QLC固態(tài)硬盤將成企業(yè)新寵！和Solidigm高管探討未來企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)發(fā)展趨勢

隨著5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)乃至AI預(yù)訓(xùn)練大模型等技術(shù)的不斷演進(jìn)，數(shù)字化浪潮正在推動(dòng)全人類社會(huì)朝向新的文明層次快速發(fā)展。數(shù)字化永遠(yuǎn)無法回避的一個(gè)話題就是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。有意思的是，曾經(jīng)不被看好的QLC產(chǎn)品，竟在云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心市場，迸發(fā)出新的活力，有望逐步成為企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)主力之選……

圓周率計(jì)算迎來新的世界紀(jì)錄

前不久，StorageReview團(tuán)隊(duì)在位于美國辛辛那提的實(shí)驗(yàn)室中使用第四代AMD EPYC CPU和Solidigm D5-P5316 QLC SSD，進(jìn)行圓周率（π）小數(shù)點(diǎn)后100萬億位數(shù)的計(jì)算，最終的成績成功打破世界紀(jì)錄，其速度幾乎達(dá)到此前的3倍（原紀(jì)錄由Google于去年6月創(chuàng)造，共運(yùn)行近158 天），總運(yùn)行時(shí)間縮短至59天10小時(shí)46分49.55秒。其中，基于4bit單元QLC閃存的Solidigm D5-P5316可用容量為530.1TB，測試中使用峰值為514.5TB，總讀取量為40.2 PB，寫入35.4 PB，總計(jì)數(shù)據(jù)吞吐量高達(dá)75.6 PB。該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Beeler表示：“QLC非常適合這類工作負(fù)載。它支持突發(fā)寫入和頻繁寫入，如果我們保持每天向每個(gè)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送接近30TB的數(shù)據(jù)寫入的節(jié)奏，每年的數(shù)據(jù)寫入將超過10PBW。事實(shí)證明，QLC SSD完全可以跟上計(jì)算速度，并在單個(gè)服務(wù)器中提供巨大的存儲(chǔ)密度。此外，在近60天的測試中，我們發(fā)現(xiàn)SSD耐用性的消耗幾乎可以忽略不計(jì)?！边@次的測試幾乎顛覆了絕大多數(shù)人對(duì)于QLC SSD的固有印象。

▲第四代QLC SSD在存儲(chǔ)密度提升的同時(shí)，還帶來了滿足散熱、邊緣化、非結(jié)構(gòu)化和云端化需求等多方面的優(yōu)勢和便利。

作為SSD的核心組件，NAND閃存經(jīng)歷了SLC、MLC、TLC、QLC四代演進(jìn)，每單元存儲(chǔ)數(shù)據(jù)從1bit發(fā)展到2bit、3bit、4bit。不過伴隨著每單元存儲(chǔ)位數(shù)增加，電壓變化也逐級(jí)遞增，而電壓頻繁切換會(huì)導(dǎo)致更多的錯(cuò)誤和更長的擦除時(shí)間，表現(xiàn)出來就是寫入速度更低、壽命更短、可靠性更差。尤其是在消費(fèi)級(jí)市場，多數(shù)消費(fèi)者對(duì)于SSD的選擇更傾向于TLC，而非QLC。所以此次新的圓周率計(jì)算世界紀(jì)錄誕生時(shí)，Solidigm D5-P5316作為一款QLC產(chǎn)品的表現(xiàn)，尤其是對(duì)于容量、成本、性能和耐用性的兼顧，著實(shí)令人感到意外。

QLC SSD整體性能大翻身？

無獨(dú)有偶，SK海力士收購Intel NAND閃存業(yè)務(wù)重組而來的Solidigm，很快又發(fā)布了同樣基于QLC閃存的全新企業(yè)級(jí)產(chǎn)品P5-D5430，再次引發(fā)了“QLC取代TLC”的話題討論。據(jù)悉，P5-D5430采用大連Fab 68工廠出品的192層堆疊3D QLC閃存芯片（該廠的QLC產(chǎn)品占40%以上），容量從3.84TB到30.72TB不等（E1.S款最大容量為15.36TB），128K順序讀寫速度最高為7GB/s和3GB/s，4K隨機(jī)讀寫速度最高達(dá)971K IOPS和120K IOPS。而且它還具備高達(dá)90％ IOPS一致性，以及大約6％的硬盤壽命可變性。簡單說就是整體的可靠性更趨于一致，讀寫表現(xiàn)也非常平穩(wěn)。

▲D5-P5430 30.72TB容量的產(chǎn)品預(yù)計(jì)今年下半年量產(chǎn)

