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大容量与高性能SSD的兴起

了解企业驱动器的最新趋势、高性能设备如何发挥作用以及底层NAND闪存技术进步的影响。

作者:Harris编译来源:360机房|2021-10-18 10:51

了解企业驱动器的最新趋势、高性能设备如何发挥作用以及底层NAND闪存技术进步的影响。

对于企业应用程序工作负载,固态驱动器大多取代了磁性硬盘,并且越来越成为大容量数据存储的可行选择。虽然出货的HDD总数继续超过SDD,但出货量的交叉将在未来一两年内发生。

与HDD相比,SDD在吞吐量和延迟方面具有巨大优势。然而,只要它们仍然与HDD外形和接口兼容,特别是2.5英寸小型(SFF)驱动器机箱和SATAI/O格式。然而,随着直接连接到PCI系统总线的基于NVMe的高性能SSD在企业中变得更加普遍,这种情况正在发生变化。

继续阅读企业驱动器的趋势、NVMe设备优势的原因、底层NAND闪存技术的进步和一些用例。

SATA输出,NVMe输入

Statista估计SSD的出货量将在2021年首次超过HDD。根据ResearchandMarkets的数据,到2024年,企业闪存存储市场的收入将以每年17%的速度增长,达到约250亿美元。销售额由四大驱动超大规模云提供商——阿里巴巴、AWS、谷歌和微软——以及协同定位设施正在取代许多企业数据中心。

物理学很少为您提供免费的东西,因此增加每个单元的位密度的缺点是速度和耐力。

过去,闪存存储在企业市场上与硬盘竞争的最简单方法是采用现有的HDD物理和接口标准。直到几年前,使用SAS和SATA接口的固态硬盘才在市场上占据主导地位。然而,在2017年底,NVMe高性能SSD的使用量激增,并超过了2018年年中出货的SATA企业驱动器的总容量。

与SATA驱动器相比,更喜欢NVMe高性能SSD有几个原因。它们包括:

•NVMe协议专为非易失性半导体存储器(如NAND闪存)和下一代非易失性技术(如IntelOptane等3DXPoint)以及电阻和磁阻存储器(如Everspin和AvalancheTechnology提供的技术)而设计。它显着简化了I/O协议并消除了HDD协议的其他限制。

更密集、更快的闪存

与动态RAM(DRAM)一样,闪存通过检测存储单元中是否存在电荷来工作。与DRAM不同,闪存使用一种存储结构,一旦内存芯片断电,它就不会失去电荷。

早期的闪存设计使用由绝缘二氧化硅包围的导电多晶硅浮栅,在数据写入过程中通过称为Fowler-Nordheim隧道效应的过程捕获电子。这些平面结构多年来一直很好地服务于行业,但它们的二维结构限制了存储单元阵列的密度。

构建更高容量闪存设备的解决方案需要进入硅衬底蚀刻3D结构,这些结构可以分层以在每个柱子上创建多个单元。这些设计与电荷存储和绝缘材料的变化相结合,从而能够使用电荷陷阱非易失性存储机制。

除了在3D堆栈中分层存储单元,今天的设备可以读取每个存储单元的多个电压电平,使它们能够存储多于一位并增加容量。在单级单元(SLC)NAND器件中,浮动晶体管栅极被充电的单元代表零,而没有电荷的单元代表一。

相比之下,多级单元(MLC)器件可以将三个不同级别的电荷应用于存储门,以表示四种状态或两位。随着时间的推移,工艺容差和写入电路已经变得足够准确,可以表示七个或更多状态,并启用三级(TLC)和四级单元(QLC)设备,每个单元可以存储16个电压电平。

物理学很少为您提供免费的东西,因此增加每个单元的位密度的缺点是速度和耐力。由于编程周期需要多个步骤,因此编程和读取MLC、TLC和QLC器件所需的时间越来越长。类似地,位状态之间的较小电压容差意味着在单元无法区分位电平并因此无法使用之前,它需要较少的电荷泄漏。例如,大多数SLC设备适用于大约100,000个编程/擦除周期,而QLC设备可能只能容忍100个。

使用场景

位密度与性能和耐用性之间的权衡意味着SLC设备是写入密集型数据库应用程序、数据分析、深度学习模型训练或系统引导驱动器的首选或完全需要。相反,TLC或QLC设备适用于以读取为主的应用程序,例如文件共享和存档。SSD耐用性通常以每天写入填充次数指定,以指示在驱动器的使用寿命内每天可以写入设备上每个单元的次数。

NVMe的优势意味着企业高性能SSD现在有多种外形规格。使用U.2和U.3标准的NVMe设备具有与传统HDD相同的2.5英寸SFF尺寸,但使用支持PCIe接口的替代引脚。M.2、PCIe卡和英特尔的EDSFF(又名Ruler驱动器)等替代品利用闪存芯片的小尺寸在紧凑的封装中提供高容量。

【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】

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