企業(yè)級QLC SSD普及元年，這家國產(chǎn)公司用前瞻性技術(shù)布局引領(lǐng)市場

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）2016年，QLC SSD問世。最初幾年，由于QLC閃存顆粒的耐用性和速度問題，QLC SSD飽受質(zhì)疑，產(chǎn)品商業(yè)化落地遇到了非常大的阻力。截至目前，TLC SSD依然是市場主流。不過，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的飛速發(fā)展，對數(shù)據(jù)存儲的容量、效率、成本提出了更高的要求，以性價比著稱的QLC SSD終于迎來了機會。

從SLC、MLC到TLC、QLC，再到未來的PLC，技術(shù)迭代的路徑是非常清晰的。閃存技術(shù)迭代最大的魅力在于容量和容量密度越來越高，從而帶來更出色的SSD性價比。挑戰(zhàn)在于SSD的耐用性和性能會隨著單元層數(shù)和每單元存儲信息的增長而降低，因而企業(yè)級用戶對QLC SSD的態(tài)度非常保守。過去幾年，閃存顆粒廠商在QLC閃存顆粒方面迭代了3-4代產(chǎn)品，QLC閃存顆粒的壽命已經(jīng)接近主流TLC閃存顆粒的水平，為企業(yè)級QLC SSD普及打下了堅實的基礎(chǔ)。

閃存技術(shù)迭代之性價比和速度變化，圖源：三星半導(dǎo)體

解決了耐用性問題后，阻礙企業(yè)級QLC SSD普及的唯一障礙就是性能。針對這一點，英韌科技聯(lián)合創(chuàng)始人、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)副總裁陳杰在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時表示，在推動QLC SSD落地的過程中，英韌科技的優(yōu)勢在于，全面深刻了解各大廠商QLC閃存顆粒的特性，在主控芯片上擁有前瞻性的技術(shù)布局和多代的技術(shù)迭代，兩者的融合讓英韌科技能夠持續(xù)引領(lǐng)QLC SSD技術(shù)創(chuàng)新。

官方信息顯示，英韌科技是一家專注于存儲技術(shù)，通過自主研發(fā)、賦能芯片設(shè)計和系統(tǒng)應(yīng)用方案的高科技公司，致力于提供高穩(wěn)定性、高可靠性、高耐用性、高安全性的國產(chǎn)存儲產(chǎn)品，大幅度提高數(shù)據(jù)存儲和傳輸效率。

充分釋放QLC SSD大容量優(yōu)勢

2024年被定義為企業(yè)級QLC SSD普及的元年，將對QLC SSD整體市場發(fā)展有明顯的帶動作用。根據(jù)市場分析機構(gòu)Omdia的預(yù)測數(shù)據(jù)，后續(xù)幾年QLC SSD將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，到2027年QLC將占到整體NAND閃存市場份額里的46.4%，僅略低于TLC的51%；相較于2023年的12.9%，占比增幅高達(dá)33.5%。

數(shù)據(jù)來源：Omdia，電子發(fā)燒友網(wǎng)制圖

從SLC、MLC到TLC、QLC，單元層數(shù)顯著增加，每單元存儲的比特數(shù)也從1個變?yōu)?個。因此存儲容量的變化是最為直觀的，包括SSD總?cè)萘康奶嵘约伴W存單die容量的提升。陳杰稱，回顧TLC發(fā)展史，TLC單die容量提升的趨勢是非常明顯的?；诖?，英韌科技早在2021年就預(yù)判到，QLC單die容量也會逐步提升，以提供更優(yōu)的SSD性價比。

閃存技術(shù)迭代，圖源：JEDEC博文

容量提升之后，挑戰(zhàn)也隨之而來。TLC單die的容量范圍是0-1Tb，QLC單die的容量則直接從1Tb起步。如果是相同容量的SSD，采用QLC顆粒的SSD在die數(shù)量方面，相較于采用TLC顆粒的SSD就會變少。因此，QLC SSD第一個要解決的性能挑戰(zhàn)是如何提升單die的并行速度。好消息是，閃存顆粒廠商在QLC發(fā)展早期就已經(jīng)獲取到了這一信息，因此在die內(nèi)和die間提供了多層的并行度——經(jīng)過改進(jìn)的QLC閃存顆粒，單die運行可以有6個隱藏的并行路徑，能夠顯著提升QLC單die性能。