從Solidigm的官方數(shù)據(jù)來看，相對(duì)其舉例的企業(yè)級(jí)TLC產(chǎn)品，P5-D5430在順序/隨機(jī)讀取性能上已經(jīng)趕超了前者，但它卻可以輕松實(shí)現(xiàn)更大的容量，以及最多14%的寫入壽命提升（相對(duì)固定的寫入負(fù)載下，對(duì)閃存擦寫壽命的消耗速度會(huì)隨容量上升而放緩）。也就是說，目前QLC產(chǎn)品唯一的弱勢之處，只剩寫入性能。而可能很多人想不到的是，QLC在企業(yè)和數(shù)據(jù)中心市場，寫入性能這一指標(biāo)在存儲(chǔ)設(shè)備采購考量中的優(yōu)先級(jí)，并沒有那么靠前。

▲QLC和TLC SSD各項(xiàng)性能的實(shí)例對(duì)比

Solidigm亞太區(qū)應(yīng)用工程部總監(jiān)翁昀表示，對(duì)于存儲(chǔ)設(shè)備，“除了關(guān)注性能參數(shù)，還要看一下實(shí)際的工作負(fù)載是什么樣的……一些AI模型在3年內(nèi)增長了1萬倍以上，高清電影的數(shù)據(jù)量比幾年前大9倍……數(shù)據(jù)讀寫方式在更多的使用場景里還是以讀為主。幾年前我和一家互聯(lián)網(wǎng)公司交流過，他們主流的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)里，讀7天，然后花一個(gè)晚上去做一些寫入，然后再讀7天，再花一個(gè)晚上寫入。在94%的企業(yè)級(jí)工作負(fù)載當(dāng)中，80%是讀，20%是寫。所以TLC SSD其實(shí)對(duì)于有些工作負(fù)載而言，并非最佳選擇?！?/p>

AI時(shí)代對(duì)存儲(chǔ)的需求到底是什么？

事實(shí)的確如此，甚至在AI時(shí)代“讀多寫少”會(huì)表現(xiàn)得更加明顯。我們知道，AI業(yè)務(wù)中除了個(gè)別業(yè)務(wù)場景主要針對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析外（例如消費(fèi)記錄、交易記錄等風(fēng)險(xiǎn)控制、趨勢預(yù)測場景），大多數(shù)場景需要處理的是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，例如圖像識(shí)別、語音識(shí)別、自動(dòng)駕駛等，這些場景通常使用的是深度學(xué)習(xí)算法。

這也就意味著AI時(shí)代，存儲(chǔ)領(lǐng)域面臨四大挑戰(zhàn)。

一是容量需求。人類社會(huì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量正在以驚人的速度增長，預(yù)計(jì)到2025年全球每天將創(chuàng)建約463EB數(shù)據(jù)。5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用源源不斷地催生了大量數(shù)據(jù)流，它們各自提出了深度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和隨機(jī)速度的要求。

二是海量小文件。由于訓(xùn)練任務(wù)需要的文件數(shù)量都在幾億到十幾億的量級(jí)，所以存儲(chǔ)需要能承載幾十億甚至上百億的文件數(shù)量。同時(shí)，由于很多訓(xùn)練模型都是依賴于圖片、音頻片段、視頻片段文件，而這些文件的大小大部分都是在幾KB到幾MB之間。

三是讀多寫少。AI環(huán)境的數(shù)據(jù)特點(diǎn)是讀多寫少，以視覺識(shí)別為例，它需要加載數(shù)千萬甚至上億張圖片，針對(duì)圖片使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、ResNet等算法，生成識(shí)別模型。完成一輪訓(xùn)練后，為了減少圖片輸入順序的相關(guān)性對(duì)訓(xùn)練結(jié)果帶來的影響，會(huì)將文件次序打亂之后，重新加載，訓(xùn)練多個(gè)輪次。這就意味著每個(gè)輪次都需要根據(jù)新的順序加載數(shù)千萬乃至上億張圖片，因此對(duì)于存儲(chǔ)的高吞吐、低延時(shí)提出了更高的要求。

四是可靠性。比如AI業(yè)務(wù)不同環(huán)境的數(shù)據(jù)組織方式不可控，很有可能用戶會(huì)將大量文件存放在同一個(gè)目錄，容易導(dǎo)致多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)在訓(xùn)練過程中同時(shí)讀取這一批數(shù)據(jù)，這個(gè)目錄所在的元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)就會(huì)成為熱點(diǎn)。那么目錄熱點(diǎn)讀取的可靠性，存儲(chǔ)介質(zhì)在讀取狀態(tài)下的均衡性和平穩(wěn)性就需要有所保障。

