2019年的存儲市場遇到了需求趨緩、價(jià)格下跌、庫存積壓等不利因素的影響,但并沒有影響存儲市場需求的不斷增長和產(chǎn)品技術(shù)的不斷提升。在不久前于深圳舉辦的閃存市場峰會(CFMS 2019)上,西部數(shù)據(jù)公司高級副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理Steven Craig在大會上進(jìn)行了“ZB時(shí)代的數(shù)據(jù)存儲核心架構(gòu)–機(jī)遇、挑戰(zhàn)和階段”的主題演講,在演講中Steven也對存儲市場的前景表示樂觀,他認(rèn)為,NAND閃存市場將會在年底重拾上行之勢。
圖1:西部數(shù)據(jù)公司高級副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理Steven Craig認(rèn)為NAND閃存將會重拾上行之勢。
存儲技術(shù)趕不上數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度
做出這個(gè)判斷的原因是,他看到現(xiàn)在的數(shù)據(jù)產(chǎn)生量在不斷攀升中,2018年約產(chǎn)生了32ZB的數(shù)據(jù),ZB是個(gè)什么概念呢?我們現(xiàn)在的手機(jī)存儲容量一般是64GB,1ZB=1024EB=1024×1024PB=1024×1024×1024TB=1024×1024×1024×1024GB,即1040GB,約1萬億GB。這是一個(gè)超級龐大的數(shù)字,“到2023年,預(yù)計(jì)會產(chǎn)生103ZB的數(shù)據(jù)。” Steven Craig進(jìn)一步指出。這些數(shù)據(jù)主要來源于末端的邊緣數(shù)據(jù)、在邊緣進(jìn)行整合后的數(shù)據(jù),以及在云端經(jīng)過了處理和轉(zhuǎn)換的智能信息。
在Steven Craig看來,這些看似龐大的數(shù)據(jù)其實(shí)只有小部分會被存儲下來,比如說2018年的數(shù)據(jù)存儲量是5ZB左右,占產(chǎn)生數(shù)據(jù)的15%;預(yù)計(jì)到2023年,存儲下來的數(shù)據(jù)為12ZB左右,占產(chǎn)生數(shù)據(jù)的11%,其他的數(shù)據(jù)將會失散掉,而且將永遠(yuǎn)也不可能找回來了。
存下來的數(shù)據(jù)如此少,是有原因的,其中一個(gè)重要原因就是我們的存儲技術(shù)和設(shè)備沒有趕上數(shù)據(jù)增長的新趨勢。因此,Steven Craig指出,“我們必須轉(zhuǎn)變我們的思維模式,為未來更大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲做準(zhǔn)備,準(zhǔn)備好相關(guān)的技術(shù)。”
圖2:2018年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為32ZB,存儲的數(shù)據(jù)量為5ZB;預(yù)計(jì)2023年將會產(chǎn)生103ZB的數(shù)據(jù)。
主流3D NAND閃存已達(dá)96層仍不夠用,QLC崛起
隨著數(shù)據(jù)量的迅速增大,主流存儲技術(shù)也在迅速向前推進(jìn)中。3D NAND閃存從2014年的24層,到2016年的48層,到2017年的64層,再到2018年的96層,以及明年的1XX層,技術(shù)更新速度越來越快。
圖3:NAND閃存技術(shù)的快速發(fā)展。
不過,Steven Craig在主題演講中也提到,單純地增加層數(shù),看似簡單,但實(shí)際上并沒有幫助生產(chǎn)企業(yè)降低成本,而是增加了更多的成本,而且有可能會出現(xiàn)錯(cuò)誤。增加層數(shù),意味著需要制造更多的晶圓,從而導(dǎo)致成本上升,他拿48層擴(kuò)展到64層舉例說,當(dāng)時(shí)的成本大概是8000美元每平方米?!爱?dāng)然,我們可以通過規(guī)模化生產(chǎn)來降低成本。” Steven Craig指出。
目前,擴(kuò)大閃存的容量主要有三種方法:一是增加存儲孔密度;二是增加存儲單元密度;三是通過邏輯擴(kuò)展增加比特密度。
圖4:增加閃存容量的三種維度。
三種維度增加容量的效果各不相同,“從64層擴(kuò)展到96層時(shí),存儲孔密度大概增加了10%;存儲單元密度增加了68%;TLC比特密度增加了65%。綜合這三種方法就可以看到整個(gè)閃存容量的增長了。” Steven Craig在演講中表示。
