PCIe4.0將對(duì)未來的SSD市場(chǎng)造成怎么樣的影響

臺(tái)北電腦展上，AMD的7nm燃和X570系列主板的發(fā)布燃爆全場(chǎng)，正式意味著PCIe 4.0進(jìn)入實(shí)用階段。

帶寬直接從8GT/s翻倍達(dá)到16GT/s，帶寬越大，能夠瞬間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也就越多，所以NVMe 協(xié)議的 SSD才能做出容量更大，速度更快的產(chǎn)品。

那么再加上QLC閃存，它們能在SSD身上碰撞出怎樣的火花呢？又會(huì)對(duì)未來的SSD市場(chǎng)造成怎么樣的影響呢？

QLC+4D NAND讓TB級(jí)SSD不再遙遠(yuǎn)

我們都知道固態(tài)硬盤采用閃存顆粒NAND Flash作為存儲(chǔ)介質(zhì)，所以它是固態(tài)硬盤中最重要的構(gòu)成部分，其好壞也就決定著固態(tài)硬盤質(zhì)量的好壞。

NAND Flash是目前最常見的存儲(chǔ)芯片，當(dāng)其存儲(chǔ)密度不斷提升的同時(shí)，成本也會(huì)變得越來越敏感，因?yàn)镕lash閃存的成本取決于其芯片面積，所以如果可以在同一區(qū)域存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)，F(xiàn)lash將更具成本效益。

所以我們使用的NAND Flash從SLC發(fā)展到了現(xiàn)如今的TLC，以及即將大批量出貨的QLC。

我們常見的閃存類型主要有SLC、MLC、TLC、QLC這幾種，在SLC閃存中，每個(gè)存儲(chǔ)單元僅存儲(chǔ)一位信息，這使得讀取單元格更快捷，因?yàn)槟p的影響小所以壽命比較長(zhǎng)，但價(jià)格較較高。

MLC閃存每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)兩位信息，讀取速度和壽命都低于SLC，但價(jià)格也便宜2到4倍。

TLC閃存每個(gè)存儲(chǔ)器單元存儲(chǔ)3位信息，相比于前者更適合消費(fèi)級(jí)使用，而QLC閃存則是每個(gè)存儲(chǔ)器單元能夠存儲(chǔ)4位信息以存儲(chǔ)更多的信息，所以我們可以看到目前采用QLC閃存的SSD容量基本都是TB起步，三星的860 QVO最高甚至可以達(dá)到4TB的容量。

除了三星以外，美光在QLC閃存方面也是動(dòng)作頻頻，美光是最早大規(guī)模量產(chǎn)3D QLC閃存的廠商之一。

根據(jù)其發(fā)布的財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)來看，美光上季度用于固態(tài)硬盤的3D QLC閃存出貨量環(huán)比增長(zhǎng)了75％，足以可見QLC閃存的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，畢竟它的價(jià)格優(yōu)勢(shì)是TLC和MLC閃存所無(wú)法比擬的。

SK海力士在今年6月推出了業(yè)內(nèi)首款128層TLC 4D NAND Flash，并宣稱已經(jīng)開始批量生產(chǎn)，容量為1Tb，目前閃存制造廠商主要是集中提高96層3D NAND。

而SK 海力士推出的128層4D NAND是目前業(yè)界最高的垂直堆疊高度，具有超過3600億個(gè)NAND單元，在96層NAND的基礎(chǔ)上堆疊多達(dá)32層實(shí)現(xiàn)128層堆疊。

它最大優(yōu)勢(shì)是小芯片尺寸，使其能夠?qū)崿F(xiàn)1Tb超高密度的NAND Flash。

同時(shí)在1.2V時(shí)實(shí)現(xiàn)了1400Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以為終端市場(chǎng)提供高性能和低功耗的移動(dòng)解決方案和企業(yè)級(jí)SSD解決方案，預(yù)計(jì)將在2020年面世。

SK海力士全球銷售與營(yíng)銷負(fù)責(zé)人Jong Hoon Oh表示 “SK海力士通過128層4D NAND確保了其NAND業(yè)務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)力，憑借該產(chǎn)品在業(yè)界的最高堆疊和容量密度，我們將在合適的時(shí)間為客戶提供各種解決方案?！?/p>

QLC壽命和性能已無(wú)需擔(dān)心

在2D NAND閃存時(shí)代，閃存制造廠商為了追求NAND容量的提升，需要不斷提升NAND制程工藝，但在3D NAND時(shí)代，提升NAND容量靠的不是微縮制程工藝了，而是靠堆棧的層數(shù)。

我們以TLC閃存為例，其問世于2D NAND閃存時(shí)代，遭遇了諸多壽命、性能上的考驗(yàn)，最初發(fā)布的TLC閃存P/E壽命只有100-150次。

但是隨著NAND技術(shù)的進(jìn)步、糾錯(cuò)技術(shù)的改良，P/E壽命不斷提升，逐漸被市場(chǎng)所接受并且發(fā)展成為主流，在3D NAND時(shí)代的QLC閃存在可靠性上跟2D NAND時(shí)代的TLC、QLC完全不同，P/E壽命已經(jīng)不再是我們需要擔(dān)心的問題。

目前主流的QLC閃存已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)1000PE的壽命，這已經(jīng)與TLC閃存SSD沒有差距，并且目前三星、美光、英特爾等廠商的量產(chǎn)QLC閃存，均提供了3到五年的質(zhì)保，所以不用對(duì)它的壽命存在擔(dān)心。

