邁入ZB時代的全新存儲架構(gòu)思路

在過去一年中，幾大閃存供應商都在采取手段阻止價格下滑，包括削減投資、減少產(chǎn)能、延遲新工廠投產(chǎn)等，雖然效果不是立竿見影，但預計到2020年隨著5G智能手機、企業(yè)、機器生成的數(shù)據(jù)推動著數(shù)據(jù)中心的存儲容量快速地從PB級擴展到EB級，需求的持續(xù)提升會令存儲市場逐漸回暖。

西部數(shù)據(jù)高級副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理Steven Craig

“為什么我會這么樂觀？因為整個2018年全球產(chǎn)生數(shù)據(jù)約32ZB，到2023年會有超過100ZB的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這會改變我們對整個存儲行業(yè)的看法和預期。“在日前于深圳舉辦的閃存市場峰會（CFMS2019）上，西部數(shù)據(jù)高級副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理Steven Craig對閃存市場表達了樂觀的態(tài)度。

目前我們的數(shù)據(jù)源主要有三個，包括邊緣數(shù)據(jù)、末端數(shù)據(jù)，以及在云端（核心端）將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成經(jīng)過處理的智能信息。據(jù)IDC報告指出，2018年全球產(chǎn)生的32ZB數(shù)據(jù)中，只有5ZB（Zettabyte，十萬億億字節(jié) ，1ZB約等于1萬億GB）被存儲了下來。

到2023年，大于90%的數(shù)據(jù)將由機器生成，5G、人工智能、機器學習，包括視頻監(jiān)控，甚至4K、8K視頻的廣泛應用，都催生了海量數(shù)據(jù)產(chǎn)生。屆時存儲量將會上升到12ZB，但占據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)量的比例卻由2018年的15%下降到10%左右。

Steven Craig表示：“這就是我們面臨最核心的問題，數(shù)據(jù)產(chǎn)生后只有一小部分會存儲下來。存儲行業(yè)整個生態(tài)環(huán)境還沒有跟上新的趨勢，我們必須要轉(zhuǎn)變思維模式，為未來更大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲準備好相關的技術。”

應對數(shù)據(jù)爆炸，SSD成本吃不消

逐步增長SSD的用量是一個方法，NAND Flash層數(shù)的增長也可以進一步增加存儲密度。從2014年的24層，到2016年的到48層，2017年的64層，再到2018年的96層以及明年的1XX層……NAND層數(shù)似乎也有了一個類似摩爾定律的更新迭代周期。

單純增加層數(shù)的方法看起來最簡單，但實際上會增加更多的成本。層數(shù)增加，意味著要制造更多的晶圓，導致每平方米單位面積的存儲成本上升，如上圖所示3D NAND迭代的資本密度。我們需要多管齊下。首先需要不斷縮小閃存孔規(guī)格，讓存儲孔（MH）密度不斷提升；再來是升維擴展，也就是Z軸縱向發(fā)展提升層數(shù)，讓存儲單元（Cell）密度提高；最后提升TLC的比特密度。

“下一代技術要求每個單元實現(xiàn)4 bit數(shù)據(jù)存儲，這是非常艱巨的任務?！?Steven Craig說到，“但在這樣的情況下，我們才可以獲得技術發(fā)展的紅利?！?預計不同層級的TLC將引領未來存儲的增速，應用在包括在企業(yè)級、客戶級還有移動端，移動端的需求尤其大。

QLC高密度的4 bit每單元是“一步到位”的解決方案，據(jù)預測到2025年3D-QLC會占50%以上的總比特數(shù)出貨量。當然天下沒有免費的晚餐，我們必須去接受提升容量帶來的成本提升，這對企業(yè)來說會造成一定的困擾，有沒有兩全其美的辦法？

把HDD和SSD混在一起做分區(qū)存儲

“對于西部數(shù)據(jù)來說，在數(shù)據(jù)存儲邁入ZB時代也遇到了關鍵挑戰(zhàn)。QLC雖然在可擴展性、成本/TCO效益和訪問/讀取性能上都很優(yōu)異，但是寫入壽命的限制卻讓人頭疼。磁盤存儲也是如此，我們將傳統(tǒng)的CMR（Conventional Magnetic Recording， 傳統(tǒng)磁記錄）技術，轉(zhuǎn)為SMR（shingled magnetic recording，疊瓦式磁紀錄）技術。 ”Steven Craig表示，“但還是有寫入限制?！?/p>

什么是SMR？疊瓦式磁紀錄可以為HDD帶來物理和邏輯上的擴展。物理上，增家磁碟數(shù)量、擴大磁碟尺寸和窄化軌道實現(xiàn)；邏輯上則能為每隔區(qū)域疊加更多軌道進行。不過SMR在隨機寫操作時，需要先將疊瓦布局中重疊磁道部門的數(shù)據(jù)遷移走，這需要操作系統(tǒng)以及應用程序等的支持，對于客戶實際部署要求較高。也是因為這個原因，SMR磁盤很難與CMR無縫銜接，但SMR在單盤存儲容量方面的潛力，對于爆炸式數(shù)據(jù)增長帶來的存儲需求，還是極具誘惑力。

