SSD市場競爭激烈，浪潮存儲如何應對

來自中國閃存市場的統(tǒng)計顯示，2018年全球SSD的出貨量達到2.05億塊，比2017年增長31%，預計2019年總出貨量有望超過2.5億臺。三星、SK海力士、英特爾及美光、東芝及WD等國際巨頭，正在投入96層高容量3D NAND出貨。

而浪潮存儲2018年SSD整體出貨量超過百萬臺，速度較2017年有150%的增長。8月23日，浪潮存儲資深技術專家王杰華在杭州舉行的2019全球閃存峰會(Flash Memory World)上透露，2018年，浪潮SSD的客戶70%為數(shù)據(jù)中心，僅有30%為行業(yè)客戶，但在2019年，行業(yè)客戶已經(jīng)上升到40%。

這意味著，SSD已經(jīng)從領先者的數(shù)據(jù)中心市場，滲透到了向電信、金融、能源等通用行業(yè)市場。

浪潮的介入，使原本激烈的SSD市場競爭更加白熱化。

深度分析結果顯示，浪潮SSD產(chǎn)品的應用分類在2018年有35%是NVMe，65%為SATA。王杰華在題為《SSD與企業(yè)系統(tǒng)的應用和融合》的演講中預測，2019年這個比例將各占一半。

也就是說，NVMe市場占有率仍將持續(xù)攀升。

浪潮系統(tǒng)級和部件級兩方面應對措施

針對NVMe市場占有率仍將持續(xù)攀升的市場趨勢，王杰華指出，浪潮分別從系統(tǒng)級和部件兩個方面來應對。

在部件級，浪潮經(jīng)過三年研發(fā)推出了全自主軟硬件設計的NVMe SSD，它支持最新協(xié)議NVMe1.3，提供一個標準2.5寸單雙端口，容量從2TB可擴至32TB，規(guī)格支持64層（標準版可升級到96層），整體擦寫次數(shù)提升40%，壽命更長。

得益于一些相關的軟件平臺，浪潮還可以根據(jù)客戶的要求提供類似隨機讀寫性能的靈活定制，安全、功耗、支持備份等方面也都滿足客戶數(shù)據(jù)方面的要求，達到了業(yè)界一流的水準。

在系統(tǒng)級，浪潮全閃存儲G5基于一套架構實現(xiàn)NVMe和SAS全支持，未來還可支撐NVMe Optane，在內存和NAND之間增加新的性價比Tier；采用超高速PCIE 3.0互聯(lián)架構，最大可擴展48個控制器，可實現(xiàn)6個9的可靠性。此外，浪潮全閃存儲G5具有獨特的異構虛擬化技術，可以異構業(yè)界Top10廠商95%以上的主流存儲型號，且異構存儲數(shù)據(jù)遷移無需停機，實現(xiàn)業(yè)務無中斷的全閃存儲切換，也可支撐存儲雙活或提供兩地三中心解決方案。

浪潮SSD的兩大系列

目前，浪潮自研SSD產(chǎn)品有高端和主流兩個系列。

高端SSD容量包括1.6TB、3.2TB、6.4TB，3DWPD規(guī)格，接口15毫米的厚盤2.5寸，AIC卡，采用64層NAND，與業(yè)界頂級產(chǎn)品完全看齊，其保守的功耗數(shù)據(jù)為7-25W，實際上最大功耗低于21W。

高端系列將于年底前上市。

在主流SSD方面，浪潮主打容量為1.92TB和3.84TB規(guī)格，1.2DWPD，NVMe協(xié)議升級到1.3，NAND將支持到96層NAND。

主流系列將于明年年初上市。

浪潮SSD：三個發(fā)展階段演變

回顧三年來自身的SSD發(fā)展歷程，浪潮總結為三個階段：從性能、功能到業(yè)務融合。

在性能方面，NVMe將NAND和PCIe結合在一起，推動性能大幅度上升，將SSD引入性能競爭賽道，迫使友商不得不拉升各種性能標桿。

為了性能，浪潮自研SSD做了大量工作，主要分享兩個技術點：

一個是針對大容量（8TB以上）SSD進行特殊散熱優(yōu)化。大容量SSD的PCB通常采用疊層設計，當PCB折疊后，上表面和下表面都跟外殼接觸、解決部分散熱問題，但中間層沒有散熱片。浪潮采取在中間加入一個微槽道散熱器貼近內表面上下兩層的NAND傳導熱量，并通過SSD中間風道排出多余熱量。這種方式能夠降低NAND表面溫度8攝氏度左右，優(yōu)化幅度達到20%。

