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预测闪存未来 分析师:或将实现前所未有的速度和容量

2020-04-07 09:22:20 来源 : TechTarget中国

预测任何技术的未来从来都不是一件容易的事,对于内存技术也是如此。不过,对于NAND闪存、存储类内存和NVMe-oF,我们有可能预测其未来发展。

近年来,这些技术以惊人的速度发展,供应商不断生产出更快的设备,可存储更多数据,并提供更高的耐用性。虽然这并不是说没有任何障碍,但闪存和其他相关技术的未来将充满希望。

3D NAND的未来

很多分析师认为,供应商将继续在3D NAND闪存中添加层,直到不能再添加为止。预计到2021年将有192层3D NAND,到2022年将有256层设备。Forward Insights公司总裁兼首席分析师Gregory Wong表示,他预计供应商将继续增加层数以及位密度,同时降低总体成本。但是,他指出:“增加层的代价是不断增加的资本支出、更高的流程复杂性和更长的处理时间。”

Coughlin Associates公司总裁Tom Coughlin对此表示同意,随着设备使用更薄的层和层字符串技术,层数将继续增加。但是,这些层的薄度和沉积速度会有限制,他说:“增加层数将导致更长的晶片生产时间,并需要更多的晶片资本设备,最终需要新的工厂生产。”

由于生产问题,3D NAND降低每GB成本的速度将下降–在没有其他技术进步的情况下,最值得注意的是每个单元使用多个位的能力。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,而且还会降低单元的耐用性。他说,要取得成功,“传统的垃圾收集将需要改变,特别是必须减少擦除/写入周期。”这将需要使用缓存写入数据等方法。

QLC和PLC NAND的未来

NAND闪存的未来必然将围绕着每单元的位数。Wong说,在过去的一年中,四级单元(QLC)NAND(每单元4个位)的使用主要集中在PC上,但是这种情况将会改变。“今年,我们将会看到QLC驱动器用于超大规模数据中心,以及引入到企业存储系统中。”我们看到越来越多的供应商开始讨论如何生产QLC设备。

但是,Wong说,我们越来越难扩展闪存设备的位密度以及降低成本。“尽管如此,NAND闪存仍将存在很长一段时间,因为目前还没有一种技术可以在位密度和成本上超越它。”

Rockport Networks公司现场CTO兼存储网络行业协会(SNIA)董事会成员J Metz对QLC和下一代NAND闪存五级单元(PLC)(每单元5个位)有不同的观点。尽管他认为这些技术必然会出现,但他质疑市场能否承受它们。随着三层电池(TLC)器件价格的下降,从经济角度考虑,我们还不确定这些技术是否会淘汰前一代技术。

“问题不在于,是否会有针对一次性存储设备的用例(PLC最终将是这种用例),而是对于相同的生产资源来说,现有技术是否已经可以满足相同的用例。”

尽管存在这些顾虑,但QLC仍拥有很大发展动力,供应商定期会推出新产品。Objective Analysis公司总经理Jim Handy说:“对于3D NAND,令人满意之处在于,它的几代技术都保持相同的单元尺寸和电容,并且支持良好QLC的开发。”他还认为PLC可能也会是这样。

即便如此,闪存的未来仍可能会看到每个单元更多位继续影响耐用性。这就是为什么企业中的QLC NAND可能仅限于读取密集型且写入操作受到严格控制的工作负载的原因。对于PLC NAND来说甚至更是如此。

然而,QLC和PLC NAND可以与单位单元(SLC)闪存配对以创建混合固态硬盘。Coughlin说:“区域存储概念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闪存中,以及从QLC甚至PLC闪存中进行读取。”这里的共识是QLC和PLC NAND不可能单独用于高性能应用。

NVMe-oF的未来

随着越来越多的NVMe SSD进入数据中心,预计将会看到更多NVMe-oF集成到企业工作流程中。该接口协议可扩展NVMe在整个网络中的性能和低延迟优势。我们已经在Dell EMC PowerMax等产品中看到了NVMe-oF的价值,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说,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加。

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,甚至在基于HDD的存储应用中也可能。”Western Digital已在其OpenFlex架构中增加HDD存储盒,该存储盒包括一个NVMe-oF互连。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。他补充说,NVMe-oF还使利用远程内存成为可能,带来“新的虚拟化和抽象方法”。

Metz坚信,NVMe-oF给我们带来潜在的部署选项,尽管到目前为止,这些选项还遥不可及。该协议的进步使其可能以更高的精度和粒度连接到介质。Metz说,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介质的技术,非常适合QLC和PLC等对重写和写入周期高度敏感的介质。

存储类闪存和其他新兴技术

随着英特尔DC持久内存的发布,存储类内存(SCM)将可作为内存存储架构中的一层,它的未来变得比以往任何时候都更有前景。Metz说,SCM将在创建新层中发挥重要作用,部分原因在于,在数据提交到内存之前可能会有风险的情况下,SCM可以减少延迟量。

Metz还提到SNIA的持久内存编程模型,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很多扩展。他说,这为希望直接寻址该设备的应用程序开发人员提供了优秀的机会。

根据Handy的说法,SCM可以将新层带入内存存储架构。他断言,SCM的未来仅受“英特尔愿意投入资金量”的限制。Handy说,该公司每年可能因这项投资而损失数十亿美元,但他补充说,他相信英特尔将使它重新回到高价处理器的销售中。他说:“没有其他供应商可以验证这样做是否可行。”

但是,SCM运动不仅限于英特尔的持久内存模块。Coughlin说,除了其他新兴内存外,一些嵌入式芯片代工厂还提供基于磁阻RAM(MRAM)和电阻RAM(RRAM)等技术的SCM型器件。

根据Coughlin的说法,随着MRAM从自旋隧道扭矩转向自旋轨道扭矩技术,其速度将会更快。“随着这样的进步和MRAM尺寸缩小,我们看到它最终将取代处理器低级缓存,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,这可能对未来电子产品的设计、安全性和编程的影响带来巨大的影响。”

展望闪存的未来

Handy说,即使在存储级内存成为主流之后,闪存仍将继续作为HDD和内存通道层之间的层。他说:“与NAND闪存相比,持久存储器将更好地取代动态RAM(DRAM),类似于NAND SSD减少数据中心DRAM的增长。”同时,NVMe-oF和软件定义的存储等存储技术将得到更广泛的部署,从更少的资源中榨取更多的生产力。

同时,非易失性固态存储器正在快速发展,它将从根本上改变我们进行计算的方式。Coughlin说,这些变化将为边缘和端点应用(例如5G IoT)提供低功耗设备,特别是依赖电池或太阳能电池的能源受限的应用。他补充说,磁阻RAM等技术可能会像DRAM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。”

众所周知,闪存和其他新兴存储技术的未来仍然很有前景。根据Metz的说法,我们正处在固态存储“用例的寒武纪大爆炸”的开始,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”。随着供应商不断改进位密度、访问闪存设备的协议以及计算存储等领域的发展势头,“我们才刚刚开始看到可能性”。

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