如何發(fā)揮SMR在單盤存儲容量方面的優(yōu)勢，同時掃除影響SMR使用的障礙？只有SMR-HDD和SSD同時存在，才能在不犧牲性能的情況下提高存儲容量，這也是西部數(shù)據(jù)分區(qū)存儲計劃誕生的背景。

ZNS（Zoned Namespaces，分區(qū)命名空間）包含SMR-HDD以及ZNS-SSD的配套技術，其中SMR具有成熟的生態(tài)和廣泛的開源社區(qū)支持，能夠享用SMR技術帶來的硬盤存儲容量最大化紅利；融入ZNS標準的NVMe SSD則延續(xù)閃存擴展，擁有更好的耐久性、可預知的低延時和QoS（服務質(zhì)量）性能，實現(xiàn)QLC的規(guī)模部署。

Steven Craig表示：“分區(qū)存儲是一項開源的、基于標準的技術提案，使數(shù)據(jù)中心能夠經(jīng)濟高效地對存儲介質(zhì)進行選取和部署，有效地擴展到ZB時代?！?/p>

哪些市場HDD和SSD替換得最激烈？

會后，西部數(shù)據(jù)產(chǎn)品市場部副總裁朱海翔先生，西部數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品市場部總監(jiān)-張丹女士接受了《電子工程專輯》采訪。

由左至右：西部數(shù)據(jù)公司全球產(chǎn)品市場部總監(jiān)-萬君玫女士，西部數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品市場部副總裁-朱海翔先生

和西部數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品市場部總監(jiān)-張丹女士

對于數(shù)據(jù)端到端的架構(gòu)，朱海翔認為，數(shù)據(jù)主要由終端通過不同的應用產(chǎn)生，然后在邊緣計算或分布式數(shù)據(jù)中心進行初步集成和分析。最后，在云數(shù)據(jù)中心通過一些大數(shù)據(jù)技術分析，數(shù)據(jù)價值才會最終體現(xiàn)出來。“今天大多數(shù)的數(shù)據(jù)，還是人為方式產(chǎn)生的。比如說微信，在一些平臺上分享我們的文字、圖片、視頻，以及現(xiàn)在非常流行的短視頻抖音、快手等等，這些都是人產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。但是隨著5G萬物互聯(lián)的發(fā)展，我們可以預見，到2023年全球90%的數(shù)據(jù)都會由機器產(chǎn)生。而由機器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有獨有的特性，大多數(shù)都是順序型寫入的流媒體數(shù)據(jù)?！?/p>

針對機器產(chǎn)生的宏大海量數(shù)據(jù)類別和新特性，存儲行業(yè)怎么把這個挑戰(zhàn)變成機遇？增加存儲量無疑是最需要解決的問題。今年越來越多96層3D NAND被用在數(shù)據(jù)中心，各個廠商也在積極開發(fā)1XX層存儲密度的3D NAND，“但是這只局限于存儲介質(zhì)的密度增加上，如果最終想要在數(shù)據(jù)中心使用最高密度QLC，而不是現(xiàn)在的TLC，我們需要解決QLC在數(shù)據(jù)中心中批量部署的最大難題——寫入壽命問題?！?朱海翔表示，“要解決這個問題，不能停留在介質(zhì)本身，要重新看整個數(shù)據(jù)的基礎架構(gòu)。所以今年6月我們推出了分區(qū)存儲技術，我們相信這個技術可以從全新的維度幫助整個行業(yè)，尤其是在數(shù)據(jù)中心快速的部署最高存儲密度的QLC?！?/p>

其實在存儲介質(zhì)的選擇上，西部數(shù)據(jù)是一家比較獨特的公司，他們在HDD行業(yè)有開發(fā)和制造的垂直整合能力，在SSD上也是一樣。所以在推薦客戶才用HDD還是SSD上，“西部數(shù)據(jù)并沒有一個偏好，比如一定要在市場上或是在客戶處主動去推其中某一個產(chǎn)品。但是我們看到，在不同的行業(yè)里，對于HDD和SSD互相過渡的速度和范圍是不一樣的，其中三個行業(yè)是全球使用傳統(tǒng)機械硬盤最大的行業(yè)：數(shù)據(jù)中心、個人電腦以及視頻監(jiān)控行業(yè)?！?/p>

朱海翔介紹到，“這三個行業(yè)情況不一樣。在數(shù)據(jù)中心行業(yè)，HDD每年的年負荷增長率可達34%，我們把它叫企業(yè)級HDD。因為成本、性能整合的優(yōu)勢，相比之下大多數(shù)的云廠商還是愿意大量用HDD來存儲。SSD在云數(shù)據(jù)中心中增長速率比HDD快，每年增長率是44%，但它的起點相對較低。我們預測在大概四五年之后，數(shù)據(jù)中心絕大多數(shù)的存儲媒介仍然是HDD，而不是SSD?！?/p>

