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揭秘美光高端9300系列NVMe SSD,黑匣子里用了哪些存储技术?

作者:王莹时间:2019-04-29来源:收藏

        不久前,美光科技宣布推出面向云和企业级市场的高性能美光 9300 系列NVMe ,助力需要大容量和高性能的应用更快地访问数据。其突出特点如下。

本文引用地址:article/201904/400068.htm

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        · 提供业界最低的平均写入延迟,实现对数据的近实时访问;

      · 该系列 3.5GB 每秒的持续读写性能为850,000 读取和 310,000 写入输入/输出(IOPS),加快了应用的响应和学习速度;

      · 最高容量可达 15.36TB,最多可创建 32 个 NVMe 命名空间,有效地满足企业不断增长的存储需求。

      为此,电子产品世界等媒体采访了美光科技企业级固态硬盘高级产品经理Cliff Smith和亚太区解决方案架构总监See Ghee Tan(陈诗义)先生。

      1  9300的特点及支撑技术

      问:相比竞争对手,美光9300的优势是什么?

      答:效率更高,但耗电更少。例如,美光 9300 系列在读取和写入性能上提供了不打折扣的性价比,它的读取功能和竞品水平相当,但在写入方面更具优势,成本更低;另外 9300 还提供较低的功耗、较高的性价比和最领先的性能。

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      问:哪些NAND技术支撑了此次推出的产品?

      答:主要有三种关键产品和技术:3D,TLC和CuA。

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图 美光在闪存方面的里程碑

      · 在闪存方面,目前已经发展出了 3D NAND 技术。相比2D,3D就是存储的空间从单层的房子变成了高楼,不同的架构可以进行叠加。

      · 另一方面,从 SLC (Single Level Cell),到 MLC (Multi Level Cell),到 TLC (Triple Level Cell),再到如今的 QLC (Quad Level Cell) 。这个类比可以想象为一层从只能容纳一个住户,发展到一层能容纳四个住户。或者可以用玻璃杯倒水来举例,假设我们往杯子里倒入的是电子媒介,如果是 SLC 的话,就像玻璃杯只有两种状态:空和满;MLC 就会有更多状态,可以是 0、1/3、1/2、或者1;TLC 还可以调到更精细的级别,这样成本会更低。

      · 为了继续提升密度,美光又推出了 CuA (CMOS under Array) 架构——不同的闪存配置需要逻辑电路来控制,我们可以把逻辑控制电路想象成家里的停车场,以前停车场在房子外面。闪存设计变成 3D NAND 以后,美光把CMOS 逻辑控制电路放到 NAND 下面,好比把停车场搬到地下。因而产品得以优化,在更小的尺寸里做到更大的容量,提升了性价比。

具体地,你想进入某个停车场,外面需要有通往停车场驾驶的一条道路,叫外联的部分。CuA就像是用来指导这辆车该往哪停,例如你是大车就到三层,小车就到五层,因此CuA就像停车场里的电梯。

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      2  容量、成本和性能的平衡

      问:如何平衡存储容量和成本?

      答:不同级别的 NAND 的价格也不一样,美光通过不同的方案,让客户选择最适合其需求的 NAND。从 SLC 到 QLC,肯定有降成本的效应。例如 QLC 的速度相对较慢,那么就会将它提供给对速度要求没有那么高的客户。

      除了对 SLC、QLC、TLC 等不同组合的运用,美光也通过 CuA架构,把体积缩小,这也是美光降低成本的方法之一。因此最终找到一个平衡点。

       问:提到SLC 和 QLC等性能不同。数据中心会用到各种各样的存储,根据这些不同的性能,在分层存储技术后面有没有风险?

       答:SLC 现在还有,但是比较少,主要是成本的原因,SLC 技术推出的时候,当时人们对于工作负载的理解深度不够,最开始提出的都是 25 盘写的需求。之后推出 MLC,大家也从更深的角度去理解这些需求,之后把这个需求往下调,调到 10 盘、5 盘,现在甚至降低到 3 盘、单盘的写入需求。

      9300 推出以后,单盘写的需求就比较多了。整个过程是对实际应用的工作负载加深理解,和优化了性能和成本。

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      的容量和类型选择

      问:如何选择数据中心用的SSD?

      答:当 MLC 推出的时候,人们觉得 MLC 不可能取代 SLC,但是后来事实证明 MLC 取代了 SLC。可见,通过技术的不断演进,未来出现的技术会替代之前的技术。因此,我们怎么去了解客户的应用场景非常重要。

      海量的数据也分成很多不同的层面,有温数据、热数据和冷数据,从企业级产品线来看,我们一般会推荐客户在热数据上用 NVMe;如果是冷数据,通常只有访问不再写入,可以存在5210 QLC SSD(如下图),使操作管理更加简单,这是我们跟客户一起研究的可行的应用情景。在机器学习领域,我们也发现,机器学习很多时候是写一次读一千次,机器需要不断的学习,这也导致 NVMe SSD 需求的增长。 

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图 美光的云/企业级产品

      问:NVMe 固态硬盘为何发展速度快?会取代传统的SATA 和 SAS 产品吗?

      答:在存储业,新技术在不断推出,但老的技术并没有完全退出历史舞台。一些新的应用是 SAS 和 SATA 无法支持的,所以市场新增长的部分是 NVMe 比较多,而且增速较快。

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      但 SAS 和 SATA 并没有消失,仍然会支持一些传统的低密度应用。因为传统低密度应用对于 NVMe 来说利用率太小了,那种传统低密度应用好比只有一个单元的房子,而 NVMe 更像是一座城市,所以不会用 NVMe 去解决只需要用 SATA 和 SAS 就能解决的传统应用。 

      4  SSD的开发进程不受价格波动影响

      问:近期闪存价格的波动,对 SSD 的开发进程有什么影响吗?

      答:我们更加关注产品,做的事情是找到客户的需求,在正确的时间给客户提供他们所需要的产品。

      存储行业,尤其是企业级存储的大趋势是市场将不断扩大,尽管短时间内有价格上的上下波动,最终还是往大的趋势去走(如下图)。

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关键词: 固态存储 SSD

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