2019年SSD回顧：TLC NAND仍然是主流

近日，老牌硬件媒體AnandTech發(fā)表文章總結(jié)了2019年SSD的發(fā)展，AnandTech認(rèn)為在過去的一年里，固態(tài)硬盤的NAND層數(shù)在不斷增加，QLC SSD開始進(jìn)入入門級的市場，但是TLC仍是主流和高端SSD的首選。

盡管我們目前正處于PCIe 4.0革命的風(fēng)口浪尖，但在2019年，閃存價(jià)格已經(jīng)趨于平穩(wěn)，甚至有所回升，新技術(shù)的推出速度緩慢。研發(fā)的步伐仍在跟上，因此，隨著我們進(jìn)入2020年，我們應(yīng)該開始看到在2019年設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行許多有趣的開發(fā)。這是我們的SSD年度回顧2019。

3D NAND層和位向上蛻變

2018年閃存價(jià)格大幅下跌的原因是64層3D NAND一代對大多數(shù)主要制造商都表現(xiàn)良好，導(dǎo)致市場競爭激烈。下降的價(jià)格趨勢在2019年被證明是不可持續(xù)的，并且大多數(shù)制造商選擇放慢其96層產(chǎn)品的生產(chǎn)步伐，而不是加深供過于求的局面：英特爾，美光，SK海力士。這意味著，今年許多產(chǎn)品發(fā)布仍在使用64L NAND，并且直到2020年（或更晚一些移動速度較慢的企業(yè)模型）才將達(dá)到EOL。

第一個(gè)96層SSD于2018年7月推出，但96L一代直到2019年才真正開始認(rèn)真進(jìn)行。三星是第一個(gè)推出采用新一代3D NAND的零售SSD的公司，但實(shí)際上他們只有92個(gè)970 EVO Plus中的所有層。在大多數(shù)其他方面，它們?nèi)匀皇切袠I(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，但是在原始層數(shù)上，它們顯然已經(jīng)落后了。這主要是由于三星決定不使用字符串堆棧進(jìn)行3D NAND制造的決定，因此與競爭對手的96L NAND相比，其92L NAND的制造工藝步驟更少。

另一方面，SK Hynix已開始使用其128L 3D NAND采樣SSD，并準(zhǔn)備在2020年國際消費(fèi)電子展上宣布其零售型號。從歷史上看，他們在層數(shù)上一直試圖超過其他市場，但更多一種彌補(bǔ)3D NAND密度其他缺點(diǎn)的方法。今年，他們終于開始看到3D NAND用于SSD而非移動存儲方面取得了更大的成功，但主要是使用自己的SSD型號，而不是通過與其他SSD供應(yīng)商的設(shè)計(jì)勝利。展望未來，英特爾可能會在2020年率先采用144L QLC NAND進(jìn)行層計(jì)數(shù)。

隨著NAND形勢的緩慢發(fā)展，每單元四位QLC NAND閃存未能進(jìn)一步進(jìn)軍SSD市場。對于入門級NVMe驅(qū)動器來說，它仍然是一個(gè)有吸引力的選擇，但是TLC NAND仍然是主流和高端驅(qū)動器的理想選擇。

但這并沒有阻止閃存制造商探索進(jìn)一步提高密度的方法，從而超越了QLC NAND的要求。制造商已經(jīng)開始公開談?wù)撍麄兊?位每單元（PLC）NAND實(shí)驗(yàn)，這在技術(shù)層面上絕對是可行的，但尚不清楚它是否在經(jīng)濟(jì)上可行。QLC NAND的所有缺點(diǎn)都通過在每個(gè)單元中增加第五位來放大。在今年的閃存峰會和IEDM上，/ Kioxia提出了將3D NAND存儲器物理拆分為兩個(gè)的想法，為提高密度提供了另一種途徑。

隨著閃存制造商為子孫后代的未來計(jì)劃，一些廠商正在重新考慮電荷陷阱與浮柵單元設(shè)計(jì)之間的權(quán)衡。平面NAND幾乎都是浮柵，但隨著向3D NAND的過渡，除英特爾和美光公司之外的所有公司都轉(zhuǎn)向了電荷陷阱?，F(xiàn)在，美光似乎準(zhǔn)備放棄浮動?xùn)牛鳮ioxia似乎認(rèn)為將其與分離單元的幾何形狀結(jié)合使用可能更可取。