860QVO 2TB測(cè)試成績(jī)

我們都知道由于內(nèi)部工作機(jī)制以及結(jié)構(gòu)的原因，SSD的IO性能和4K性能要遠(yuǎn)好于機(jī)械硬盤，我們以三星的860QVO為例，在空盤的情況下讀寫也是雙雙到了500MB/s以上，4K性能約91K和86K IOPS，相當(dāng)不錯(cuò)。

這對(duì)日常的PC小文件以及游戲的讀取速度非常有幫助，在寫入數(shù)據(jù)超出其緩存區(qū)大小以后，速度為100MB/s左右，依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于機(jī)械硬盤，所以在SLC動(dòng)態(tài)緩存承受范圍內(nèi)，QLC閃存SSD的使用體驗(yàn)與TLC閃存SSD是沒有區(qū)別的。

PCIe 4.0助力大容量QLC SSD普及

群聯(lián)在新技術(shù)方面一直處于業(yè)界領(lǐng)先地位，旗下的PS3111-S11T搭配美光N18 64層堆疊3D QLC，S13T、E13T搭配東芝BiCS4 96層堆疊3D QLC，為存儲(chǔ)廠商打造更大存儲(chǔ)容量的QLC SSD做好了充足的準(zhǔn)備。

群聯(lián)QLC主控

TLC閃存目前占據(jù)著85%的NAND市場(chǎng)需求，由于制造成本的原因，MLC、SLC已經(jīng)基本退出市場(chǎng)，這也就意味著QLC閃存的SSD已經(jīng)開始面向市場(chǎng)，走進(jìn)了尋常百姓家，畢竟實(shí)實(shí)在在的優(yōu)惠價(jià)格擺在那里，更便宜的價(jià)格換來更大的容量，沒人愿意拒絕。

我們現(xiàn)行的PCIe 3.0規(guī)范，信號(hào)速率為8GT/s，編碼方式是128b/130b模式，即每傳輸128個(gè)Bit，需要發(fā)送130個(gè)Bit。

那么，PCIe 3.0協(xié)議的每一條Lane支持8*128/130=7.877Gbps=984.6MB/s的速率，一條PCIe 3.0 x16的通道，x16的可用帶寬為7.877*16=126.031Gbps=15.754GB/s，雙向帶寬高達(dá)31.5GB/s。

而PCIe 4.0，則是將這個(gè)帶寬再翻一倍。帶寬越大，能夠瞬間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也就越多，這意味著新的芯片Lane４條就可以達(dá)到８條甚至16條的能力，所以NVMe 協(xié)議的 SSD才能做出容量更大，速度更快的產(chǎn)品。

讓我們回到開頭的PCIe 4.0 SSD，在今年五月份的臺(tái)北電腦展上，群聯(lián)發(fā)布了業(yè)界首款PCIe 4.0 SSD主控，PS5016-E16，這是群聯(lián)目前的旗艦產(chǎn)品，也是消費(fèi)應(yīng)用市場(chǎng)上領(lǐng)先業(yè)界且唯一的PCIe Gen4x4 NVMe SSD控制芯片。

采用28nm制程且搭載最新的96層3D NAND閃存以及第四代的LDPC糾錯(cuò)引擎，群聯(lián)PS5016-E16控制芯片最高效能達(dá)到5GB/s，這也是目前SSD所能達(dá)到的最快速度了。

技嘉也借著這次機(jī)會(huì)在臺(tái)北電腦展上給我們放了個(gè)大招，展示了旗下8TB基于群聯(lián)E16主控的PCI-e 4.0 AIC SSD，讀取速度達(dá)到了15000MB/s。

除此之外，美商海盜船、影馳等都推出了基于群聯(lián)PCI-e 4.0 E16主控的固態(tài)硬盤，讀寫速度均到了4.0GB/s以上，并且目前已經(jīng)發(fā)售。

隨著5G物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨，預(yù)計(jì)在2-3年的時(shí)間，家庭使用場(chǎng)景下啟用數(shù)據(jù)互聯(lián)的設(shè)備將急劇增加，PC將有可能成為個(gè)人服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理中心的存在。

而個(gè)人PC數(shù)據(jù)處理中心需求也將會(huì)漸漸浮現(xiàn)，有不少科研機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)了我們未來的存儲(chǔ)使用場(chǎng)景，未來更可能是以500GB左右的TLC或者M(jìn)LC閃存盤來做系統(tǒng)主盤，用2TB或者更大的QLC固態(tài)硬盤當(dāng)做倉(cāng)庫(kù)盤這樣便能完美的發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，避開不足。

再加上PCIe 4.0的背書，勢(shì)必將會(huì)給我們的使用體驗(yàn)帶來巨大變革。

PCIe4.0 SSD雖然聽著很美好，但它缺點(diǎn)也是實(shí)實(shí)在在存在的，因?yàn)槟壳耙褂盟脑捫枰?jí)一整套硬件，而且SSD本身的價(jià)格也相當(dāng)昂貴，目前還只能遠(yuǎn)觀。

但隨著個(gè)人PC數(shù)據(jù)吞吐的速度需求的增加，以及配套硬件的逐漸完善，產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)后，成本將會(huì)進(jìn)一步降低，到那時(shí)相信它就能飛入尋常百姓家了。