閃存和其他相關(guān)技術(shù)的未來將充滿希望

預(yù)測任何技術(shù)的未來從來都不是一件容易的事，對于內(nèi)存技術(shù)也是如此。不過，對于NAND閃存、存儲類內(nèi)存和NVMe-oF，我們有可能預(yù)測其未來發(fā)展。

近年來，這些技術(shù)以驚人的速度發(fā)展，供應(yīng)商不斷生產(chǎn)出更快的設(shè)備，可存儲更多數(shù)據(jù)，并提供更高的耐用性。雖然這并不是說沒有任何障礙，但閃存和其他相關(guān)技術(shù)的未來將充滿希望。

3D NAND的未來

很多分析師認為，供應(yīng)商將繼續(xù)在3D NAND閃存中添加層，直到不能再添加為止。預(yù)計到2021年將有192層3D NAND，到2022年將有256層設(shè)備。Forward Insights公司總裁兼首席分析師Gregory Wong表示，他預(yù)計供應(yīng)商將繼續(xù)增加層數(shù)以及位密度，同時降低總體成本。但是，他指出：“增加層的代價是不斷增加的資本支出、更高的流程復(fù)雜性和更長的處理時間?！?/p>

Coughlin Associates公司總裁Tom Coughlin對此表示同意，隨著設(shè)備使用更薄的層和層字符串技術(shù)，層數(shù)將繼續(xù)增加。但是，這些層的薄度和沉積速度會有限制，他說：“增加層數(shù)將導(dǎo)致更長的晶片生產(chǎn)時間，并需要更多的晶片資本設(shè)備，最終需要新的工廠生產(chǎn)。”

由于生產(chǎn)問題，3D NAND降低每GB成本的速度將下降–在沒有其他技術(shù)進步的情況下，最值得注意的是每個單元使用多個位的能力。但是，每個單元更多的位會導(dǎo)致性能降低，因為需要更多的錯誤校正，而且還會降低單元的耐用性。他說，要取得成功，“傳統(tǒng)的垃圾收集將需要改變，特別是必須減少擦除/寫入周期?！边@將需要使用緩存寫入數(shù)據(jù)等方法。

QLC和PLC NAND的未來

NAND閃存的未來必然將圍繞著每單元的位數(shù)。Wong說，在過去的一年中，四級單元(QLC)NAND(每單元4個位)的使用主要集中在PC上，但是這種情況將會改變?！敖衲?，我們將會看到QLC驅(qū)動器用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，以及引入到企業(yè)存儲系統(tǒng)中。”我們看到越來越多的供應(yīng)商開始討論如何生產(chǎn)QLC設(shè)備。

但是，Wong說，我們越來越難擴展閃存設(shè)備的位密度以及降低成本。“盡管如此，NAND閃存仍將存在很長一段時間，因為目前還沒有一種技術(shù)可以在位密度和成本上超越它。”

Rockport Networks公司現(xiàn)場CTO兼存儲網(wǎng)絡(luò)行業(yè)協(xié)會(SNIA)董事會成員J Metz對QLC和下一代NAND閃存五級單元(PLC)(每單元5個位)有不同的觀點。盡管他認為這些技術(shù)必然會出現(xiàn)，但他質(zhì)疑市場能否承受它們。隨著三層電池(TLC)器件價格的下降，從經(jīng)濟角度考慮，我們還不確定這些技術(shù)是否會淘汰前一代技術(shù)。

“問題不在于，是否會有針對一次性存儲設(shè)備的用例(PLC最終將是這種用例)，而是對于相同的生產(chǎn)資源來說，現(xiàn)有技術(shù)是否已經(jīng)可以滿足相同的用例?！?/p>

盡管存在這些顧慮，但QLC仍擁有很大發(fā)展動力，供應(yīng)商定期會推出新產(chǎn)品。Objective Analysis公司總經(jīng)理Jim Handy說：“對于3D NAND，令人滿意之處在于，它的幾代技術(shù)都保持相同的單元尺寸和電容，并且支持良好QLC的開發(fā)?！彼€認為PLC可能也會是這樣。

即便如此，閃存的未來仍可能會看到每個單元更多位繼續(xù)影響耐用性。這就是為什么企業(yè)中的QLC NAND可能僅限于讀取密集型且寫入操作受到嚴格控制的工作負載的原因。對于PLC NAND來說甚至更是如此。

然而，QLC和PLC NAND可以與單位單元(SLC)閃存配對以創(chuàng)建混合固態(tài)硬盤。Coughlin說：“區(qū)域存儲概念可能有助于創(chuàng)建多種閃存技術(shù)，這些技術(shù)可用于將內(nèi)容集中在SLC閃存中，以及從QLC甚至PLC閃存中進行讀取?！边@里的共識是QLC和PLC NAND不可能單獨用于高性能應(yīng)用。