邏輯擴(kuò)展中,目前主流的技術(shù)是TLC,不過下一代將會是QLC,QLC可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)存儲單元4比特的數(shù)據(jù),他預(yù)計(jì)到2025年,整個(gè)QLC的市場占有率會增加到50%,這包括企業(yè)級、消費(fèi)級和移動類的閃存應(yīng)用。
圖5:QLC與TLC增加的比特密度對比。
雖然QLC具有可擴(kuò)展、成本/TCO效益和極佳的訪問和讀取性能等優(yōu)點(diǎn),未來可能會迅速崛起,但是不是會一帆風(fēng)順地接班TLC呢?那也未必,因?yàn)槟壳癚LC也面臨著一些關(guān)鍵的挑戰(zhàn),比如說寫入限制。
面臨寫入限制挑戰(zhàn)的不止有QLC,還有疊瓦式磁記錄(SMR),該技術(shù)在制造工藝方面的變動非常微小,但卻可以大幅提高磁盤存儲密度。SMR盤將盤片上的數(shù)據(jù)磁道部分重疊,就像屋頂上的瓦片一樣。
盡管SMR盤的讀行為和普通磁盤相同,但它的寫行為有了巨大的變化:不再支持隨機(jī)寫和原地更新寫。這是由于SMR盤上新寫入的磁道會覆蓋與之重疊的所有磁道,從而摧毀其上的數(shù)據(jù)。換言之,相較傳統(tǒng)磁盤而言,SMR盤不再支持隨機(jī)寫,只能進(jìn)行順序追加寫。寫入方式的限制給欲使用SMR盤的存儲系統(tǒng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
分區(qū)存儲解決高容量存儲盤的寫入限制挑戰(zhàn)
為了應(yīng)對QLC和SMR這兩種高容量存儲盤面臨的寫入限制挑戰(zhàn),不能停留在介質(zhì)本身,而是要看整個(gè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)架構(gòu),因此西部數(shù)據(jù)提出了一個(gè)開源的標(biāo)準(zhǔn)化的分區(qū)存儲技術(shù),Steven Craig表示,希望西部數(shù)據(jù)的分區(qū)存儲架構(gòu)可以賦能應(yīng)用層、主機(jī)和存儲,互相協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)存放位置,充分利用在SMR HDD上可以實(shí)現(xiàn)的最大存儲容量,以及在融入新興分區(qū)命名空間(ZNS)標(biāo)準(zhǔn)的NVMe SSD上實(shí)現(xiàn)更好的耐久性、可預(yù)測的低延遲和QoS(服務(wù)質(zhì)量)性能。
圖6:西部數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品市場部副總裁朱海翔。
西部數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品市場部副總裁朱海翔表示,分區(qū)存儲技術(shù)可應(yīng)對新興應(yīng)用帶來的數(shù)據(jù)爆炸,幫助用戶在ZB級容量的存儲時(shí)代保持具有競爭力的總體擁有成本,并實(shí)現(xiàn)更大的規(guī)模效益。
“自從西部數(shù)據(jù)6月份推出分區(qū)存儲技術(shù)后,我們已經(jīng)和全球基本上所有的大型云服務(wù)商和大型OEM系統(tǒng)廠商共同攜手,能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)層面的智能化數(shù)據(jù)安全,可以很好地幫助最大存儲密度的QLC在數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模部署。“朱海翔在媒體群訪時(shí)表示。
對于數(shù)據(jù)安全,他特別指出包括三個(gè)方面的保障:
第一,從存儲器的固件上,西部數(shù)據(jù)的固件提供了多種加密選項(xiàng)供系統(tǒng)廠商選擇,比如說SE、ISE、SED,各種加密的選擇標(biāo)準(zhǔn)都可以滿足,這樣的話可以很好的配合系統(tǒng)層,甚至一些國家的規(guī)定,增加在系統(tǒng)端對于存儲硬件、軟件順利的加密。
第二,從產(chǎn)品的特性上,西部數(shù)據(jù)的產(chǎn)品有一個(gè)Host Lock,當(dāng)你插入系統(tǒng)或拔出系統(tǒng)都有一個(gè)“握手”的過程,如果說“握手”不成功,就根本沒有辦法得出數(shù)據(jù),這是通過軟件層面實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù),在SD卡上叫Host Lock,HDD上叫ATA。