在企業(yè)方面，2019年見證了長期的英特爾-美光合作伙伴關(guān)系在閃存和3D XPoint存儲器方面的最終解散。美光已收購了英特爾在IMFT中的股份，兩家公司目前正在分別進(jìn)行研發(fā)。最近，存儲更名為“ Kioxia”，這表明它們與集團(tuán)的其余部分是分開的，并被分拆并出售給了一個(gè)投資者財(cái)團(tuán)。Kioxia可能會很快以新名稱進(jìn)行IPO，但尚未設(shè)定正式時(shí)間表。

PCIe 4.0到來

盡管影響有限，但今年進(jìn)入SSD市場的最大技術(shù)進(jìn)步是PCIe 4.0的到來。英特爾的CPU和芯片組尚不支持PCIe 4.0，因此在消費(fèi)者和企業(yè)市場中，對使用PCIe 4.0的NVMe SSD的需求仍然非常低。當(dāng)前只有一個(gè)支持PCIe 4.0的家用SSD控制器：Phison E16。使用該控制器的驅(qū)動器與AMD最新一代的Ryzen處理器一起發(fā)布，但是新的SSD并沒有像這些CPU那樣明顯勝出。

Phison率先將PCIe 4.0 SSD控制器推向市場的策略是對其E12控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行最小的更改，替換PCIe前端，并僅通過更新的錯(cuò)誤校正對后端進(jìn)行一些調(diào)整。這意味著E16無法充分利用PCIe 4.0 x4鏈路的額外帶寬。Phison的所有競爭對手都決定花更多的時(shí)間過渡到PCIe 4.0，以便他們也可以從28納米制造工藝切換到12納米FinFET工藝。為了使控制器在M.2 SSD的功率和熱限制內(nèi)達(dá)到7 + GB / s的鏈路容量，必須縮小該過程。

企業(yè)級SSD也無需等待英特爾就開始向PCIe 4.0遷移，但是該市場中更長的產(chǎn)品周期意味著PCIe 4.0企業(yè)級SSD的廣泛可用性要到2020年晚些時(shí)候才能實(shí)現(xiàn)。

NVMe走向主流

PC OEM廠商最終決定，他們準(zhǔn)備好放棄硬盤，并準(zhǔn)備放棄SATA接口。SATA SSD的市場不會很快消失，但是NVMe SSD逐漸取代了PC（以及明年的主機(jī)）主存儲的標(biāo)準(zhǔn)。盡管在零售SSD市場中，高端控制器仍然占主導(dǎo)地位，這有助于對具有較少通道或沒有DRAM緩存的入門級NVMe控制器產(chǎn)生大量需求。

由于NVMe的大規(guī)模采用是在PCIe 4.0過渡開始的同時(shí)進(jìn)行的，因此這會對產(chǎn)品路線圖產(chǎn)生一些有趣的影響。PCIe 3.0 x4或PCIe 4.0 x2鏈接的?3.5GB / s容量對于大多數(shù)高端消費(fèi)類SSD而言仍然足夠。但是，英特爾平臺上缺乏對PCIe 4.0的支持意味著即使低端NVMe SSD控制器也要支持四個(gè)通道的PCIe 4.0，因此它們最終將無法在Intel系統(tǒng)上以PCIE 3.0 x2運(yùn)行。英特爾采用PCIe 4.0后，我們可能會看到入門級NVMe市場回落到兩條PCIe通道以降低功耗和成本。同時(shí)，我們還沒有完全看到新的PCIe 3.0 SSD進(jìn)入市場，但是從現(xiàn)在開始一年后，大多數(shù)控制器將支持PCIe 4.0。

在零售SSD市場中，NVMe在2018年已經(jīng)非常流行，除了PCIe 4.0的推出對于消費(fèi)者而言并沒有太大變化。一年之初，大量的控制器重新發(fā)布：使用與2018年型號相同的硬件但更新了固件的新產(chǎn)品，例如WD Black SN750和一些使用Silicon Motion SM2262EN控制器的產(chǎn)品。三星的970 EVO Plus在切換到92L TLC時(shí)重新使用了與原始970 EVO相同的控制器，并在今年晚些時(shí)候開始將現(xiàn)有的Phison和Silicon Motion控制器與96L NAND配對。這導(dǎo)致了第一個(gè)4TB消費(fèi)M.2 SSD的發(fā)布：使用Phison E12控制器的Sabrent Rocket。

