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3D NAND和SSD

2019年8月27日  来源:阿明观察 作者: 提供人:ganjiu87......

7、3D NAND技术:开始技压磁盘群雄

3D NAND的出现,对整个闪存界都带来了很大的机会。相对于2D NAND,3D NAND的好处还是明显的。

广义地说,磁盘的对立面应该是用户长期发展以来出现的创新业务带来的IT 挑战。业务在变,自然驱动为业务助力的IT系统、架构、模式都在发生新的转变。能够满足用户业务变化,创新的存储解决之道自然就会成为传统磁盘存储的对立面。但事务发展不是绝对的对立存在,而是在相互对立的发展过程中,呈现出创新方案对传统方案的逐渐取代。从行业整体发展趋势来看,这是一个渐进的过程。从每个用户的实际应用来看,这又是一个迫在眉睫的事情。

回顾过往,存储技术每次大的革新,都是来自用户内部需求变迁的驱动。大趋势如此,那么从3D NAND本身的技术特性和成熟度来分析,逐渐呈现出来一种更优于之前 2D NAND成本考量的闪存,有望催化闪存获得新一轮的对磁盘介质的替换过程。

从最新的技术架构来看,现在3D NAND常见的分为VC垂直通道、VG垂直栅极两种架构。架构不同,对于3D NAND的可靠性设计略有一点区别,但闪存的本质是没有区别的。因为毕竟是采用堆栈来扩大单位面积上的闪存容量大小的,目前业界知名的闪存厂商采用了32层堆栈、48层堆栈模式,层数越多,对于闪存可靠性要求的挑战越高。

不过,东芝和WD近两三年来纷纷宣布,已经成功研发并推出64层堆叠的3D NAND Flash,制程工艺当然也受到了巨大的考验,计划将于2017年上半年开始量产。

作为NAND Flash大厂,三星传出消息说将抢先在2016年底前开始量产64层3D NAND。但实际上到了2017年才真正实现。

我们在喜看盖楼大赛的3D NAND制造之余,有多少人会考虑其品质,特别是可靠性和稳定性。另外,相信64层3D NAND更多将首先应用在消费类市场,在企业级市场恐怕还得再等等才有希望。至于128层3D NAND,那我们可以翘首以待了。

因此,我们需要一种对待闪存产品品质严肃的态度,才能真正推出利于用户实际应用的高品质闪存产品(SSD)。

可见,我们还是需要希望三星、SK Hynix、东芝、闪迪、Intel、美光这六大闪存颗粒厂商,当然闪迪后来被收购了。大家一起并进,才可以提供稳定、可靠、安全的3D NAND,而不是相互盖楼相互捧杀。

同时,一味追求闪存容量、价格与磁盘的PK,这应该是一种非常危险的思路。

磁盘会不会消失,不是闪存过渡的穷追猛打就可以实现的,最终还是由用户大规模的长期应用来验证。

因此,我们在看到闪存阵列替代传统磁盘阵列的一些用户中,呈现出来了大家希望看到的闪存发展趋势。然而也会因为闪存阵列里面采用的SSD配件质量与品质出现问题而大打折扣,有时候我们寄望于闪存软件算法以及固件优化来促进SSD在系统中的整体品质提升,可是,这就好比一个想练就绝世武功的高手,如果只是强调内功(闪存优化算法等软件功能),没有强大过硬的底层高品质芯片与制造工艺技术的强大支撑,绝世武功那也只是一个幻想而已。

内功与外功同步勇猛精进,相信闪存不仅可以得到更佳的价格成本,也同时将获得更可靠、更稳定的性能,从而也在容量上获得新的突破,进而进一步逼近传统HDD的水平。甚至超越HDD,这不是没有可能的。

但在闪存超越HDD传统磁盘之前,最需要做的事情还是在提升性能与容量的同时,实现稳定性、可靠性与安全性的整体抬升。

与此同时,3D NAND正在引发存储大变局。

之前,闪存因高昂的成本问题备受业界和用户争议,3D NAND技术的演进与应用的兴起,引发存储跨越闪存临界点,正在将存储行业推向另一个时代。

来自Wikibon2014年发布的数据显示,在未来接下来的5年时间里,SSD每GB成本将会继续下降,到了2023年左右,SSD每GB单位成本将与HDD持平。其中最大的功劳当然是来自3D NAND的全面量产推动力。