另一個稱為”場景化的動態(tài)閃存管理算法”，是浪潮聯(lián)合世界頂級NAND專家創(chuàng)新設計的NAND特性自學習算法模型，目的是提升固態(tài)盤性能、延長NAND壽命。

要對NAND基本特性進行分析，就需要將SSD盤運行期間的擦除次數(shù)、讀計數(shù)、保持時間、溫度等若干指標分解成不同場景。為此，浪潮先后測試了500多個NAND顆粒，原始數(shù)據(jù)超過1TB，經(jīng)過各種優(yōu)化和算法形成的初始NAND特性數(shù)據(jù)超過200MB。將這些場景數(shù)據(jù)輸送到中間算法中，然后參考初始特性數(shù)據(jù)，就會得出不同場景下，不同擦除次數(shù)、不同讀計數(shù)、不同的溫度等情況下最優(yōu)的讀取電壓。

這是一個動態(tài)的調整過程。經(jīng)過一系列完整的算法運行后達到兩個效果。一是把整盤NAND壽命從7K P/E提升到10K P/E，提升40%，這意味著未來SSD盤壽命更長，而對客戶來說使用成本更低，二是保證SSD生命末期時QoS不會下降。

在NAND技術成熟、NVMe協(xié)議越來越完善之后，功能就取代性能成為第一考慮要素。

在功能方面，浪潮一方面實現(xiàn)了全閃盤控協(xié)同生命周期的管理以及非中斷的業(yè)務升級。為了適配SSD變化，全閃系統(tǒng)對IO棧進行了一些重構，以便更好利用閃存特性，更好的實現(xiàn)系統(tǒng)級的盤控協(xié)同。

為此，浪潮充分發(fā)揮控制器的極值，并在軟件方面進行大量優(yōu)化，體現(xiàn)在豐富原子寫、啟動盤、多Namespace、SMART、帶內帶外管理、NVMe-MI、溫控、異常掉電保護、固件鑒權加密等基本功能，以及各種各樣跟傳統(tǒng)HDD市場實現(xiàn)兼容的新功能，甚至與全閃系統(tǒng)進行適當整合。

在業(yè)務融合方面，浪潮從去年開始陸續(xù)推出更多新的技術，除了新架構的變化，還有新介質，這些都是為了適配上層應用。

針對SSD的失效模式，浪潮在對全閃進行了相應應對，比如故障預防、數(shù)據(jù)保護、溫度檢測、風扇轉速調整、壽命預測、故障巡檢等一系列措施，避免同時出現(xiàn)壞塊，導致數(shù)據(jù)無法恢復的情況。

這些措施可以使SSD的故障率在全閃系統(tǒng)里下降60%，實現(xiàn)自動化壽命管理。

標準SSD功能支持非中斷業(yè)務升級，系統(tǒng)不重啟或不中斷業(yè)務下，3秒中之內完成對設備固件的升級，整個過程中對于業(yè)務完全不感知。

為了實現(xiàn)這個目標，浪潮SSD保證在升級的時候PCle鏈路不中斷，讓SSD依然響應基本PCle操作，同時還要求任何NVMe命令不能超時30秒。

未來SSD三新：新架構、新協(xié)議和新介質

王杰華認為，新架構、新協(xié)議和新的介質，驅動整個存儲行業(yè)架構的軟、硬件交替更新，并且推動了全閃存行業(yè)的發(fā)展。

新架構

從前兩年FMS（全球閃存峰會）上火熱的Open Channel到剛剛過去的FMS大會上提到的Zone Namespace，呈現(xiàn)出這樣一個明顯的趨勢，即規(guī)范越來越標準化，跟業(yè)務結合更緊密，跟生態(tài)環(huán)境更友好。

