窦坤:企业固态硬盘发展趋势简介

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窦坤:企业固态硬盘发展趋势简介 2017年8月22日，在云计算发展与政策论坛和数据中心联盟的指导下，由开放数据中心委员会主办，由百度、腾讯、阿里巴巴、中国电信、中国移动、中国信息与通信研究院和英特尔主办的2017年ODCC开放数据中心峰会在北京隆重举行。在下午的纺织测试分论坛上，三星高级工程师窦坤就企业固态硬盘的发展趋势做了简要介绍。 2017年8月22日，开放委员会在北京举办了由百度、腾讯、阿里巴巴、中国电信、中国移动、中国信息与通信研究院和英特尔主办的“2017 ODCC开放数据中心峰会”。在下午的纺织测试分论坛上，三星高级工程师窦坤就企业固态硬盘的发展趋势做了简要介绍。

窦昆:大家下午好。我很高兴与您分享企业固态硬盘的发展趋势。我们将做一些简短的介绍，暂时不讨论它们。

第一个趋势是，每个人都已经感觉到固态硬盘在很多方面都比硬盘有明显的优势，比如体积、噪音、重量和容量。3.5英寸固态硬盘可以达到60TB，2.5英寸固态硬盘可以达到32TB。此外，固态硬盘的性能，尤其是固态硬盘的随机读写性能，远远领先于硬盘。基于这些优势，许多企业很早就开始在一些关键业务中使用固态硬盘。目前，固态硬盘的价格是制约固态硬盘发展的唯一因素。然而，随着近年来技术的进步，固态硬盘的价格也在下降。在这个过程中，我认为一个更重要的因素是薄层与非技术的成熟。

我们都知道，“与非”闪速存储器粒子经历了SLC、MLC、TLC和QLC阶段。从我在各大固态硬盘厂商的官方网站上搜索到的主要由各厂商推动的企业级固态硬盘的图中可以看出，仍然有很多厂商在使用MLC与非门粒子，但是企业级固态硬盘的TLC开始越来越多。像三星和英特尔一样，最新的企业固态硬盘是TLC与非门。今年6月，东芝和西山丽新闻发布了《QLC与非》。三星也有自己的QLC产品，今天早上同事们分享了这些产品。我们的QLC固态硬盘可达128TB。此外，我们可以看到，最初的TLC与非寿命很低，而后期的寿命有所改善。除了技术进步，一个重要的因素是3D与非技术的出现。

早期，为了进一步提高与非门的存储密度和降低成本，与非门粒子的工艺得到了不断的改进。然而，随着工艺的不断改进，各单元之间的干扰会越来越严重。为了解决这个问题，各种制造商已经开始开发3D与非门技术，其可以通过堆叠与非门粒子在平坦的基础上增加容量。在这个阶段，每个家庭的3D与非门已经开始铺开到48层，达到64层甚至更高，还有90层在后面。

除了3D与非门，各种制造商也开始开发新的存储介质。相变存储器就是其中之一。它使用一种特殊的材料，通过晶态和非晶态之间的相变来存储数据。我们不会讨论它使用什么材料，它如何运作，以及它首先有什么优势。首先，它比当前的闪存快100倍或更多。同时，它还有数百万次数据擦除。它也有缺点，因为它使用电热引起相变，这实际上是控制电热驱动温度的一个重要困难。同时，很难说使用电加热来驱动非常小的纳米尺寸的相变是否会带来某些功耗或散热问题。很难说相变材料在现阶段仍处于实验室阶段。

三星还推出了Z-与非门闪存粒子。“与非”使用新电路和新主机。在保持较高速度的情况下，读取延迟比普通与非门粒子大大减小，使用寿命比普通与非门大幅度提高。这使得“与非”的性能介于动态随机存取存储器和固态硬盘之间。