甚至有更乐观的业内人士分析认为,从TCO对比来看,未来SSD有望达到甚至低于HDD。

可见,比较SSD与HDD成本不仅能只是看采购价格,需要从TCO上去考量才更能说明问题。

在3D NAND技术的推动下,使得闪存也愈加符合摩尔定律,每一年半后可以用同样价格买到双倍容量。

3D NAND采用多层堆叠降低颗粒的成本,最早是三星在2015年研发出32层堆叠的3D NAND产品。大家都知道,到了2016年,包括三星、美光、Intel、SK海力士、东芝、西部数据(SanDisk)在内的所有全球闪存颗粒顶级厂商都有了32层堆叠的3D NAND产品。

在3D NAND发展的大趋势下,存储厂商帮助用户将存储性能提升与TCO降低获得了前所未有的平衡。

为此,我们也看到全球富有代表性的企业级存储厂商如HPE、NetApp、Dell EMC、Hitachi Vantara等等,相继宣布支持采用3D NAND技术来升级存储阵列,并且市面上也可以看到来自这些存储厂商采用了3D NAND的存储阵列产品。从而可以为企业级用户提供基于闪存配置的高性能存储,相较于传统磁盘存储有着前所未有的性能与成本平衡。

不仅闪存因3D NAND而改变,存储阵列因3D NAND而改变,而且云计算领域也因3D NAND而正在发生改变。

8、2016年:SSD全球市场“血肉横飞”

来自IDC 2016 Gloable Enterprise SSD Market Share的数据显示,Samsung三星占据了企业级SSD全球市场收入的32.5%份额,居于绝对领先的地位;排名老二的英特尔全球企业级SSD市场收入只占到了总体市场的20.6%份额。后面第三名WD西部数据18.2%,第四名Toshiba东芝7.5%,第五名SanDisk闪迪2.7%,第六名建兴(LITEON)2.1%,第七名Micron美光1.9%,其他品牌份额占到14.5%。

因此,从IDC2016年全球企业级SSD市场收入数据来看,英特尔已经从2015年的23%下降到了20.6%,下降了2.4个百分点,但是Samsung三星却是一路凯歌,从2015市场份额只有18%,到2016年飙升到了32.5%,攀升了24.5个百分点,与英特尔的市场份额差距进一步拉大。

如果只是看企业级市场收入份额对比还不能完全说明问题,要看到SSD整体的体量,那么需要公布一下IDC2016年全球SSD市场规模变化数据。

2016年全球SSD市场规模达到了169亿美金,这个数字来得比较真实。其中:Samsung三星的企业级SSD和消费级SSD加在一起,占据了39.6%的市场份额,这可是真金白金的SSD市场收入数据哦,并且相比去年同期增长了25.3%。后面排名第二WD13.6%,相比去年同期增长132.3%。排名第三Intel12.2%,相比去年增长14.9%。排名第四Toshiba东芝7,相比去年增长114.2%。排名第五建兴(LITEON)4.7%,相比去年增长113.6%。Micron美光4%左右,相比去年下滑14%,也是唯一一个SSD市场收入下滑的闪存厂商。

随后2016年Samsung的3D NAND率先引领整个芯片市场,成为市场佼佼者,同时也是64层堆叠的3D NAND的第一个量产厂商。因此,3D NAND领域的拼杀还是非常猛烈的。

没想到SK海力士官方网站在2016年10月25日报道其2016Q3情况时,就抖露出来了可靠消息,SK公司将在2017年上半年完成72层3D NAND的开发,从2017年下半年开始将对其批量生产。

若按计划进行,SK海力士将成为全球第一个量产72层3D NAND的闪存芯片厂商。在与三星、美光的3D NAND拼杀中,SK海力士可望在72层3D NAND的闪存芯片生产制造上处于领先地位。

但是,到目前为止,我们还是没有看到SK海力士72层3D NAND量产的消息。

当然,这是我们依据SK海力士官方消息的猜测,到底最后谁将成为3D NAND领域的最大赢家,目前还不能完全确定,毕竟3D NAND的应用也才刚刚开始,即便SK海力士第一个开发并量产72层的3D NAND,但产能将会如何,成本控制将会如何,可靠性稳定性将会如何,目前都还是一个秘。

