了解企業(yè)驅(qū)動器的最新趨勢、高性能設(shè)備如何發(fā)揮作用以及底層NAND閃存技術(shù)進(jìn)步的影響。

對于企業(yè)應(yīng)用程序工作負(fù)載，固態(tài)驅(qū)動器大多取代了磁性硬盤，并且越來越成為大容量數(shù)據(jù)存儲的可行選擇。雖然出貨的HDD總數(shù)繼續(xù)超過SDD，但出貨量的交叉將在未來一兩年內(nèi)發(fā)生。

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與HDD相比，SDD在吞吐量和延遲方面具有巨大優(yōu)勢。然而，只要它們?nèi)匀慌cHDD外形和接口兼容，特別是2.5英寸小型(SFF)驅(qū)動器機(jī)箱和SATAI/O格式。然而，隨著直接連接到PCI系統(tǒng)總線的基于NVMe的高性能SSD在企業(yè)中變得更加普遍，這種情況正在發(fā)生變化。

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SATA輸出，NVMe輸入

Statista估計SSD的出貨量將在2021年首次超過HDD。根據(jù)ResearchandMarkets的數(shù)據(jù)，到2024年，企業(yè)閃存存儲市場的收入將以每年17%的速度增長，達(dá)到約250億美元。銷售額由四大驅(qū)動超大規(guī)模云提供商——阿里巴巴、AWS、谷歌和微軟——以及協(xié)同定位設(shè)施正在取代許多企業(yè)數(shù)據(jù)中心。

物理學(xué)很少為您提供免費的東西，因此增加每個單元的位密度的缺點是速度和耐力。

過去，閃存存儲在企業(yè)市場上與硬盤競爭的最簡單方法是采用現(xiàn)有的HDD物理和接口標(biāo)準(zhǔn)。直到幾年前，使用SAS和SATA接口的固態(tài)硬盤才在市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，在2017年底，NVMe高性能SSD的使用量激增，并超過了2018年年中出貨的SATA企業(yè)驅(qū)動器的總?cè)萘俊?/p>

與SATA驅(qū)動器相比，更喜歡NVMe高性能SSD有幾個原因。它們包括：

•NVMe協(xié)議專為非易失性半導(dǎo)體存儲器(如NAND閃存)和下一代非易失性技術(shù)(如IntelOptane等3DXPoint)以及電阻和磁阻存儲器(如Everspin和AvalancheTechnology提供的技術(shù))而設(shè)計。它顯著簡化了I/O協(xié)議并消除了HDD協(xié)議的其他限制。

更密集、更快的閃存

與動態(tài)RAM(DRAM)一樣，閃存通過檢測存儲單元中是否存在電荷來工作。與DRAM不同，閃存使用一種存儲結(jié)構(gòu)，一旦內(nèi)存芯片斷電，它就不會失去電荷。

早期的閃存設(shè)計使用由絕緣二氧化硅包圍的導(dǎo)電多晶硅浮柵，在數(shù)據(jù)寫入過程中通過稱為Fowler-Nordheim隧道效應(yīng)的過程捕獲電子。這些平面結(jié)構(gòu)多年來一直很好地服務(wù)于行業(yè)，但它們的二維結(jié)構(gòu)限制了存儲單元陣列的密度。

構(gòu)建更高容量閃存設(shè)備的解決方案需要進(jìn)入硅襯底蝕刻3D結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以分層以在每個柱子上創(chuàng)建多個單元。這些設(shè)計與電荷存儲和絕緣材料的變化相結(jié)合，從而能夠使用電荷陷阱非易失性存儲機(jī)制。

除了在3D堆棧中分層存儲單元，今天的設(shè)備可以讀取每個存儲單元的多個電壓電平，使它們能夠存儲多于一位并增加容量。在單級單元(SLC)NAND器件中，浮動晶體管柵極被充電的單元代表零，而沒有電荷的單元代表一。

相比之下，多級單元(MLC)器件可以將三個不同級別的電荷應(yīng)用于存儲門，以表示四種狀態(tài)或兩位。隨著時間的推移，工藝容差和寫入電路已經(jīng)變得足夠準(zhǔn)確，可以表示七個或更多狀態(tài)，并啟用三級(TLC)和四級單元(QLC)設(shè)備，每個單元可以存儲16個電壓電平。

物理學(xué)很少為您提供免費的東西，因此增加每個單元的位密度的缺點是速度和耐力。由于編程周期需要多個步驟，因此編程和讀取MLC、TLC和QLC器件所需的時間越來越長。類似地，位狀態(tài)之間的較小電壓容差意味著在單元無法區(qū)分位電平并因此無法使用之前，它需要較少的電荷泄漏。例如，大多數(shù)SLC設(shè)備適用于大約100,000個編程/擦除周期，而QLC設(shè)備可能只能容忍100個。

使用場景

位密度與性能和耐用性之間的權(quán)衡意味著SLC設(shè)備是寫入密集型數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練或系統(tǒng)引導(dǎo)驅(qū)動器的首選或完全需要。相反，TLC或QLC設(shè)備適用于以讀取為主的應(yīng)用程序，例如文件共享和存檔。SSD耐用性通常以每天寫入填充次數(shù)指定，以指示在驅(qū)動器的使用壽命內(nèi)每天可以寫入設(shè)備上每個單元的次數(shù)。

NVMe的優(yōu)勢意味著企業(yè)高性能SSD現(xiàn)在有多種外形規(guī)格。使用U.2和U.3標(biāo)準(zhǔn)的NVMe設(shè)備具有與傳統(tǒng)HDD相同的2.5英寸SFF尺寸，但使用支持PCIe接口的替代引腳。M.2、PCIe卡和英特爾的EDSFF(又名Ruler驅(qū)動器)等替代品利用閃存芯片的小尺寸在緊湊的封裝中提供高容量。