“与非”、“相变材料”和“三维与非”堆叠技术都是正在存储介质上应用或探索的技术。此外，固态硬盘接口协议也有一些变化。我们知道SATA固态硬盘继承了硬盘生态系统，并具有良好的兼容性。但是现在许多企业开始在他们的关键业务中使用NVMe固态硬盘而不是SATA固态硬盘。与以前相比，NVMe固态硬盘具有更高的理论带宽、更低的延迟和更丰富的接口。当前的NVMe固态硬盘不像以前的AIC端口。U2接口的出现使得NVMe固态硬盘更易于管理和维护，可以实现前端插拔，实现不间断更换。虽然仍有许多不利因素制约着NVMe固态硬盘的发展，如功耗、散热等。，围绕NVMe固态硬盘仍有一些新技术不断推出，以使NVMe固态硬盘适应更多场景。我们将在这里与您简单分享一些。

双端口NVMe固态硬盘允许存储设备连接到两个不同的磁盘控制器。当其中一个磁盘控制器出现故障时，第二个控制器可以快速接管，以避免无法使用。为了让每个磁盘控制器都有足够的带宽，U.2接口的PCIe 3.0 x4带宽通常分成两部分，每个磁盘控制器在访问固态硬盘时可以有一半的带宽。

接下来是多流技术，已写入NVMe规范1.3。它可以使固态硬盘根据主机端提供的流标识将相同或相似生命周期的数据写入同一个擦除单元，大大提高了气相色谱效率，减少了写放大，大大提高了固态硬盘的性能和寿命。在某些情况下，多数据流可以将应用程序性能提高20%或更多，同时将固态硬盘写入放大降低20%。

关键价值固态硬盘，现有存储体系结构需要将千伏接口转换为较低级别的数据块接口。在这个过程中，千伏到LBA到PBA的转换是必需的。这种转换会消耗资源。KV固态硬盘减少了不必要的软件层和硬件层，使应用程序能够更直接地访问固态硬盘，大大提高了固态硬盘的访问效率。现阶段，各大厂商已经开始向标准化组织提出自己的技术建议，希望推动千伏固态硬盘成为一个开放的标准，从而推动固态硬盘的发展。

传统的虚拟化是通过软件实现的。虽然实现了CPU虚拟化，但没有实现输入/输出虚拟化。输入输出决策仍然由软件实现，这将带来瓶颈并影响性能。SR-IOV可以将一个物理控制器虚拟化为多个虚拟控制器，并为虚拟控制器分配一些物理资源，这样数据传输可以绕过软件模拟层，直接分配给虚拟设备，减少软件模拟层的输入/输出开销。

NVMe超过织物，这项技术目前正被更多的人研究。现在，固态硬盘可以提供高达10TB的容量，并且可以提供几十万甚至几十万IOPS，这对于单个服务器来说是相对浪费的。我已经在网上和我的同事交流过了。如果固态硬盘上存储了太多数据，CPU或内存可能会成为瓶颈。在这种情况下我该怎么办？只有一些数据可以保存得更少，这也将导致空之间的巨大浪费。在“基于结构的NVMe”出现之前，还有一些其他的互连协议提供了一种共享方法来提高系统性能和减少CPU负担，例如iSCSI协议。然而，iSCSI仍然受到SCSI协议的限制，并且有很大的协议开销。我们都知道NVMe在单一系统上具有高性能和高效率。光纤NVMe为NVMe存储互连结构带来了高性能和高效率，大大降低了网络延迟。在低压下，NVMe上空织物环境的延迟略高于本地延迟，但在高压下，其延迟和IOPS延迟几乎可以达到与本地延迟相同的水平。

让我们做一个简短的总结。与过去相比，闪存介质取得了很大的进步和发展。3D与非技术使得固态硬盘的容量越来越大。固态硬盘有一些新技术可以解决固态硬盘或固态硬盘使用中的难题。例如，千伏和多流最大限度地发挥固态硬盘的潜力。IOV和NVMe解决了固态硬盘在虚拟化和网络应用环境中的瓶颈。将来会有更多的新技术。作为固态硬盘制造商，三星非常乐意与您分享和讨论这些技术。我们希望通过我们的共同努力，推动固态硬盘的发展，固态硬盘将为我们的工作和生活带来更多的便利。谢谢你。

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