邁入ZB時(shí)代的全新存儲(chǔ)架構(gòu)思路

在過(guò)去一年中，幾大閃存供應(yīng)商都在采取手段阻止價(jià)格下滑，包括削減投資、減少產(chǎn)能、延遲新工廠投產(chǎn)等，雖然效果不是立竿見(jiàn)影，但預(yù)計(jì)到2020年隨著5G智能手機(jī)、企業(yè)、機(jī)器生成的數(shù)據(jù)推動(dòng)著數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)容量快速地從PB級(jí)擴(kuò)展到EB級(jí)，需求的持續(xù)提升會(huì)令存儲(chǔ)市場(chǎng)逐漸回暖。

西部數(shù)據(jù)高級(jí)副總裁兼中國(guó)區(qū)總經(jīng)理Steven Craig

“為什么我會(huì)這么樂(lè)觀？因?yàn)檎麄€(gè)2018年全球產(chǎn)生數(shù)據(jù)約32ZB，到2023年會(huì)有超過(guò)100ZB的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這會(huì)改變我們對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)行業(yè)的看法和預(yù)期?！霸谌涨坝谏钲谂e辦的閃存市場(chǎng)峰會(huì)（CFMS2019）上，西部數(shù)據(jù)高級(jí)副總裁兼中國(guó)區(qū)總經(jīng)理Steven Craig對(duì)閃存市場(chǎng)表達(dá)了樂(lè)觀的態(tài)度。

目前我們的數(shù)據(jù)源主要有三個(gè)，包括邊緣數(shù)據(jù)、末端數(shù)據(jù)，以及在云端（核心端）將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成經(jīng)過(guò)處理的智能信息。據(jù)IDC報(bào)告指出，2018年全球產(chǎn)生的32ZB數(shù)據(jù)中，只有5ZB（Zettabyte，十萬(wàn)億億字節(jié) ，1ZB約等于1萬(wàn)億GB）被存儲(chǔ)了下來(lái)。

到2023年，大于90%的數(shù)據(jù)將由機(jī)器生成，5G、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)，包括視頻監(jiān)控，甚至4K、8K視頻的廣泛應(yīng)用，都催生了海量數(shù)據(jù)產(chǎn)生。屆時(shí)存儲(chǔ)量將會(huì)上升到12ZB，但占據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)量的比例卻由2018年的15%下降到10%左右。

Steven Craig表示：“這就是我們面臨最核心的問(wèn)題，數(shù)據(jù)產(chǎn)生后只有一小部分會(huì)存儲(chǔ)下來(lái)。存儲(chǔ)行業(yè)整個(gè)生態(tài)環(huán)境還沒(méi)有跟上新的趨勢(shì)，我們必須要轉(zhuǎn)變思維模式，為未來(lái)更大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)準(zhǔn)備好相關(guān)的技術(shù)?！?/p>

應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)爆炸，SSD成本吃不消

逐步增長(zhǎng)SSD的用量是一個(gè)方法，NAND Flash層數(shù)的增長(zhǎng)也可以進(jìn)一步增加存儲(chǔ)密度。從2014年的24層，到2016年的到48層，2017年的64層，再到2018年的96層以及明年的1XX層……NAND層數(shù)似乎也有了一個(gè)類似摩爾定律的更新迭代周期。

單純?cè)黾訉訑?shù)的方法看起來(lái)最簡(jiǎn)單，但實(shí)際上會(huì)增加更多的成本。層數(shù)增加，意味著要制造更多的晶圓，導(dǎo)致每平方米單位面積的存儲(chǔ)成本上升，如上圖所示3D NAND迭代的資本密度。我們需要多管齊下。首先需要不斷縮小閃存孔規(guī)格，讓存儲(chǔ)孔（MH）密度不斷提升；再來(lái)是升維擴(kuò)展，也就是Z軸縱向發(fā)展提升層數(shù)，讓存儲(chǔ)單元（Cell）密度提高；最后提升TLC的比特密度。

“下一代技術(shù)要求每個(gè)單元實(shí)現(xiàn)4 bit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，這是非常艱巨的任務(wù)。” Steven Craig說(shuō)到，“但在這樣的情況下，我們才可以獲得技術(shù)發(fā)展的紅利?！?預(yù)計(jì)不同層級(jí)的TLC將引領(lǐng)未來(lái)存儲(chǔ)的增速，應(yīng)用在包括在企業(yè)級(jí)、客戶級(jí)還有移動(dòng)端，移動(dòng)端的需求尤其大。

