太阳城线上娱乐中心客户端固态硬盘市场随电竞飞腾动员 SSD将成储存主流技

  固态硬碟(SSD)已是目前储存产品市场的主流新技术,自2016年起,可以发现在市场上使用3D NAND Flash技术搭配NVMe应用的产品不断增加。SSD迈向了新纪元,将以更大的容量、更高的效能与更低的单位储存成本逐渐取代传统硬碟(HDD)。

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  3D NAND Flash与PCIe/NVMe的革命性突破

  本文将探讨最新3D NAND Flash的技术应用与传输介面(例如SAS、SATA)大量改采PCIe/NVMe后对SSD在企业/消费端、及车载市场造成之影响(图1)。

  在SSD的内部构造中,快闪存储器芯片颗粒是决定产品成本、使用寿命与读写速度的技术核心,共分为SLC、MLC、TLC三种类型。一般而言,SLC有着最快速的程序编程与读取、使用寿命最长、价格最高,主要用于一些高端的军工规或企业级SSD;MLC的速度、寿命、价格适中,是目前中高阶企业级SSD的主流应用趋势;而低价SSD则普遍采用TLC颗粒,容量较高且价格相对低廉,但在性能、稳定度与使用寿命上却略显不足。

  图1 固态硬碟(SSD)已是目前储存产品市场的主流新技术

  在2016下半年度,各大品牌开始采用可垂直堆叠数层储存资料的3D NAND Flash技术使单位储存成本大幅下降后,SSD便突破传统平面式快闪记忆体的物理极限,扩大了以往因顾及制造工艺而受限的容量规格。举例来说,威刚科技所推出的「SU900」SSD,就是利用3D NAND Flash技术开发的产品,使其即便在使用MLC颗粒的状况下,也可达到2TB的超大容量。

  此外,3D NAND Flash制程技术也让TLC SSD的可抹写次数有所提升。在2D NAND Flash技术的时代,提升SSD的容量是要靠着微缩每个储存单位,来增加储存密度。然而微缩储存单位的作法,却也令SSD的可抹写次数降低,造成容量较大的TLC SSD在耐用程度上,远远不及SLC/MLC SSD。但在3D NAND Flash改采垂直立体的堆叠方式来扩增容量后,每一层储存单位微缩程度不需太大,使TLC SSD能在保持低廉价格的同时,也逐渐减少与MLC SSD在使用寿命上(可抹写次数)的差距。

  而NVMe的应用更让SSD突破了传统SATA Gen3的最大频宽限制,如SSD龙头之一的东芝(TOSHIBA)于2017年COMPUTEX在百佳泰摊位上首度曝光的「XG5」系列消费级NVMe SSD(图2),除了使用64层3D堆叠技术使其在NAND Flash晶片体积不变的情况下容量提升至1TB,更运用PCIe Gen3 x4 通道,NVMe Revision 1.2.1,使「XG5」的连续读取、写入速度大幅提升至3,000MB/s和2,100MB/s。这样的连续读取效能已是传统6Gb/s SATA介面的5.4倍,连续写入速度也快了3.8倍。

  

  图2 东芝「XG5」系列消费级NVMe SSD

  技术革新影响企业级SSD用户

  以上提及的3D NAND Flash新技术让单位成本下降,NVMe的应用加大了频宽的使用,将使过去因成本考量而未使用SSD、或目前是以HDD和SSD互相搭配使用的用户、增加升级现有硬体设备之意愿。

  举例来说,网路交易次数频繁的商家可藉由购入SSD来加快伺服器(Server)的资料处理速度以减少使用者的等待时间;或利用SSD耐震动、低功耗、尺寸小的特性来减少企业的总持有成本(TCO)。可以预见未来在企业应用面上,SSD将逐渐分食HDD市场。

  然而,市面上的企业级SSD、伺服器作业系统、及硬体设备种类五花八门,使用者在面对以上各项主要物件相互搭配时,SSD是否会发生效能降低、错误率上升、或什至无法驱动等相容性问题,是各大厂商都需面临的挑战。在各式Server平台运作时的应用程式负载(Workload)表现也考验着这些新型的企业级NVMe SSD。

  此外,企业用Server对其选购的SSD能否维持长时间的稳定运作也相当重视,一般来说,可以透过稳定性测试(Stability Test)来了解SSD的稳定性。在以下的测试案例中,在A厂牌(图3)和B厂牌(图4)两种相近规格的企业级NVMe SSD在相同的伺服器与作业系统中,以9种不同的资料区块大小、读写组合的负载量(8K 100/0RW;4K 100/0RW;0.5K 100/0RW;8K 65/35RW;4K 65/35RW;0.5K 65/35RW;8K 0/100RW;4K 0/100RW ;0.5K 0/100RW)来了解A牌与B牌SSD在连续五次运转过程中的反应延迟时间。

  从图3可以看出,A牌SSD在连续5次处理9种不同资料量的过程中,反应延迟时间短且稳定(介于0.02~0.1毫秒间),图形因而呈现着较为平稳且无太大波动的状态。反观图4的B牌SSD不但平均反应延迟时间较长(介于0.05~0.2毫秒间);同种资料负载量在不同回合所需要的反应延迟时间差异也较大。例如,观察连续五回合的蓝色十字状定点连线而成的曲线图(8K 0/100RW),在第一回合只需0.05毫秒的反应延迟时间,却在第二回合需要0.2毫秒。

  图3 A牌企业级NVMe SSD

  图4 B牌企业级NVMe SSD