今年還看到了NVMe規(guī)范1.4版的發(fā)布。新材料幾乎完全由新的可選功能組成，因此在驅(qū)動器的規(guī)格表中看到版本1.4而不是版本1.3通常不會產(chǎn)生實(shí)際影響。大多數(shù)新功能僅與服務(wù)器或嵌入式用例相關(guān)，因此大多數(shù)家用SSD不會實(shí)現(xiàn)任何新的可選功能。

外形尺寸遷移開始

轉(zhuǎn)向NVMe導(dǎo)致了SSD外形尺寸的試驗(yàn)和創(chuàng)新。在2018年，Intel Ruler概念在企業(yè)和數(shù)據(jù)中心小型規(guī)格（EDSFF）系列標(biāo)準(zhǔn)下產(chǎn)生了多種規(guī)格?，F(xiàn)在，EDSFF已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)世界中得到了采用，對選項(xiàng)進(jìn)行了一些調(diào)整，并且不同的產(chǎn)品領(lǐng)域開始圍繞特定的變體融合。。與原始Intel Ruler最相似的E1.L（EDSFF 1U Long）外形尺寸最適合使用超大容量驅(qū)動器的專用存儲盒。事實(shí)證明，較短的E1.S外形是最受歡迎的EDSFF變體，并且兩種不同的散熱器設(shè)計(jì)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，較厚的散熱器旨在允許EDSFF插槽容納計(jì)算加速器，這些加速器比典型的SSD消耗的功率更多。

在客戶端/消費(fèi)者方面，M.2仍然占主導(dǎo)地位，但PC OEM廠商之間存在一種趨勢，即更短的卡長度，例如M.2 2230，而不是零售SSD的標(biāo)準(zhǔn)M.2 2280。無DRAM NVMe控制器和單封裝BGA SSD以及高密度3D NAND極大地降低了1TB的PCB面積要求和較小的容量，這些構(gòu)成了客戶SSD市場的大部分。高端驅(qū)動器不會放棄M.2 2280，但是許多超級本和平板電腦都不需要那種存儲空間，更小的SSD尺寸使OEM廠商在布置系統(tǒng)內(nèi)部組件時(shí)更具靈活性。

/ Kioxia還提出了一種新的小型外形，旨在作為BGA SSD的可替代替代品，并且比最小的最小可移動M.2卡尺寸要小。他們的XFMEXPRESS提議可能會在嵌入式系統(tǒng)，平板電腦和其他便攜式設(shè)備中占據(jù)一席之地。

Optane和3D XPoint停滯不前

英特爾基于3D XPoint內(nèi)存的Optane產(chǎn)品今年進(jìn)展甚微。在消費(fèi)市場上，唯一的新產(chǎn)品是僅限OEM的Optane Memory H10，它基本上將兩個(gè)現(xiàn)有產(chǎn)品組合到一塊板上，從而在此過程中增加了新的限制性平臺兼容性要求。英特爾計(jì)劃中但已延遲的Optane Memory M15和Optane SSD 810P產(chǎn)品原本是M.2 2280外形尺寸中的第一個(gè)PCIe 3.0 x4選項(xiàng)，但最終被取消，因此PCIe 3.0 x2 Optane M.2驅(qū)動器之間仍然有很大差距和Optane 900P / 905P。隨著硬盤從PC中逐漸消失，英特爾很難出售Optane作為緩存解決方案。

Optane DIMM（品牌為Optane DC永久存儲器）確實(shí)進(jìn)入了服務(wù)器市場，并最終在Cascade Lake上成為了高端工作站，最初的目標(biāo)是在Purley平臺上與Skylake-SP處理器一起發(fā)布。英特爾的公開路線圖并未將Optane DIMM引入主流消費(fèi)者平臺，但他們計(jì)劃通過服務(wù)器平臺的更新來不斷迭代持久性內(nèi)存模塊。

英特爾確實(shí)承諾到2020年將發(fā)布其第二代企業(yè)Optane SSD，但除了Alder Stream代號外，它們還沒有共享太多具體信息。美光公司最終還宣布了3D XPoint產(chǎn)品X100 SSD。這個(gè)目標(biāo)似乎甚至比英特爾的Optane SSD更高，并且可能會在單個(gè)SSD上創(chuàng)造許多性能記錄。英特爾的Alder Stream和Micron X100都可能使用PCIe 4.0和第二代3D XPoint內(nèi)存，這是英特爾和美光分拆之前共同開發(fā)的最后一代存儲技術(shù)。