QLC高密度的4 bit每單元是“一步到位”的解決方案，據(jù)預(yù)測(cè)到2025年3D-QLC會(huì)占50%以上的總比特?cái)?shù)出貨量。當(dāng)然天下沒(méi)有免費(fèi)的晚餐，我們必須去接受提升容量帶來(lái)的成本提升，這對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)會(huì)造成一定的困擾，有沒(méi)有兩全其美的辦法？

把HDD和SSD混在一起做分區(qū)存儲(chǔ)

“對(duì)于西部數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)邁入ZB時(shí)代也遇到了關(guān)鍵挑戰(zhàn)。QLC雖然在可擴(kuò)展性、成本/TCO效益和訪問(wèn)/讀取性能上都很優(yōu)異，但是寫(xiě)入壽命的限制卻讓人頭疼。磁盤存儲(chǔ)也是如此，我們將傳統(tǒng)的CMR（Conventional Magnetic Recording， 傳統(tǒng)磁記錄）技術(shù)，轉(zhuǎn)為SMR（shingled magnetic recording，疊瓦式磁紀(jì)錄）技術(shù)。 ”Steven Craig表示，“但還是有寫(xiě)入限制。”

什么是SMR？疊瓦式磁紀(jì)錄可以為HDD帶來(lái)物理和邏輯上的擴(kuò)展。物理上，增家磁碟數(shù)量、擴(kuò)大磁碟尺寸和窄化軌道實(shí)現(xiàn)；邏輯上則能為每隔區(qū)域疊加更多軌道進(jìn)行。不過(guò)SMR在隨機(jī)寫(xiě)操作時(shí)，需要先將疊瓦布局中重疊磁道部門的數(shù)據(jù)遷移走，這需要操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序等的支持，對(duì)于客戶實(shí)際部署要求較高。也是因?yàn)檫@個(gè)原因，SMR磁盤很難與CMR無(wú)縫銜接，但SMR在單盤存儲(chǔ)容量方面的潛力，對(duì)于爆炸式數(shù)據(jù)增長(zhǎng)帶來(lái)的存儲(chǔ)需求，還是極具誘惑力。

如何發(fā)揮SMR在單盤存儲(chǔ)容量方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)掃除影響SMR使用的障礙？只有SMR-HDD和SSD同時(shí)存在，才能在不犧牲性能的情況下提高存儲(chǔ)容量，這也是西部數(shù)據(jù)分區(qū)存儲(chǔ)計(jì)劃誕生的背景。

ZNS（Zoned Namespaces，分區(qū)命名空間）包含SMR-HDD以及ZNS-SSD的配套技術(shù)，其中SMR具有成熟的生態(tài)和廣泛的開(kāi)源社區(qū)支持，能夠享用SMR技術(shù)帶來(lái)的硬盤存儲(chǔ)容量最大化紅利；融入ZNS標(biāo)準(zhǔn)的NVMe SSD則延續(xù)閃存擴(kuò)展，擁有更好的耐久性、可預(yù)知的低延時(shí)和QoS（服務(wù)質(zhì)量）性能，實(shí)現(xiàn)QLC的規(guī)模部署。

Steven Craig表示：“分區(qū)存儲(chǔ)是一項(xiàng)開(kāi)源的、基于標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)提案，使數(shù)據(jù)中心能夠經(jīng)濟(jì)高效地對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行選取和部署，有效地?cái)U(kuò)展到ZB時(shí)代?！?/p>

哪些市場(chǎng)HDD和SSD替換得最激烈？

會(huì)后，西部數(shù)據(jù)產(chǎn)品市場(chǎng)部副總裁朱海翔先生，西部數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品市場(chǎng)部總監(jiān)-張丹女士接受了《電子工程專輯》采訪。

由左至右：西部數(shù)據(jù)公司全球產(chǎn)品市場(chǎng)部總監(jiān)-萬(wàn)君玫女士，西部數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品市場(chǎng)部副總裁-朱海翔先生

和西部數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品市場(chǎng)部總監(jiān)-張丹女士

對(duì)于數(shù)據(jù)端到端的架構(gòu)，朱海翔認(rèn)為，數(shù)據(jù)主要由終端通過(guò)不同的應(yīng)用產(chǎn)生，然后在邊緣計(jì)算或分布式數(shù)據(jù)中心進(jìn)行初步集成和分析。最后，在云數(shù)據(jù)中心通過(guò)一些大數(shù)據(jù)技術(shù)分析，數(shù)據(jù)價(jià)值才會(huì)最終體現(xiàn)出來(lái)?！敖裉齑蠖鄶?shù)的數(shù)據(jù)，還是人為方式產(chǎn)生的。比如說(shuō)微信，在一些平臺(tái)上分享我們的文字、圖片、視頻，以及現(xiàn)在非常流行的短視頻抖音、快手等等，這些都是人產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。但是隨著5G萬(wàn)物互聯(lián)的發(fā)展，我們可以預(yù)見(jiàn)，到2023年全球90%的數(shù)據(jù)都會(huì)由機(jī)器產(chǎn)生。而由機(jī)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有獨(dú)有的特性，大多數(shù)都是順序型寫(xiě)入的流媒體數(shù)據(jù)?！?/p>