第三,從元器件的健康管理上,以硬盤為例,西部數(shù)據(jù)有兩種健康管理。一種是基于設(shè)備,西部數(shù)據(jù)能夠根據(jù)設(shè)備上的超過幾百種參數(shù),通過人工智能的方式預(yù)測硬盤在什么時(shí)候會壞。這樣,可以預(yù)先進(jìn)行維護(hù)、更換或者遷移數(shù)據(jù)。
圖7:西部數(shù)據(jù)提出的分區(qū)存儲架構(gòu)。
在演講中,Steven Craig還介紹了西部數(shù)據(jù)在分區(qū)存儲技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)中的兩種硬盤,其15GB的SMR HDD硬盤已經(jīng)批量出貨,20TB的SMR HDD預(yù)計(jì)將在明年正式上市;ZNS NVMe SSD平臺也推出了一款產(chǎn)品DC SN340。
Steven Craig認(rèn)為,SMR和ZNS將通過提供智能化應(yīng)用架構(gòu)成為當(dāng)前和未來ZB級數(shù)據(jù)時(shí)代的關(guān)鍵基石。
圖8:開源的分區(qū)存儲生態(tài)。
三種全新存儲解決方案滿足多種物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)應(yīng)用場景需求
除了分享閃存技術(shù)的發(fā)展趨勢,西部數(shù)據(jù)在本次CFMS2019上帶來了專為工業(yè)4.0時(shí)代和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)的三款全新解決方案:iNAND IX EM132嵌入式閃存盤、IX LD342 SD存儲卡和IX QD342 microSD存儲卡。
圖9:西部數(shù)據(jù)推出的面向工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的三款全新解決方案:iNAND IX EM132嵌入式閃存盤、IX LD342 SD存儲卡和IX QD342 microSD存儲卡。
談到發(fā)布這三款工業(yè)級產(chǎn)品的原因,西部數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品市場部總監(jiān)張丹解釋說,他們經(jīng)過對現(xiàn)在及未來ZB時(shí)代數(shù)據(jù)的分析和研判后發(fā)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的兩個(gè)趨勢:一是數(shù)據(jù)上云;二是算力下發(fā)。
數(shù)據(jù)上云很好理解,算力下發(fā)就是指邊緣計(jì)算,以后會有越來越多的計(jì)算能力會放在邊緣端,也就是說邊緣端的計(jì)算能力會越來越強(qiáng),邊緣計(jì)算增強(qiáng)后,會創(chuàng)建出很多新的商業(yè)模式,比如自動笑臉、無人商超、智能安防、自動駕駛、智慧工廠等等。這些不斷變化的物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)解決方案,都會實(shí)時(shí)生成海量的數(shù)據(jù)。因此,“為了適配增強(qiáng)的計(jì)算能力,以及由該計(jì)算能力推動的數(shù)據(jù)變化,我們推出了一些列配合邊緣計(jì)算的產(chǎn)品?!睆埖ぶ赋?。
圖10:西部數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品市場部總監(jiān)張丹在介紹西部數(shù)據(jù)的系列產(chǎn)品。
雖然都是邊緣存儲的需求,但因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)和工業(yè)的應(yīng)用場景太多了,而不同應(yīng)用場景對存儲的要求其實(shí)是不一樣的。張丹按照存儲要求的不同,將物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)的應(yīng)用場景分成了四類:
一是基于圖像,尤其是需要進(jìn)行圖像分析的應(yīng)用場景,比如安防、無人機(jī)、交通、穿戴式攝像頭等。該場景下存儲器的工作負(fù)載非常大。它是以高碼率的數(shù)據(jù)流、圖像流,長時(shí)間持續(xù)的寫入。這對存儲器件的帶寬和寫入壽命有一定要求,或者是非常嚴(yán)苛的要求。
二是工業(yè)網(wǎng)關(guān)、工業(yè)自動化和自動建筑應(yīng)用場景。該場景下,可能沒有高頻的數(shù)據(jù)流的寫入,但要求高可靠性,因?yàn)榇鎯ζ骷ぷ鞯沫h(huán)境非常的嚴(yán)苛,器件能不能適合嚴(yán)苛的、潮濕的或是多震、高海拔的等等不可控、不可抗,甚至是特殊的應(yīng)用場景,也要在設(shè)計(jì)中考慮覆蓋這部分的應(yīng)用需求。