不过,据说三星也有96层的3D NAND投入研发了,只是没有可靠消息透露出三星具体量产时间将会在什么时候。甚至还有消息说三星也在觊觎128层3D NAND的技术研发。不管是否属实,但这足以让大家兴奋不已了。

当然,在3D NAND领域三星与SK海力士相互之间的PK由来已久,也就不足为奇了。

因为三星、海力士等闪存厂商在3D NAND量产上的速度加快,所以也导致了一段时间NAND供货紧张。

“站在一边看戏”的美光高层透露说,之前NAND缺货,主要是工厂转型造成,3D NAND生产周期比2D NAND长。随着2D NAND到3D NAND的工厂生产转型成熟,供货产能也会得到更好保障。

看到全球发展趋势来看,NAND比DRAM的增长还是会更高。未来,NAND整个市场趋势还是会表现不错。

有趣的是,即便在性能要求很高的企业级领域,SATA接口依然是绝对主流,占比反而还有所提升,接近了80%,SAS、PCI-E仍旧十分小众。因而只是从接口类型来看,SATA接口的SSD依然独领风骚。

9、2017-2018年:SSD开始撬动整个地球

来自老美的一篇好似预测的文章指出,企业级SSD将在2017年存在8大趋势,然而,在阿明看来,不仅仅是这8大趋势,更大的影响在于,随着企业级SSD在企业用户关键业务应用方面的深入,正在颠覆整个存储世界。

全球存储简史(第二版)

或许,还有人记得科技博客作者ROBIN HARRIS在他的一篇名为《The storage tipping point》文章里面提到了闪存、SSD方面的深刻问题。“I/O堆栈的50年——以磁盘为基础,后发展为RAID——现在已经一去不复返。”这一切已经成为共识。

当然,客观地说,HDD技术使用了50多年,不会一夜之间消失,但这个行业必须发生改变。因为企业级SSD应用已经成为越来越令企业用户感到了好处大过弊端。

曾经被人预测2016年企业级SSD或将出现几大趋势,到底都印证了哪些呢?我们可以从这些印证中来说明企业级SSD的影响力与意义。

正如当时2015年被人预测的那样,2016年全闪存数据中心确实已经出现。

全球存储简史(第二版)

不过,我似乎记得最早提出全闪存数据中心概念的应该是SanDisk,来自于SanDisk的一位高层撰写的一篇文章,推崇全闪存数据中心将是大趋势。虽然我们没有看到SanDisk去成功构建全闪存数据中心的案例。但是,作为闪存领域的后生,中国国内的某企业级闪存厂商已经成功帮助某云构建了以PCIe SSD为基础的存储平台,当然,这样也可以方便云供应商为用户提供纯闪存化的存储服务。

这里的全闪存数据中心并非是采用全闪存阵列配置的数据中心,而是存储介质全部采用企业级SSD的方式。这就是SDS成为2016年的存储热点之一原因所在。

不仅如此,我们也看到国内不少企业级用户开始越来越多采用全闪存阵列,甚至如HPE、戴尔等诸多在闪存阵列开发与利用走向普及化的厂商来看,企业级SSD的价格与HDD相比,如果按照TCO和采购成本分别对照,都已经纷纷靠近或者甚至前者低于后者。

为此在2016年底左右,老美也有文章在预测企业级SSD趋势中指出了全闪存的软件定义存储将成为一个新潮流,这里谈到了SDS,更多的原因在于以VMware、Nexenta以及开源的Ceph等等在大行其道。

与此同时,阿明也看到了不少国内SDS领域的初创公司如雨后春笋般的成长。这都让业内人士感受到了企业级SSD的普及趋势使然,全闪存的数据中心从此也将进入更多的用户领域。再说也已经有国外企业用户将企业级SSD作为了数据归档的方式,这一切都证明了企业级SSD与HDD之间的关系发生了翻天覆地的变化。

10 全闪存启示:谨慎小心到底为什么?