QLC產(chǎn)品總體擁有成本的巨大優(yōu)勢

其實(shí)一言以蔽之，大數(shù)據(jù)時(shí)代，或者說企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型或是AI業(yè)務(wù)發(fā)展等多種需求下，多數(shù)場景存儲(chǔ)的工作負(fù)載都處于“讀多寫少”的狀態(tài)。在大部分場景中，如預(yù)訓(xùn)練任務(wù)只讀取文件，中間很少產(chǎn)生中間數(shù)據(jù)，即使產(chǎn)生了少量的中間數(shù)據(jù)，也是會(huì)選擇寫在本地，很少選擇寫回存儲(chǔ)集群。Solidigm援引相關(guān)數(shù)據(jù)指出，2020~2023年全球范圍出貨的數(shù)據(jù)中心級(jí)SSD，大約85％的每日全盤寫入次數(shù)（DWPD）還不到1，甚至大多數(shù)SSD都不會(huì)有DWPD的評(píng)級(jí)。

▲對(duì)比全TLC陣列，以D5-P5430組成的7PB存儲(chǔ)方案總體擁有成本更低。

此外，Solidigm D5-P5430產(chǎn)品具備U.2 15mm、E1.S 9.5mm和E3.S 7.5 mm等多種接口規(guī)格，最大容量達(dá)到30.72TB（將于年末推出），可以憑借大容量低成本的優(yōu)勢，更好地滿足非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求。對(duì)比7PB全TLC陣列對(duì)象存儲(chǔ)解決方案，它可以直接縮減一半的固態(tài)硬盤和服務(wù)器需求，降低18%的電力成本和33.3%的機(jī)架占地面積，功率密度提升26%，企業(yè)總體擁有成本降低27%。至于混合陣列方案，D5-P5430相對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢則更加顯著，總體擁有成本降低多達(dá)39%。Solidigm亞太區(qū)銷售總監(jiān)倪錦峰還透露，“可持續(xù)性方面，HDD的年失效率現(xiàn)在是很高的，差不多在3%左右，這會(huì)導(dǎo)致后續(xù)廢物處理的很多挑戰(zhàn)，但是我們的SSD承諾的年失效率是0.44%，實(shí)際使用要比這個(gè)值低很多。也就是說（使用我們的QLC SSD）除了能減輕運(yùn)維壓力，后續(xù)廢棄物處理的麻煩也會(huì)少很多?！?/p>

▲對(duì)比HDD+TLC SSD陣列的話，QLC整體成本優(yōu)勢更加突出。

寫在最后

隨著5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和AI技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化變革浪潮已是席卷各行各業(yè)，數(shù)據(jù)生成和存儲(chǔ)需求呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長態(tài)勢，這也使得存儲(chǔ)技術(shù)必須不斷發(fā)展才能跟上新的工作負(fù)載和需求轉(zhuǎn)變。在QLC SSD剛推出的時(shí)候，許多存儲(chǔ)廠商都將首發(fā)目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了企業(yè)級(jí)市場，而不是消費(fèi)級(jí)，原因就在于3D NAND技術(shù)通過堆棧更高的層數(shù)，可以輕松實(shí)現(xiàn)更大的存儲(chǔ)密度，因此QLC顆粒的優(yōu)勢更適合大容量數(shù)據(jù)盤。

而如今通過最新的QLC產(chǎn)品，我們看到除了在帶寬、讀取性能、整體可靠性和耐用性等核心性能方面，QLC SSD在部分表現(xiàn)上已經(jīng)追上TLC產(chǎn)品，還憑借著更高的存儲(chǔ)密度，可以輕松實(shí)現(xiàn)容量和成本上的優(yōu)勢。對(duì)于需要平衡性一切因素和性價(jià)比的企業(yè)級(jí)市場來說，QLC產(chǎn)品無疑是更好的選擇。因此，我們也看到包括京東、阿里、聯(lián)想、戴爾在內(nèi)的一眾科技巨頭，都已經(jīng)開始成規(guī)模地選用QLC產(chǎn)品。而隨著SSD糾錯(cuò)技術(shù)的不斷迭代，QLC的可靠性也會(huì)越來越高，甚至我們可以期待，如果未來QLC產(chǎn)品在價(jià)格上與TLC拉開足夠的差距之后，QLC會(huì)真正迎來逆天改命的新局面，在消費(fèi)市場也唱響屬于它的主旋律。