三是物聯(lián)網(wǎng)模塊、智慧醫(yī)療、自動售貨、嵌入式數(shù)據(jù)等新興應(yīng)用場景。這類應(yīng)用場景,未來不知道會發(fā)展到什么程度,還有太多未知的領(lǐng)域和數(shù)據(jù)鏈條可能要去探討。
四是數(shù)字標(biāo)牌、銷售點(diǎn)、控制平臺等傳統(tǒng)的應(yīng)用場景。這類應(yīng)用場景需要滿足可靠性、有效性、數(shù)據(jù)的互通性,以及跟平臺的配合性等需求。
總的來說,要想滿足這些不同應(yīng)用場景下的物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)需求,存儲產(chǎn)品需要滿足溫度、使用壽命、可靠性等需求。
隨后,張丹詳細(xì)介紹了西部數(shù)據(jù)新推出的工業(yè)級存儲產(chǎn)品。
其中,iNAND IX EM132嵌入式閃存盤,是西部數(shù)據(jù)首款專為工業(yè)及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用而設(shè)計(jì)的e.MMC嵌入式閃存盤,搭載了西部數(shù)據(jù)高可靠性的64層3D NAND技術(shù),最大容量已經(jīng)提升到256GB。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。
她特別提到,iNAND IX EM132嵌入式閃存盤是西部數(shù)據(jù)第一款基于3D技術(shù)的工業(yè)級產(chǎn)品,前兩代產(chǎn)品都是基于2D的MLC。雖然采用的是3D TLC,但該閃存盤還是延續(xù)了其2D產(chǎn)品需要的3000次PE循環(huán),支持最新的e.MMC5.0標(biāo)準(zhǔn),隨機(jī)寫入速度可達(dá)200M/s以上。同時(shí),它也支持高級運(yùn)行狀況管理、熱管理、智能分區(qū)、自動和手動讀刷新等特性,以及達(dá)到了JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)保持力。
“經(jīng)過我們的設(shè)計(jì),TLC可以達(dá)到3000次PE,但當(dāng)在對耐久性有更高要求的新興應(yīng)用場景中,我們還可以通過智能分區(qū)特性,將我們器件里的一部分或者全部還原成SLC,SLC的壽命或者讀寫次數(shù)可以達(dá)到10萬次/100k。”張丹進(jìn)一步解釋說,“智能分區(qū)還有一個(gè)好處是,在還原SLC的過程中,可實(shí)現(xiàn)純粹的物理分區(qū)或隔離?!薄?/div>
IX LD342 SD存儲卡和IX QD342 microSD采用的也是3D NAND閃存技術(shù),SD存儲卡最高可提供512GB的容量,microSD存儲卡最高可提供256GB的容量。且都具有3000P/E循環(huán),可支持工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的存儲需求。
這兩款產(chǎn)品同于具有運(yùn)行狀況管理和熱管理等特性,同時(shí)在存儲卡內(nèi)址如了一種功能,即主控鎖定,這在一定程度上可以保證數(shù)據(jù)的安全性,只有跟主控對密成功的主控才可以讀取存儲卡內(nèi)的數(shù)據(jù)。這樣就可以防止任何人都能讀取公共攝像頭內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)。
產(chǎn)品展示
上面提到的這些新產(chǎn)品在此次閃存市場峰會的西部數(shù)據(jù)展臺都有展示。
圖11:西部數(shù)據(jù)展示的IX LD342 SD存儲卡和IX QD342 microSD產(chǎn)品。
這兩款存儲器產(chǎn)品microSD卡只有食指指甲蓋大小,最高厚度為1.1mm。
圖12:與NXP合作的demo。
該demo主要用來演示存儲器已經(jīng)寫入多少次,曾經(jīng)工作過的最低溫度、最高溫度和現(xiàn)在正在運(yùn)行的溫度。它還有多長的使用壽命,已經(jīng)啟動了多少次等參數(shù)。
圖13:這里演示的是西部數(shù)據(jù)推出的ZNS SSD。
該款ZNS SSD主要針對分區(qū)存儲生態(tài)的,目前采用的是TLC,未來將會采用QLC。
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