为什么闪存将成2014速度与激情的代表?

　　闪存在整个2013年迎来了梦幻般的发展，各类统计数字的持续攀升使其成为不容忽视的又一波技术浪潮。

　　刚刚过去的这一年里，闪存领域显现出众多迅猛的变化信号：存储单元体积愈发小巧、全闪存阵列纷纷涌现、闪存企业相继被传统巨头收购、不少闪存从业公司在首次公开募股后旋即崩盘、而三家混合型闪存/磁盘阵列供应商则沐浴在市场向技术行业洒下的慷慨阳光之中。

　　要跟上步伐如此迅捷的发展节奏并将各种细节融合进宏观背景加以审视，其难度不亚于在尼亚加拉大瀑布中捧水而饮。

　　不过在席卷而来的汹涌潮流之下，仍有一些产品以及闪存技术新闻显得格外抢眼，而这也将成为我们的关注重点。作为市场普及的第一步，整个技术业界达成了这样的共识，即闪存在访问I/O敏感型随机数据时的表现要远远优于普通磁盘、而且全闪存阵列在扮演热门随机数据网络化存储机制容器这一角色方面也具备先天优势。诚然，磁盘在处理数据流时的表现并不逊于闪存，而且每GB使用成本也要低得多。不过综合来看，磁盘阵列还是最适合近线、冷门或者偏冷门数据，最好被用于支持大型文件的访问流。

 　　目前的一致性观点是，轻薄的上网本要想追求速度就必须利用闪存来获得极致性能，这一点在平板设备上也有所体现。不过体积相对小巧的2.5英寸混合型闪存+磁盘设备同样获得了厂商们的青睐，并被用于某些平板及超级本设备——其中卓越的闪存速度支持热门数据、成本低廉的磁盘则存储规模更庞大的冷门数据。

　　我们会在今后的其它文章中系统讨论企业方面的催生点，不过受篇幅所限、今天我们姑且将闪存技术作为主要关注对象。

　　相对小众的TLC

　　就2013年来看，企业应用程序并不太倾向于采用三层单元（简称TLC）NAND，这主要是因为TLC闪存的速度较慢而且写入寿命水平也低得有些离谱。相比之下，闪存代工厂处于生产线设计与部署的考量，也更乐于制造单层与多层单元（即SLC与MLC），因为这些产品的生产规模更大、能够在同样的生产投入资金下带来更为丰厚的经济回报。TLC闪存目前的主要施展舞台仍然是移动U盘以及相机闪存卡之类。

　　在过去一年中，闪存单元的大小已经开始由2X（即29纳米到20纳米区间）向1X（19纳米到10纳米区间）过渡。举例来说，东芝目前就在生产19纳米闪存芯片。这里要提一句，随着NAND闪存芯片物理尺寸的不断缩小，同一块晶圆片将能够切割出更多块芯片成品，从而将闪存设备的单位GB成本进一步拉低。不过这一趋势尚未覆盖到整个存储行业；美光公司今年才刚刚开始着手将现有20纳米制造工艺升级为16纳米。

　　3D NAND已然初露端倪

　　目前尚未真正面世的方案之一在于非易失内存技术，但业界普遍认为这种设计思路很可能最终取代闪存的地位。当下的共识在于，闪存技术在制造工艺达到15纳米甚至更低之后，其使用寿命将无法达到企业闪存存储的硬性要求。在这种情况下，相变存储与各类电阻式内存开始粉墨登场，其中最具代表性的就是惠普的Memristor（即忆阻器）方案——不过这些暂时只能被视为未来科技，眼下我们主要利用3D NAND作为一种临时性手段，旨在解决闪存存储容量有所不足的难题。所谓3D NAND是将更多闪存层塞进同一块闪存芯片，并利用连接通道（贯穿简称为TSV的硅通孔）将闪存层与基本逻辑层相连。

 

3D NAND示意图

　　美光公司预计将在2014年年中之前推出3D NAND产品样品，这一日期最早可能在四月之内。不过规模化生产最早也要到2015年才有可能实现。三星在宣传其3D_VNAND技术方面可谓不遗余力，但实际生产在今年之内恐怕也不太可能正式展开，而且该产品也不接受预订。

　　SSD迎头赶上

　　2013年对于SSD产品来说可谓稳步发展的一年，不过其真正的大动作其实出现在别处。随着SSD技术的逐渐成熟与完善，NAND密度的不断增长已经足以满足更多利基市场对于产品/价格变化的需求，而传输速度高达每秒12Gb的SAS接口产品也已经投放市场。

　　此外，还有几大亮点值得我们关注：

• sTec于今年一月推出了一款容量为2TB的SAS SSD产品，即s840；
• 美光去年曾推出一系列SSD产品，其中包括对原有P400M SATA进行更新、使其具备每秒6Gb SAS接口；
• HGST于去年四月推出的每秒12Gb SAS接口SSD（即SSD100MR）；

 