对于传统企业级存储的综合厂商比如IBM、Dell EMC、HPE、NetApp等,全闪存阵列只是他们其中一条创新的产品线,当全球全闪存阵列市场规模接近50亿美金的时候,这条创新存储产品线也就慢慢成为了他们的主打的产品了。

正因为这类厂商具备企业级存储的综合解决方案,甚至包括数据中心、混合云的整体解决方案设计与部署以及运维能力,因而更容易切入企业级用户市场的具体需求之中,从而赢得企业级用户的实际应用机会自然会比较多。

相对来说,Violin Memory、Pure Storage、Nimble Storage等一味专注全闪存的创新公司,产品更多聚焦全闪存,解决方案综合能力明显会比传统企业级存储厂商薄弱,包括市场拓展与覆盖能力以及渠道与服务能力都会比传统企业级存储厂商要弱,但他们的优势在于打破传统企业级存储的再创新。正因为他们的努力,才带动了整个全闪存阵列市场的启动、发展与快速增长。

毕竟从规模、体量、用户熟悉度、服务能力等综合因素来看来考量,创新公司的发展自然会受到很多挑战与阻力。这也是Violin Memory、Pure Storage、Nimble Storage等创新公司从当初的明星存储公司走向IPO之后,依然会面临退市的尴尬境地。好的去处也就是被合适的综合性企业级IT厂商收购,最终也会变成综合性企业级IT厂商的一条产品线而已。

既然这个全闪存市场已经处于非常活跃的状态,加上三星、美光、SK海力士三大3D NAND供应商的不断创新,可靠消息称64层3D NAND芯片在2017年下半年也将得到量产,甚至我们也看到有闪存卡厂商预计在2017年也将发售20TB的单卡容量产品的消息。这一切都在带动全闪存阵列市场再次成为企业级存储的聚焦点。

这一切都是存储技术本身发展的结果,但是,在中国市场上,也有不少国产存储厂商对外传出消息说正在或者即将推出自研的全闪存阵列产品,具体厂商名字这里就不点名了,相信大家都有耳闻啦。

由此可见,全闪存的漩涡似乎已经将所有触及企业级存储的国内外厂商全部带入了!

可是,不要忘记了,稳定性、性能、价格、扩展性这四大要素对于全闪存的考验。

不以应用为目的的全闪存都将迅速成为历史。首先考虑企业级用户的应用,那么就需要在稳定性上打磨很长一段时间。性能方面按照当前市场上存在的全闪存阵列的架构似乎每个人都很容易达到。但是要将性能与稳定性、扩展性同时最佳结合,就并非易事了。3D NAND技术的演进虽然可以在很大程度上降低全闪存阵列的整体价格,但是闪存软件优化也对价格起到很重要的作用。也就是说,不能将全闪存作为一个孤立的存储产品来看,而是需要作为一个整体的解决方案来对待。在企业级存储功能与用户最为关注的稳定性、扩展性方面狠下功夫,这对于后来者才有出头的可能。

倘若我们只是在全闪存阵列发展上患得患失,或者抱有“投机主义”,都是不可取,也难以真的可以成气候的。与其跟风,不如静下来安心做好稳定性这一重要方面,然后逐步丰富企业级功能,扩展产品的性能与功能的大融合。但这样的路线却不是一年两年可成的,“耐得住寂寞,经得住诱惑”,方能成大事。

既然我们都已经被这股全闪存漩涡的引力拉入了,倒不如就此沉下去,做一个全闪存发展史上的“鹅卵石”,找好自己的位置,踏踏实实地铺路不也是一种成功么?

需要指出的是,IDC对于全闪存阵列AFA所定义的后两种类型,是否更适合国内存储厂商去考量一番呢?纯硬全闪最终也要融入到整体的解决方案中来,与其在纯硬设计上耗费精力,不如选择一条更为中庸一点的发展路线。原生混合阵列不是不可能发展壮大的,特别是针对中国企业级存储用户的多样化需求的实际情况下,或许这才是一条更合适的发展道路。

综合分析来看,即便全闪存阵列这股强大的漩涡足以牵入全部的企业级存储厂商,即便闪存终究会替代传统存储介质,但是一味专注单一的产品革新终究得不到长久的独立发展。可见,全闪存阵列也将成为企业级存储领域的一个新生态。于上于下,于左于右,在新生态的作用下,全闪存阵列才能真正成为企业级存储的未来栋梁。

末了,还是那句老话:2017,注定是一个全闪存的不平凡之年。

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