針對(duì)機(jī)器產(chǎn)生的宏大海量數(shù)據(jù)類別和新特性，存儲(chǔ)行業(yè)怎么把這個(gè)挑戰(zhàn)變成機(jī)遇？增加存儲(chǔ)量無(wú)疑是最需要解決的問(wèn)題。今年越來(lái)越多96層3D NAND被用在數(shù)據(jù)中心，各個(gè)廠商也在積極開(kāi)發(fā)1XX層存儲(chǔ)密度的3D NAND，“但是這只局限于存儲(chǔ)介質(zhì)的密度增加上，如果最終想要在數(shù)據(jù)中心使用最高密度QLC，而不是現(xiàn)在的TLC，我們需要解決QLC在數(shù)據(jù)中心中批量部署的最大難題——寫(xiě)入壽命問(wèn)題?！?朱海翔表示，“要解決這個(gè)問(wèn)題，不能停留在介質(zhì)本身，要重新看整個(gè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)架構(gòu)。所以今年6月我們推出了分區(qū)存儲(chǔ)技術(shù)，我們相信這個(gè)技術(shù)可以從全新的維度幫助整個(gè)行業(yè)，尤其是在數(shù)據(jù)中心快速的部署最高存儲(chǔ)密度的QLC。”

其實(shí)在存儲(chǔ)介質(zhì)的選擇上，西部數(shù)據(jù)是一家比較獨(dú)特的公司，他們?cè)贖DD行業(yè)有開(kāi)發(fā)和制造的垂直整合能力，在SSD上也是一樣。所以在推薦客戶才用HDD還是SSD上，“西部數(shù)據(jù)并沒(méi)有一個(gè)偏好，比如一定要在市場(chǎng)上或是在客戶處主動(dòng)去推其中某一個(gè)產(chǎn)品。但是我們看到，在不同的行業(yè)里，對(duì)于HDD和SSD互相過(guò)渡的速度和范圍是不一樣的，其中三個(gè)行業(yè)是全球使用傳統(tǒng)機(jī)械硬盤最大的行業(yè)：數(shù)據(jù)中心、個(gè)人電腦以及視頻監(jiān)控行業(yè)?！?/p>

朱海翔介紹到，“這三個(gè)行業(yè)情況不一樣。在數(shù)據(jù)中心行業(yè)，HDD每年的年負(fù)荷增長(zhǎng)率可達(dá)34%，我們把它叫企業(yè)級(jí)HDD。因?yàn)槌杀?、性能整合的?yōu)勢(shì)，相比之下大多數(shù)的云廠商還是愿意大量用HDD來(lái)存儲(chǔ)。SSD在云數(shù)據(jù)中心中增長(zhǎng)速率比HDD快，每年增長(zhǎng)率是44%，但它的起點(diǎn)相對(duì)較低。我們預(yù)測(cè)在大概四五年之后，數(shù)據(jù)中心絕大多數(shù)的存儲(chǔ)媒介仍然是HDD，而不是SSD?！?/p>

個(gè)人電腦行業(yè)則完全不一樣。去年個(gè)人電腦里面的存儲(chǔ)介質(zhì)已經(jīng)有50%轉(zhuǎn)變?yōu)?SSD，今年可能已經(jīng)達(dá)到60%，大概兩三年之后會(huì)達(dá)到80%以上。所有的個(gè)人電腦都傾向于使用SSD，而不是傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤。

第三個(gè)視頻監(jiān)控市場(chǎng)在中國(guó)尤其重要，而且中國(guó)有全球領(lǐng)先的安防廠家，近年來(lái)中國(guó)視頻監(jiān)控存儲(chǔ)的需求量，在全球已經(jīng)超過(guò)50%，但絕大多數(shù)的存儲(chǔ)需求還是HDD，而不是SSD。朱海翔表示：“因?yàn)槲覀兒瓦@些廠家都有緊密的合作，并沒(méi)有看到近期或可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)會(huì)有大量SSD會(huì)替代HDD，這是我們看到的HDD和SSD互相轉(zhuǎn)變的三個(gè)主要重要市場(chǎng)?！?/p>