HGST SSD1000MR

• Plextor公司宣布将于今年一月在CES 2014大会上展示一款TLC SSD——即RIP TLC，并于同年六月正式投产；
• SMART公司于去年五月公布了一款2TB SSD；
• 希捷同样于去年五月公布了同一系列的三款SSD产品，两款为每秒6Gb SATA、一款为每秒12Gb SAS；
• 三星公布了一款1.6TB SSD，传输带宽可达到3GB每秒。

　　总体来说，SSD的发展似乎有些索然无味——除了增量也就是小幅改进，再没什么能让人眼前一亮的惊喜。

　　混合型方案杀入磁盘驱动器市场

　　混合型闪存-磁盘驱动器技术产品拥有稳定的迭代周期，利用容量较小的闪存缓存——一般在24GB以下——保存使用频繁较高的热门数据，而具体哪些数据及文件属于热门类型且应该交由闪存打理的判断工作则由固件来完成。

　　举例来说，希捷去年三月推出的一款台式机SSHD就拥有2TB磁盘容量与8GB闪存缓存——也就是第三代混合型驱动器；另外其笔记本SSHD品牌Moentus XT混合驱动器也经过了重组。

　　不过真正的革命即将到来。西部数据旗下的HGST公司在去年六月与苹果方面洽谈了Fusion类独立SSD及磁盘驱动器的合作方案。去年十二月，西数还公布了其Dual Drive黑盘——该产品将1TB硬盘与120GB SSD置于同一外壳当中。

　　令人惊讶的是，这两款设备都采取以逻辑方式隔离存储资源的方式，而没有将二者融合成同一套资源池。我们期待着其它磁盘驱动器供应商能够秉承这一理念，创造出合二为一的实际产品。

　　服务器闪存DIMM

　　过去一年中，闪存技术还迎来另一大重要发展成果；SMART Storage公司宣布其成功利用Diablo Technologies的技术专利将闪存芯片与内存DIMM型模块相结合，从而实现了访问延迟比PCIe闪存更低的服务器内存总线闪存方案。

　　如此一来，廉价的闪存存储方案将作为整体服务器内存系统的组成部分，从而使其扮演存储内存的角色。这种方式能够使工作集数据直接通过内存（实际上是NAND闪存）保存并加以访问，其成本低于DRAM但速度却又高于PCIe闪存、网络闪存阵列以及速度最低的网络磁盘驱动器阵列。这一切——至少听起来——具备相当诱人的吸引力。

　　这项技术于去年四月初次亮相，而SanDisk在不久之后的七月收购了SMART；接下来加拿大内存访问技术供应商Netlist对SMART与Diablo提起诉讼，称这两家公司窃取了其DIMM技术以打造Flash DIMM ULLtraDIMM产品。

　　根据在诉讼流程中公开的资料，我们看到IBM也已经在着手利用ULLtraDIMM产品打造一款X系列服务器。随着诉讼流程的进一步继续，其它服务器供应商的参与很可能随之曝光。

　　PCIe家族人丁兴旺

　　如今PCIe闪存卡供应商这个大家族的规模正急剧扩大，这主要是由于每一家参与者及同门兄弟企业都在努力从这块服务器应用闪存加速的蛋糕上分得一块。去年三月，我们从PCIe族谱中看到了EMC、Fusion-io、IBM-TMS、英特尔、美光、LSI、OCZ、三星、希捷-Virident、sTec、SanDisk以及Violin Memory的名号。新一轮洗牌可谓势在必行，而2014年中值得关注的主要动向则包括以下几条：

• 今年一月，sTec公布容量为2TB的s1120 PCI闪存卡；
• HGST于去年四月公布了一款每秒12Gb SAS接口SSD；

• 去年四月，Fusion-io宣布其PCIe闪存卡技术能够实现960万次写入IOPS，这一数字确实相当惊人；
• Violin Memory于去年六月公布其Velocity PCIe闪存卡；
• Virident于去年九月公布了容量为4.8TB的FlashMAX闪存卡。

　　这一切从发展的角度看都具备相当的“速度与幅度”，不过总体而言还不足以真正给PCIe闪存硬件的进化带来质变。

　　关于缓存软件的消息也不少，但真正有意义的只有Fusion-io与Virident两家公司推出的能够将PCIe闪存作为存储内存使用的方案；而且根据我们的了解，还没有哪家服务器厂商将这些机制纳入标准化产品。

　　整体来看，以SSD技术为代表的PCIe闪存卡技术在过去一年中并没什么显著变动，不过以下两大进展有可能在2014年内给闪存业界带来重大影响：

• 西数公司的Black²混合型闪存磁盘驱动器；
• SMART Storage公司的Flash DIMM。

　　到目前为止，这还只是两项独立的技术开发进程，而且其实际影响力与吸引力尚有待观察。除非它们确实能够得到市场认可，否则闪存技术的仍然没有出现显著的成熟度飞跃。

　　不过闪存供应商们在经营层面遇到了极为剧烈的波动，一方面收购活动愈演愈烈、另一方面市场的快速变化已经导致一些厂商无法及时跟进。