SSD主要由閃存顆粒、緩存單元和主控芯片三部分組成。當(dāng)QLC單die提供多層并行度功能之后，QLC SSD主控就需要支持這一功能。陳杰表示，英韌科技在2018年就預(yù)見到了這種情況，目前英韌科技的主控芯片能夠讓單顆QLC die擁有16個并行度，遠(yuǎn)超其他主控芯片廠商的水平（基本是提供6個并行度）。“在明年的某個時候，其他主控芯片廠商可能會推出支持8個并行度的主控方案，和英韌科技的方案相比仍存在明顯差距，這是英韌科技前瞻性技術(shù)布局的一個代表性成果，能夠給英韌科技QLC SSD設(shè)計提供非常大的自由度?！?br />
容量方面，單die容量2Tb的QLC是產(chǎn)業(yè)下一步布局的重點，將會在大容量和低TCO（總體擁有成本）等方面帶來更大的優(yōu)勢。陳杰指出，得益于英韌科技和閃存顆粒廠商良好的合作關(guān)系，公司將會在2024年下半年拿到試產(chǎn)的2Tb QLC閃存顆粒，開始完成早期的測試和設(shè)計工作，也能夠給閃存顆粒廠商提供專業(yè)的產(chǎn)品反饋，幫助他們更好地實現(xiàn)量產(chǎn)。

企業(yè)級QLC SSD要解決的第二大挑戰(zhàn)是：如果是同樣的PCB設(shè)計，采用QLC閃存顆粒的SSD容量必然會更大，這便會出現(xiàn)大容量SSD設(shè)計的瓶頸，即如何高效完成邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。通常情況下，兩種地址轉(zhuǎn)換中間的線性地址是個32位的無符號數(shù)，即4G的地址空間，如果最小單元是4kb的話，那么總體容量就是16TB。

想要進(jìn)一步提升容量，改變線性地址的無符號數(shù)是一個方法，比如增加1位就會帶來容量的顯著提升，但這會導(dǎo)致之前對稱的尋址結(jié)構(gòu)被破壞。陳杰介紹說，英韌科技的做法是在改變線性地址時引入一種壓縮的方法，可以將增加之后的33或者34位無符號數(shù)通過壓縮的方式變?yōu)?2位。需要特別指出的是，這是一種硬件壓縮機制，讓英韌科技企業(yè)級QLC SSD里面的主控芯片可以在增加地址空間的同時保持?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的完美結(jié)構(gòu)。

目前，市面上也有存儲廠商的主控芯片在通過軟件的方式來實現(xiàn)線性地址的壓縮。由于是軟件的方式，需要CPU進(jìn)行計算，會額外增加CPU的負(fù)擔(dān)和功耗，從而影響企業(yè)級QLC SSD的能效表現(xiàn)。

這就延伸出企業(yè)級QLC SSD的第三大挑戰(zhàn)：在大容量QLC SSD設(shè)計里，要實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，主控芯片負(fù)載也是一個挑戰(zhàn)。當(dāng)前，NAND Flash的速度在快速提升，I/O接口速度從1200MT/s、1600MT/s，逐漸提升到了2400MT/s，甚至是3600MT/s。陳杰認(rèn)為，要打造高速的SSD有三個要素，除了上面提到的主控和顆粒，兩者之間的連接也很重要。

SSD基本框架，圖源：《Coding for SSDs – Part 2: Architecture of an SSD and Benchmarking》論文

當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)普遍的做法是對8bit數(shù)據(jù)分別編碼，靠時鐘對8bit去分別采樣。不過在高速傳輸中，細(xì)微的偏差就可能被放大，導(dǎo)致傳統(tǒng)做法里數(shù)據(jù)傳輸?shù)难蹐D會非常小，傳輸效果很差。英韌科技的做法是，能夠以其中1bit為基準(zhǔn)，分別對其他7bit進(jìn)行相位調(diào)整，可以用補償?shù)姆绞椒謩e抵消8bit數(shù)據(jù)路徑上的損耗，顯著改善接收端信號的強度和可靠性。這就是為什么英韌科技企業(yè)級QLC SSD可以輕松跑到2400MT/s，甚至是更高的速度。通過這樣的優(yōu)化，英韌科技的主控以及PCB設(shè)計方案能夠輕松實現(xiàn)具有高速傳輸特性的大容量企業(yè)級QLC SSD。

從主控角度來說，英韌科技這一做法表面上是增加了主控的功耗，但實際運行效果并非如此。為了以更高的能效完成8bit數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)優(yōu)，英韌科技的主控芯片產(chǎn)品通過精細(xì)化的監(jiān)測，只有在傳輸有用數(shù)據(jù)時才會進(jìn)行補償。因此，英韌科技的主控芯片和企業(yè)級QLC SSD能夠提供行業(yè)領(lǐng)先的待機功耗和平均功耗。

總結(jié)而言，QLC閃存顆粒廠商在產(chǎn)品迭代中對QLC耐用性的優(yōu)化，讓企業(yè)級用戶無需再為QLC SSD的壽命問題擔(dān)心，這給企業(yè)級QLC SSD普及打下了堅實的基礎(chǔ)。同時，英韌科技自研的第三代4K LDPC糾錯技術(shù)可以全面覆蓋市場上的所有QLC NAND，進(jìn)一步提升這些QLC NAND的耐用性。在高速、大容量企業(yè)級QLC SSD打造方面，英韌科技通過前瞻性的技術(shù)布局，解決了die內(nèi)、die間的傳輸問題，相關(guān)技術(shù)的表現(xiàn)顯著優(yōu)于行業(yè)當(dāng)前水平，為英韌科技打造行業(yè)領(lǐng)先的企業(yè)級QLC SSD產(chǎn)品掃清了障礙，相關(guān)產(chǎn)品將于今年下半年問世。

