揭秘美光高端9300系列NVMe SSD，黑匣子里用了哪些存儲技術？

        不久前，美光科技宣布推出面向云和企業(yè)級市場的高性能美光 9300 系列NVMe SSD，助力需要大容量和高性能的應用更快地訪問數(shù)據(jù)。其突出特點如下。

        · 提供業(yè)界最低的平均寫入延遲，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的近實時訪問；

      · 該系列 SSD 3.5GB 每秒的持續(xù)讀寫性能為850,000 讀取和 310,000 寫入輸入/輸出（IOPS），加快了應用的響應和學習速度；

      · 最高容量可達 15.36TB，最多可創(chuàng)建 32 個 NVMe 命名空間，有效地滿足企業(yè)不斷增長的存儲需求。

      為此，電子產(chǎn)品世界等媒體采訪了美光科技企業(yè)級固態(tài)硬盤高級產(chǎn)品經(jīng)理Cliff Smith和亞太區(qū)解決方案架構總監(jiān)See Ghee Tan（陳詩義）先生。

      1  9300的特點及支撐技術

      問：相比競爭對手，美光9300的優(yōu)勢是什么？

      答：效率更高，但耗電更少。例如，美光 9300 系列在讀取和寫入性能上提供了不打折扣的性價比，它的讀取功能和競品水平相當，但在寫入方面更具優(yōu)勢，成本更低；另外 9300 還提供較低的功耗、較高的性價比和最領先的性能。

      問：哪些NAND技術支撐了此次推出的產(chǎn)品？

      答：主要有三種關鍵產(chǎn)品和技術：3D，TLC和CuA。

圖 美光在閃存方面的里程碑

      · 在閃存方面，目前已經(jīng)發(fā)展出了 3D NAND 技術。相比2D，3D就是存儲的空間從單層的房子變成了高樓，不同的架構可以進行疊加。

      · 另一方面，從 SLC (Single Level Cell)，到 MLC (Multi Level Cell)，到 TLC (Triple Level Cell)，再到如今的 QLC (Quad Level Cell) 。這個類比可以想象為一層從只能容納一個住戶，發(fā)展到一層能容納四個住戶?；蛘呖梢杂貌ＡП顾畞砼e例，假設我們往杯子里倒入的是電子媒介，如果是 SLC 的話，就像玻璃杯只有兩種狀態(tài)：空和滿；MLC 就會有更多狀態(tài)，可以是 0、1/3、1/2、或者1；TLC 還可以調(diào)到更精細的級別，這樣成本會更低。

      · 為了繼續(xù)提升密度，美光又推出了 CuA (CMOS under Array) 架構——不同的閃存配置需要邏輯電路來控制，我們可以把邏輯控制電路想象成家里的停車場，以前停車場在房子外面。閃存設計變成 3D NAND 以后，美光把CMOS 邏輯控制電路放到 NAND 下面，好比把停車場搬到地下。因而產(chǎn)品得以優(yōu)化，在更小的尺寸里做到更大的容量，提升了性價比。

具體地，你想進入某個停車場，外面需要有通往停車場駕駛的一條道路，叫外聯(lián)的部分。CuA就像是用來指導這輛車該往哪停，例如你是大車就到三層，小車就到五層，因此CuA就像停車場里的電梯。

      2  容量、成本和性能的平衡

      問：如何平衡存儲容量和成本？

      答：不同級別的 NAND 的價格也不一樣，美光通過不同的方案，讓客戶選擇最適合其需求的 NAND。從 SLC 到 QLC，肯定有降成本的效應。例如 QLC 的速度相對較慢，那么就會將它提供給對速度要求沒有那么高的客戶。

      除了對 SLC、QLC、TLC 等不同組合的運用，美光也通過 CuA架構，把體積縮小，這也是美光降低成本的方法之一。因此最終找到一個平衡點。

       問：提到SLC 和 QLC等性能不同。數(shù)據(jù)中心會用到各種各樣的存儲，根據(jù)這些不同的性能，在分層存儲技術后面有沒有風險？

       答：SLC 現(xiàn)在還有，但是比較少，主要是成本的原因，SLC 技術推出的時候，當時人們對于工作負載的理解深度不夠，最開始提出的都是 25 盤寫的需求。之后推出 MLC，大家也從更深的角度去理解這些需求，之后把這個需求往下調(diào)，調(diào)到 10 盤、5 盤，現(xiàn)在甚至降低到 3 盤、單盤的寫入需求。

      9300 推出以后，單盤寫的需求就比較多了。整個過程是對實際應用的工作負載加深理解，和優(yōu)化了性能和成本。

      3  SSD的容量和類型選擇

      問：如何選擇數(shù)據(jù)中心用的SSD？

      答：當 MLC 推出的時候，人們覺得 MLC 不可能取代 SLC，但是后來事實證明 MLC 取代了 SLC。可見，通過技術的不斷演進，未來出現(xiàn)的技術會替代之前的技術。因此，我們怎么去了解客戶的應用場景非常重要。

      海量的數(shù)據(jù)也分成很多不同的層面，有溫數(shù)據(jù)、熱數(shù)據(jù)和冷數(shù)據(jù)，從企業(yè)級產(chǎn)品線來看，我們一般會推薦客戶在熱數(shù)據(jù)上用 NVMe；如果是冷數(shù)據(jù)，通常只有訪問不再寫入，可以存在5210 QLC SSD（如下圖），使操作管理更加簡單，這是我們跟客戶一起研究的可行的應用情景。在機器學習領域，我們也發(fā)現(xiàn)，機器學習很多時候是寫一次讀一千次，機器需要不斷的學習，這也導致 NVMe SSD 需求的增長。 

圖 美光的云/企業(yè)級產(chǎn)品

      問：NVMe 固態(tài)硬盤為何發(fā)展速度快？會取代傳統(tǒng)的SATA 和 SAS 產(chǎn)品嗎？

      答：在存儲業(yè)，新技術在不斷推出，但老的技術并沒有完全退出歷史舞臺。一些新的應用是 SAS 和 SATA 無法支持的，所以市場新增長的部分是 NVMe 比較多，而且增速較快。

      但 SAS 和 SATA 并沒有消失，仍然會支持一些傳統(tǒng)的低密度應用。因為傳統(tǒng)低密度應用對于 NVMe 來說利用率太小了，那種傳統(tǒng)低密度應用好比只有一個單元的房子，而 NVMe 更像是一座城市，所以不會用 NVMe 去解決只需要用 SATA 和 SAS 就能解決的傳統(tǒng)應用。 

      4  SSD的開發(fā)進程不受價格波動影響

      問：近期閃存價格的波動，對 SSD 的開發(fā)進程有什么影響嗎？

      答：我們更加關注產(chǎn)品，做的事情是找到客戶的需求，在正確的時間給客戶提供他們所需要的產(chǎn)品。

      存儲行業(yè)，尤其是企業(yè)級存儲的大趨勢是市場將不斷擴大，盡管短時間內(nèi)有價格上的上下波動，最終還是往大的趨勢去走（如下圖）。