個人電腦行業(yè)則完全不一樣。去年個人電腦里面的存儲介質(zhì)已經(jīng)有50%轉(zhuǎn)變?yōu)?SSD，今年可能已經(jīng)達到60%，大概兩三年之后會達到80%以上。所有的個人電腦都傾向于使用SSD，而不是傳統(tǒng)的機械硬盤。

第三個視頻監(jiān)控市場在中國尤其重要，而且中國有全球領先的安防廠家，近年來中國視頻監(jiān)控存儲的需求量，在全球已經(jīng)超過50%，但絕大多數(shù)的存儲需求還是HDD，而不是SSD。朱海翔表示：“因為我們和這些廠家都有緊密的合作，并沒有看到近期或可預見的將來會有大量SSD會替代HDD，這是我們看到的HDD和SSD互相轉(zhuǎn)變的三個主要重要市場?！?/p>

在中國區(qū)首發(fā)全球新品

在媒體會中，西部數(shù)據(jù)還發(fā)布了一系列針對工業(yè)、智能和先進制造（包括多種物聯(lián)網(wǎng)設備）等需要在嚴苛環(huán)境中操作的新產(chǎn)品。張丹表示，這是西部數(shù)據(jù)首次在中國，發(fā)布全球范圍內(nèi)的新品。

此次發(fā)布的新產(chǎn)品采用高耐久度3D NAND技術，以多種產(chǎn)品形態(tài)為工業(yè)系統(tǒng)設計人員提供適用于工業(yè)級市場領域的解決方案，可應用于邊緣計算網(wǎng)關、機器人、醫(yī)療和監(jiān)測/安防等領域，同時為工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計人員在人工智能和機器學習應用領域提供方案。

為什么會有工業(yè)級別產(chǎn)品的發(fā)布？張丹表示，“當我們以深入視角研判未來萬億字節(jié)新時代的時候，發(fā)現(xiàn)有兩個主要的趨勢，一個是數(shù)據(jù)上云，第二個是算力下發(fā)。算力下發(fā)的結(jié)論就是邊緣計算，所以越來越多的計算能力會被推動到邊緣端，越來越多的傳感和分析在邊緣端實現(xiàn)，但是這些數(shù)據(jù)并沒有充分的在邊緣端進行存儲。我們看到了邊緣不具備足夠的能力和成本優(yōu)勢來保存更多的數(shù)據(jù)，因此我們也想盡一些努力來滿足行業(yè)對這方面的需求?！?/p>

據(jù)介紹，西部數(shù)據(jù)工業(yè)級存儲產(chǎn)品能夠在惡劣環(huán)境（如高溫、潮濕、極端海拔或強振）下保證設備存儲正常運行，通過延長數(shù)據(jù)保存期限而存儲和處理更多數(shù)據(jù)。

西部數(shù)據(jù)首款針對工業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)市場而設計的64層3D NAND e.MMC

西部數(shù)據(jù)iNAND IX EM132嵌入式閃存盤是公司首款專為工業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)設備設計的3D NAND e.MMC，其中搭載了西部數(shù)據(jù)64層3D NAND技術。該產(chǎn)品有兩種版本的寬溫范圍，分別是-25°C至+ 85°C以及-40°C至85°C。西部數(shù)據(jù)公司將該產(chǎn)品的e.MMC使用壽命延長并超過了2D NAND，為基于高級操作系統(tǒng)、傳感器融合和機器學習技術的工業(yè)和消費應用提供更高的容量選擇。該產(chǎn)品還有專為密集型工業(yè)工作負載而設計的功能特性，包括：

· 高級運行狀況管理

· 熱管理

· 智能分區(qū)

· 自動和手動讀刷新

· 電源管理

· 達到JEDEC（固態(tài)技術協(xié)會）標準的數(shù)據(jù)保持力

針對工業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)市場的高耐久度SD存儲卡和microSD存儲卡

新款西部數(shù)據(jù)工業(yè)級IX LD342 SD存儲卡和IX QD342 micro SD存儲卡為OEM商、經(jīng)銷商、分銷商、集成商和工業(yè)系統(tǒng)設計人員提供了高度耐用的產(chǎn)品特性，為新興工業(yè)應用領域帶來更好的靈活性：

· 采用西部數(shù)據(jù)3D NAND技術

· 提供16GB至512GB的容量選擇

· 高耐用性（3，000 P/E循環(huán)）保證了更長的使用壽命

· 存儲卡的運行狀況管理可以檢測存儲卡的剩余耐用程度，并在需要時主動對存儲卡進行維護

產(chǎn)品展示

除此之外，西部數(shù)據(jù)還在此次閃存市場峰會中展示了諸多產(chǎn)品：

上述剛發(fā)布的部分新品，以及ZNS SSD，相較于普通的NVMe SSD可提升吞吐量，顯著降低延遲

恩智浦i.MX8 Mini EVK主板，其采用了西部數(shù)據(jù)最新的iNAND IX EM132工業(yè)級e.MMC嵌入式閃存產(chǎn)品，可實現(xiàn)更好的性能表現(xiàn)。

還有Ultrastar系列的SSD產(chǎn)品。