企業(yè)級QLC SSD需求迅速攀升

在QLC SSD快速落地的過程中，企業(yè)級QLC SSD是一股重要的力量。2024年之前，QLC SSD在消費級存儲領(lǐng)域已經(jīng)形成一定規(guī)模的出貨。2024年是企業(yè)級QLC SSD開始普及的元年，比如在生成式AI等應(yīng)用的推動下，以合理的TCO取代機械硬盤（HDD）便是剛需，因而企業(yè)級QLC SSD擁有一個巨大的產(chǎn)業(yè)藍(lán)海。TrendForce預(yù)測，2024年企業(yè)級QLC SSD的出貨量將達(dá)到30EB。

TrendForece在研報中指出，AI推理服務(wù)器由于寫入次數(shù)并不頻繁，主要以讀取為主，將會是企業(yè)級QLC SSD落地的重點方向，過往這些服務(wù)器主要以采用HDD為主。英韌科技數(shù)據(jù)中心BU總經(jīng)理鄧滌指出，相較于傳統(tǒng)的HDD，企業(yè)級QLC SSD擁有幾大明顯的性能優(yōu)勢：
·高速讀取能力和低延遲：QLC SSD能夠提供1200MT/s、2400MT/s甚至更高的傳輸速度，在讀取速度方面有明顯的優(yōu)勢；
·高能效比：由于不需要旋轉(zhuǎn)磁盤和移動讀寫頭，QLC SSD的能效更高；
·高可靠性：由于不受物理部件的磨損和機械故障的威脅，QLC SSD的耐用性更好；
·低TCO：能源、維護(hù)和空間已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心的主要成本挑戰(zhàn)，采用QLC SSD能夠擁有更低的TCO。

從產(chǎn)品容量來看，當(dāng)前通用服務(wù)器所采用的HDD主要存儲容量是16-24TB，企業(yè)級QLC SSD可以輕松覆蓋這一容量區(qū)間，并且能夠?qū)崿F(xiàn)64TB的企業(yè)級QLC SSD，為AI推理等應(yīng)用節(jié)省存儲部署空間，進(jìn)一步降低TCO。鄧滌表示，通過企業(yè)級QLC SSD取代傳統(tǒng)HDD也是英韌科技產(chǎn)品落地的一大方向。同時，英韌科技也會給更多的企業(yè)級用戶送樣，以挖掘更廣泛的企業(yè)級QLC SSD應(yīng)用。

比如，在溝通中記者了解到，除了取代HDD，ZNS SSD也是QLC SSD一個重要的應(yīng)用場景，這是一個高度定制化的場景。ZNS SSD即分區(qū)命名空間固態(tài)硬盤，是在OC（Open Channel，開放通道）SSD的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，將閃存轉(zhuǎn)化層FTL從SSD內(nèi)部交給更上層的Host，用戶可以根據(jù)自己的需求制定FTL。從英韌科技收獲的市場信息來看，ZNS SSD用戶對采用QLC NAND方案的意愿是非常高的，英韌科技內(nèi)部正在推進(jìn)PCIe 5.0接口+QLC NAND方案的打造，以更好地滿足ZNS SSD需求。

鄧滌強調(diào)，“英韌科技作為一家提供企業(yè)級QLC SSD產(chǎn)品的廠商，對于我們而言，無論是什么樣的應(yīng)用，我們要做的工作都是一樣的，即提供性能領(lǐng)先的QLC SSD產(chǎn)品。”

結(jié)語

得益于閃存顆粒廠商在QLC NAND方面的產(chǎn)品迭代，QLC NAND的壽命已經(jīng)接近主流TLC NAND，為注重產(chǎn)品壽命的企業(yè)級QLC SSD應(yīng)用創(chuàng)造了條件。英韌科技通過前瞻性的技術(shù)布局，解決了企業(yè)級QLC SSD在die內(nèi)、die間的傳輸問題，讓QLC SSD性能也不再是弱項，充分釋放了QLC SSD的大容量潛力。

2024年是企業(yè)級QLC SSD普及的元年。正如TrendForce在研報中提到的，當(dāng)前企業(yè)級QLC SSD的供應(yīng)商仍較少，具有明顯的市場藍(lán)海屬性。英韌科技的企業(yè)級QLC SSD產(chǎn)品憑借該公司前瞻性的技術(shù)布局，性能上有明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢，有望在QLC SSD需求爆發(fā)中搶奪市場先機，贏得更大的市場蛋糕。