在Open Channel架構下，SSD只做包括錯誤處理，磨損均衡，介質管理在內的一些基本命令解析。在HOST會運行比較復雜的FTL，做數(shù)據(jù)排布、垃圾回收，在HOST和SSD之間用PU 并行單元進行交互，中間交互及底層驅動都是非標準的。

ZNS同樣繼承Open Channel的理念，但標準化層面做的更好。SSD側也只運行簡單的FTL，負責基本的錯誤處理，磨損均衡和介質管理，在HOST側有較為復雜的FTL，完成數(shù)據(jù)排布、垃圾回收這樣的工作。此外，主機側包含了ZBD驅動，構成一個完整的軟件架構。

對比Open Channel和ZNS，從技術角度，后者因為Mapping table以Zone為單位，占用內存更少一些。在主機側可以復用現(xiàn)有的SMR硬盤軟件驅動架構，標準化程度更高。

從應用角度，因為是一個非標設備，Open Channel實際應用中現(xiàn)有的業(yè)務和運維面臨的挑戰(zhàn)都比較大，對其推廣使用造成阻力。

從生態(tài)環(huán)境，目前主要的HDD與SDD廠商并沒有清晰的Open Channel規(guī)劃，相反都有類似SMR的硬盤。ZNS的很多軟件架構已經(jīng)進入到Linux主線版本，具有更好的開發(fā)者生態(tài)環(huán)境，因此更有前途，明年中有可能納入到NVMe的規(guī)范中。

新協(xié)議

Multi-Namespace在NVMe1.1協(xié)議中已經(jīng)具備，最初用于邏輯資源的劃分以解決SSD盤容量過大的問題。

隨著協(xié)議的演進，NVMe1.3中出現(xiàn)了Multi-Stream這樣的概念，本質上是用戶端將很多帶有業(yè)務標識的數(shù)據(jù)IO發(fā)送給SSD并跟Namespace綁定。這時一些業(yè)務已經(jīng)開始和Namespace與SSD有比較強的關系。

NVMe1.4中，NVMe Set/IOD在與業(yè)務結合方面更加極致，從業(yè)務到邏輯層，再到實際物理層進行完整切分，解決了互相干擾的問題，同時保證QS指標。

新介質

TLC、DRAM、SCM、MRAM、PCM這樣的介質各具特點。如何利用這些介質？同樣要跟上層業(yè)務數(shù)據(jù)進行強關聯(lián)。

例如，TLC比較適合存放溫數(shù)據(jù)和通用持久數(shù)據(jù)，SCM更適合熱數(shù)據(jù)，浪潮更看好MRAM，原因在于MRAM在性能方面最接近DRAM，有機會取而代之。此外，MRAM也可以在盤上做數(shù)據(jù)的寫緩存，既可以實現(xiàn)大容量，同時又能保證掉電不丟失。

新介質支持更多Multi-Stream數(shù)，目前Multi-Stream支持個數(shù)通常為8-16，但一些超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心客戶對Multi-Stream要求甚至希望上百，而這是當前Write Buffer方案無法滿足的。MRAM就是最好的選擇。

總結

王杰華總結說，SSD從早期的性能優(yōu)先，包括低功耗、低延時、長壽命特性到偏重各種各樣的功能，再圍繞著業(yè)務價值逐步提升，Multi-stream、NVMe Set、ZNS、異構介質存儲等概念層出不窮，體現(xiàn)出三個不同階段發(fā)展趨勢和變化。

浪潮的新存儲之道 “云存智用 運籌新數(shù)據(jù)” 與SSD密切相關，浪潮的分布式存儲平臺與統(tǒng)一存儲平臺為SSD進行了IO棧重構，實現(xiàn)了SSD健康管理和AIOps。

未來SSD市場，還將會有更多的新技術、新產(chǎn)品和新方案問世。