在中國(guó)區(qū)首發(fā)全球新品

在媒體會(huì)中，西部數(shù)據(jù)還發(fā)布了一系列針對(duì)工業(yè)、智能和先進(jìn)制造（包括多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）等需要在嚴(yán)苛環(huán)境中操作的新產(chǎn)品。張丹表示，這是西部數(shù)據(jù)首次在中國(guó)，發(fā)布全球范圍內(nèi)的新品。

此次發(fā)布的新產(chǎn)品采用高耐久度3D NAND技術(shù)，以多種產(chǎn)品形態(tài)為工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供適用于工業(yè)級(jí)市場(chǎng)領(lǐng)域的解決方案，可應(yīng)用于邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)、機(jī)器人、醫(yī)療和監(jiān)測(cè)/安防等領(lǐng)域，同時(shí)為工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用領(lǐng)域提供方案。

為什么會(huì)有工業(yè)級(jí)別產(chǎn)品的發(fā)布？張丹表示，“當(dāng)我們以深入視角研判未來(lái)萬(wàn)億字節(jié)新時(shí)代的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)主要的趨勢(shì)，一個(gè)是數(shù)據(jù)上云，第二個(gè)是算力下發(fā)。算力下發(fā)的結(jié)論就是邊緣計(jì)算，所以越來(lái)越多的計(jì)算能力會(huì)被推動(dòng)到邊緣端，越來(lái)越多的傳感和分析在邊緣端實(shí)現(xiàn)，但是這些數(shù)據(jù)并沒(méi)有充分的在邊緣端進(jìn)行存儲(chǔ)。我們看到了邊緣不具備足夠的能力和成本優(yōu)勢(shì)來(lái)保存更多的數(shù)據(jù)，因此我們也想盡一些努力來(lái)滿足行業(yè)對(duì)這方面的需求?！?/p>

據(jù)介紹，西部數(shù)據(jù)工業(yè)級(jí)存儲(chǔ)產(chǎn)品能夠在惡劣環(huán)境（如高溫、潮濕、極端海拔或強(qiáng)振）下保證設(shè)備存儲(chǔ)正常運(yùn)行，通過(guò)延長(zhǎng)數(shù)據(jù)保存期限而存儲(chǔ)和處理更多數(shù)據(jù)。

西部數(shù)據(jù)首款針對(duì)工業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)而設(shè)計(jì)的64層3D NAND e.MMC

西部數(shù)據(jù)iNAND IX EM132嵌入式閃存盤是公司首款專為工業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)的3D NAND e.MMC，其中搭載了西部數(shù)據(jù)64層3D NAND技術(shù)。該產(chǎn)品有兩種版本的寬溫范圍，分別是-25°C至+ 85°C以及-40°C至85°C。西部數(shù)據(jù)公司將該產(chǎn)品的e.MMC使用壽命延長(zhǎng)并超過(guò)了2D NAND，為基于高級(jí)操作系統(tǒng)、傳感器融合和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用提供更高的容量選擇。該產(chǎn)品還有專為密集型工業(yè)工作負(fù)載而設(shè)計(jì)的功能特性，包括：

· 高級(jí)運(yùn)行狀況管理

· 熱管理

· 智能分區(qū)

· 自動(dòng)和手動(dòng)讀刷新

· 電源管理

· 達(dá)到JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)保持力

針對(duì)工業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的高耐久度SD存儲(chǔ)卡和microSD存儲(chǔ)卡

新款西部數(shù)據(jù)工業(yè)級(jí)IX LD342 SD存儲(chǔ)卡和IX QD342 micro SD存儲(chǔ)卡為OEM商、經(jīng)銷商、分銷商、集成商和工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了高度耐用的產(chǎn)品特性，為新興工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)更好的靈活性：

· 采用西部數(shù)據(jù)3D NAND技術(shù)

· 提供16GB至512GB的容量選擇

· 高耐用性（3，000 P/E循環(huán)）保證了更長(zhǎng)的使用壽命

· 存儲(chǔ)卡的運(yùn)行狀況管理可以檢測(cè)存儲(chǔ)卡的剩余耐用程度，并在需要時(shí)主動(dòng)對(duì)存儲(chǔ)卡進(jìn)行維護(hù)

產(chǎn)品展示

除此之外，西部數(shù)據(jù)還在此次閃存市場(chǎng)峰會(huì)中展示了諸多產(chǎn)品：

上述剛發(fā)布的部分新品，以及ZNS SSD，相較于普通的NVMe SSD可提升吞吐量，顯著降低延遲

恩智浦i.MX8 Mini EVK主板，其采用了西部數(shù)據(jù)最新的iNAND IX EM132工業(yè)級(jí)e.MMC嵌入式閃存產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)更好的性能表現(xiàn)。

還有Ultrastar系列的SSD產(chǎn)品。