未来发展依然充满希望。

3D NAND的未来发展

许多分析人士认为，存储厂商将继续在3D NAND闪存中添加层，直到不再可行为止。预计3D NAND到2021年将达到192层，到2022年将达到256层。Forward Insights公司总裁兼首席分析师Gregory Wong表示，预计存储厂商将继续增加层数以及位数，同时降低总体成本。但是，增加层数意味着不断增加的资本支出、更高的过程复杂性和更长的处理时间。

Coughlin Associates公司总裁Tom Coughlin也认为，随着存储设备使用更薄的层和层字符串技术，其层数将继续增加。但是，这些层的厚度和沉积速度有一定限制。他说：“增加层数将导致更长的晶片生产时间，并需要更多的晶片生产设备，需要建设新的生产工厂。”

Coughlin表示，在没有其他技术进步的情况下，3D NAND降低存储成本的速度将会下降，最值得注意的是每个单元使用多位的能力。但是，每个单元更多的位会导致性能降低，因为需要更多的错误校正，而且还会降低存储单元的耐久性。他说，“要取得成功，传统的数据收集方法需要改变，特别是必须减少擦除/写入周期。这将需要使用诸如缓存写入数据的方法。”

从长远来看，内存和处理可以结合在一起创建真正的内存处理。

QLC和PLC NAND的未来发展

Gregory Wong表示，NAND闪存的未来不可避免地围绕着每个单元的位数。在过去的一年中，每单元存储四位的四级单元（QLC）NAND的使用主要集中在电脑上，但是这种情况将会改变。

他说，“我们预计QLC硬盘今年将应用于超大规模数据中心的存储，并将其引入企业存储系统。越来越多的供应商开始讨论QLC设备的生产。”

然而他表示，扩展位密度并降低闪存设备的成本变得越来越困难。尽管如此，NAND闪存将存在很长一段时间，因为目前还没有一种存储技术可以在位密度和成本方面与其竞争。

J Metz是Rockport Networks公司的首席技术官，也是存储网络行业协会（SNIA）董事会成员。他对QLC和下一代NAND闪存五级单元进行了另一项研究。尽管他认为这些技术是不可避免的，但质疑市场将如何承受这些技术。随着闪存三级单元（TLC）设备的价格下降，很难确定其经济性是否会使其他产品难以竞争。

尽管存在这些担忧，但随着新产品的定期推出，QLC技术仍有很大的发展。Objective Analysis公司总经理Jim Handy说，“3D NAND的一个很酷的地方在于，其后几代产品仍保持了相同的单元尺寸和电容，这也支持了QLC的开发。”他还认为，PLC可能会出现这种情况。

即便如此，在闪存的未来发展中，仍可能会看到每单元位将继续影响耐久性。这就是为什么企业中的QLC NAND可能仅限于读取密集型工作负载，并且写入操作受到严格控制的原因。对于PLC NAND来说更是如此。

但是，QLC和PLC NAND可以与单位单元（SLC）闪存配套使用以创建混合固态硬盘，Coughlin说：“分区存储的想法可能有助于创建多种闪存技术，这些技术可用于将内容集中在SLC闪存、QLC，甚至PLC闪存中进行读取。”他表示，人们一致认为QLC和PLC NAND不可能单独用于高性能应用。

NVMe-oF的未来发展

随着越来越多的NVMe SSD进入数据中心，预计将NVMe-oF集成到企业工作流程中的努力将呈指数级增长。其接口协议在整个网络上扩展了NVMe的性能和低延迟优势。人们已经在诸如Dell EMC公司PowerMax之类的产品中看到了NVMe-oF的发展轨迹，该产品支持NVMe-oF为资源密集型应用程序提供更低的延迟和更快的响应时间。Handy表示，他相信NVMe-oF可能会成为标准的系统架构，这将使闪存的使用迅速增长。

Coughlin进一步指出，“NVMe-oF将成为主要的网络存储技术，特别是对于主存储应用程序，甚至可能在基于HDD硬盘的存储应用中。”

他指出，Western Digital公司已在其OpenFlex架构中采用HDD硬盘存储盒。如果处理得当，NVMe-oF可以提供接近NVMe存储设备内部带宽的网络存储性能。NVMe-oF还让使用远程内存成为可能，从而创建了新的虚拟化和抽象方法。

而Metz坚信，NVMe-oF开启了一个可能的部署选择的世界，直到现在，这些选择还遥不可及。协议的进步让以更高的精度和粒度连接到媒体成为可能。Zoned Namespace是一种旨在以高效且高性能的方式精确地将数据写入媒体的技术，非常适合QLC和PLC等对重写和写入周期高度敏感的媒质。

存储类内存和其他新兴技术的发展

随着英特尔公司发布DC永久内存，存储类内存（SCM）作为内存层次结构中的一层，其未来发展变得比以往任何时候都更有希望。Metz说，存储类内存（SCM）将在创建新层中发挥重要作用，部分原因是它可以减少在将数据提交到内存之前可能会有风险情况下的延迟量。

Metz还提到SNIA的持久性内存编程模型，该模型为希望以块或文件模式寻址媒体，以及为I/O或加载/存储语义使用相同媒体类型的应用程序提供了众多扩展。他说，这为希望直接处理该设备的应用程序开发人员提供了绝佳的机会。

Handy表示，存储类内存（SCM）可以将新层带入内存存储层次结构。他断言，存储类内存（SCM）的未来发展取决于受英特尔公司愿意投入创造市场的资金。该公司每年可能因这项投资而损失数十亿美元，但他认为英特尔公司将使它重新回到高价CPU的销售中。他说：“没有其他厂商可以证明采取这一步骤的合理性。”

但是，存储类内存（SCM）的开发不仅限于英特尔的永久性内存模块。Coughlin表示，除了其他新兴存储器外，一些嵌入式芯片工厂还提供基于诸如磁阻RAM（MRAM）和电阻RAM（RRAM）等技术的SCM型器件。

Coughlin表示，随着磁阻RAM从自旋隧道扭矩转向自旋轨道扭矩技术，其速度将会更快。他说，“随着技术的进步以及磁阻RAM的体积减小，我们看到它最终将取代CPU的低级缓存，甚至可能用非易失性存储器代替寄存器。因此，所有存储器都可能成为非易失性存储器，这可能具有巨大的存储空间。这可能对未来电子产品的设计、安全和编程产生巨大影响。”

展望闪存的未来发展

Handy说，即使在存储级内存成为主流应用之后，闪存仍将继续充当HDD硬盘和内存通道层之间的层。他说：“与NAND闪存相比，持久性存储器在取代动态内存方面的作用更大，这与NAND SSD减少数据中心动态内存增长的方式类似。与此同时，NVMe-oF和软件定义的存储等存储技术将得到更广泛的采用，从更少的资源中获取更多的生产力。”

Coughlin指出，非易失性固态存储器正在经历快速发展，它将从根本上改变人们进行计算的方式。这些变化将为边缘计算和端点应用（例如5G和物联网），特别是依赖电池或太阳能电池的能源受限应用提供低功耗设备。他补充说，磁阻RAM可能会像动态内存一样便宜，并最终取代它。从长远来看，内存和处理可以结合在一起以创建真正的内存处理。

Metz表示，闪存和其他新兴存储技术的未来仍然像往常一样充满希望。人们正处在固态存储“用例的寒武纪大爆炸”的开始阶段，从单一的寻址闪存方法转变为在需要时访问信息的极为灵活且可修改的过程。随着在位密度、访问闪存设备的协议，以及计算存储等领域的发展方面的工作完成，现在才开始看到有这种可能性。

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