NVMe-oF的未來

隨著越來越多的NVMe SSD進入數(shù)據(jù)中心，預(yù)計將會看到更多NVMe-oF集成到企業(yè)工作流程中。該接口協(xié)議可擴展NVMe在整個網(wǎng)絡(luò)中的性能和低延遲優(yōu)勢。我們已經(jīng)在Dell EMC PowerMax等產(chǎn)品中看到了NVMe-oF的價值，該產(chǎn)品支持NVMe-oF為資源密集型應(yīng)用程序提供更低的延遲和更快的響應(yīng)時間。Handy說，他相信NVMe-oF可能會成為標準的系統(tǒng)架構(gòu)，這將使閃存的使用迅速增加。

Coughlin進一步指出，NVMe-oF將成為主要的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，“特別是對于主存儲應(yīng)用程序，甚至在基于HDD的存儲應(yīng)用中也可能。”Western Digital已在其OpenFlex架構(gòu)中增加HDD存儲盒，該存儲盒包括一個NVMe-oF互連。如果處理得當，NVMe-oF可以提供接近NVMe存儲設(shè)備內(nèi)部帶寬的網(wǎng)絡(luò)存儲性能。他補充說，NVMe-oF還使利用遠程內(nèi)存成為可能，帶來“新的虛擬化和抽象方法”。

Metz堅信，NVMe-oF給我們帶來潛在的部署選項，盡管到目前為止，這些選項還遙不可及。該協(xié)議的進步使其可能以更高的精度和粒度連接到介質(zhì)。Metz說，Zoned Namespace是一種旨在以高效且高性能的方式精確地將數(shù)據(jù)寫入介質(zhì)的技術(shù)，非常適合QLC和PLC等對重寫和寫入周期高度敏感的介質(zhì)。

存儲類閃存和其他新興技術(shù)

隨著英特爾DC持久內(nèi)存的發(fā)布，存儲類內(nèi)存(SCM)將可作為內(nèi)存存儲架構(gòu)中的一層，它的未來變得比以往任何時候都更有前景。Metz說，SCM將在創(chuàng)建新層中發(fā)揮重要作用，部分原因在于，在數(shù)據(jù)提交到內(nèi)存之前可能會有風(fēng)險的情況下，SCM可以減少延遲量。

Metz還提到SNIA的持久內(nèi)存編程模型，該模型為希望以塊或文件模式尋址媒體，以及為I / O或加載/存儲語義使用相同媒體類型的應(yīng)用程序提供了很多擴展。他說，這為希望直接尋址該設(shè)備的應(yīng)用程序開發(fā)人員提供了優(yōu)秀的機會。

根據(jù)Handy的說法，SCM可以將新層帶入內(nèi)存存儲架構(gòu)。他斷言，SCM的未來僅受“英特爾愿意投入資金量”的限制。Handy說，該公司每年可能因這項投資而損失數(shù)十億美元，但他補充說，他相信英特爾將使它重新回到高價處理器的銷售中。他說：“沒有其他供應(yīng)商可以驗證這樣做是否可行?！?/p>

但是，SCM運動不僅限于英特爾的持久內(nèi)存模塊。Coughlin說，除了其他新興內(nèi)存外，一些嵌入式芯片代工廠還提供基于磁阻RAM(MRAM)和電阻RAM(RRAM)等技術(shù)的SCM型器件。

根據(jù)Coughlin的說法，隨著MRAM從自旋隧道扭矩轉(zhuǎn)向自旋軌道扭矩技術(shù)，其速度將會更快?！半S著這樣的進步和MRAM尺寸縮小，我們看到它最終將取代處理器低級緩存，甚至可能用非易失性存儲器代替寄存器。因此，所有存儲器都可能成為非易失性存儲器，這可能對未來電子產(chǎn)品的設(shè)計、安全性和編程的影響帶來巨大的影響。”

展望閃存的未來

Handy說，即使在存儲級內(nèi)存成為主流之后，閃存仍將繼續(xù)作為HDD和內(nèi)存通道層之間的層。他說：“與NAND閃存相比，持久存儲器將更好地取代動態(tài)RAM(DRAM)，類似于NAND SSD減少數(shù)據(jù)中心DRAM的增長?！蓖瑫r，NVMe-oF和軟件定義的存儲等存儲技術(shù)將得到更廣泛的部署，從更少的資源中榨取更多的生產(chǎn)力。

同時，非易失性固態(tài)存儲器正在快速發(fā)展，它將從根本上改變我們進行計算的方式。Coughlin說，這些變化將為邊緣和端點應(yīng)用(例如5G IoT)提供低功耗設(shè)備，特別是依賴電池或太陽能電池的能源受限的應(yīng)用。他補充說，磁阻RAM等技術(shù)可能會像DRAM一樣便宜，并最終取代它。“從長遠來看，內(nèi)存和處理可以結(jié)合在一起以創(chuàng)建真正的內(nèi)存處理?！?/p>

眾所周知，閃存和其他新興存儲技術(shù)的未來仍然很有前景。根據(jù)Metz的說法，我們正處在固態(tài)存儲“用例的寒武紀大爆炸”的開始，從單一的尋址閃存方法轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸谛枰獣r訪問信息的極為靈活且可修改的過程”。隨著供應(yīng)商不斷改進位密度、訪問閃存設(shè)備的協(xié)議以及計算存儲等領(lǐng)域的發(fā)展勢頭，“我們才剛剛開始看到可能性”。