精選文章

[新聞|產業] 大型企業儲存廠商面臨市場寒冬

大部份的儲存系統大型製造商在將要過去的 2016 年都不太好過;不過,這究竟只是另一個寒冬,還是根本就是冰河期的開始?春天還會不會來呢?在即將步入 2017 年的這個時候,這些儲存廠商的心裡只怕是五味雜陳吧! 根據最新的 IDC 全球企業儲存系統追蹤季報 (IDC World...

2012年3月22日

[企業儲存觀察室] 固態儲存的未來出現陰影?

最近在固態儲存上出現了很有趣的現象,有好壞兩極化的消息!

首先是來自於儲存廠商的。儲存大廠 EMC 在去年的 EMC World 發表了「閃電計劃」(Project Lighting),今年稍早時 EMC 則正式發表了這個產品,稱之為 VFCache,EMC 是第一個跨入這個領域的儲存廠商;另外根據某些網路上的消息來源,「據稱」另一家儲存廠商 NetApp 也在發展類似的產品,並且已經接近完成。如果再加上市場上原有的廠商,如 Fusion-io 等,那麼這類 PCIe 的固態儲存產品今年「應該」會被炒得很熱!

固態儲存相較於傳統磁盤式硬碟,其資料存取效能上的差異相當明顯,再加上在能源消耗上的節省,除了成本之外,固態儲存的優勢相當明顯。也因此除了上述的 PCIe 固態儲存外,其它的固態儲存,像是磁碟儲存系統上的快閃快取記憶體 (Flash Cache),快閃記憶體陣列 (Flash Array),或是以一般硬碟型式存在的固態硬碟在市場上都相當的熱門,一時之間,固態儲存已經成了儲存產業的明日之星。

但在另一方面,最近有一份研究報告引起了業界人士的關心與討論,這份報告顯示當快閃記憶體的體積持續縮小時,將會使資料存取效能出乎意料的降低。

領導這項研究的 Laura Grupp 是加州大學聖地牙哥分校的博士研究生,根據這份研究報告顯示,因為 NAND 快閃記憶體的密度增加,會產生像是讀取與寫入的延遲,以及資料錯誤等問題。這是由於電路的尺寸在縮小,使得單元保存電子的牆也變小,電子也就是代表著資料的位元。因為單元的牆變薄,電子會溢出而產生資料錯誤,因此需要更多的錯誤修正碼。

這份研究結果為固態儲存的未來發展前景蒙上陰影。

包括來自 UCSD 非揮發性系統實驗室與微軟研究院的研究人員,測試了來自六家廠商 45 種不同的 NAND 快閃記憶體晶片,這些晶片的大小從 72 奈米電路到今天最新的 25 奈米技術,這些測試顯示快閃記憶體區塊的資料頁程式速度(寫入速度)的延遲,會戲劇化的變糟,但這些差異是可預期的。而且,在 NAND 快閃記憶體資料抺除時,不同裝置上的錯誤率也有很大的不同。

單階儲存單元 (Single-Level Cell, SLC) NDNA 在測試中表現最佳,多階儲存單元 (Multi-Level Cell),尤其是三階儲存單元 (Triple-Level Cell, TLC) NDNA 產生最差的結果,有超過三種因素會增加位元錯誤比率 (bit error rate)。

在過去六年裡,NAND 快閃記憶晶片的電晶體大小從 72 奈米縮小成 25 奈米,這使得更多的資料可以被儲存在相同數量的快閃記憶體顆粒中,在 NAND 快閃記憶體的發展路線圖上顯示快閃記憶電路預估到 2024 年時會只有 6.5 奈米的大小,研究人員依實驗結果推論到那時,讀取/寫入的延遲預估在 MLC 上將倍增,而在 TLC 快閃記憶體上將增加 2.5 倍。

在 2024 年當 NAND 快閃記憶體從 25 奈米縮小到 6.5 奈米時,基於 TLC 快閃記憶體的固態硬碟容量將增加到 16TB,而 MLC 快閃記憶體的固態硬碟將會有 4TB,但當考量到體積大小反應到效能對比容量,將使得小於 6.5 奈米快閃記憶體的量產變得不可行。業者在保持成本並且增加容量時,效能的降低是必要的,這會使固態硬碟在擴展到某些應用,成為可實現的技術上產生困難。

對於這份研究報告的結果,有一些人提出不同的看法,其中的理由牽涉到比較多關於電子電路上的設計,不過基本上也同意快閃記憶體晶片會因為體積縮小而造成資料存取上的延遲。因此,如果沒有其它更好的方法來解決技術上的問題,未來的固態儲存我們只能擁有容量或是效能其中之一。

但客觀的看,這並不能算是固態儲存的末日,無論如何,即使是 6.5 奈米的 TLC 快閃記憶憶體,預估固態硬碟的資料產出是 32,000 個 IOPS,還是遠勝過傳統硬碟的數百個 IOPS,而且我們還有至少十年的時間。

關於快閃記憶體的一些背景資訊:

第一個固態硬碟每一個 NAND 快閃記憶單元只儲存一個位元,就是 SLC 快閃記憶體。接著出現 MLC 快閃記憶體,每一個單位二個位元。最近廠商們已經開始生產三階儲存單元 (TLC) 快閃記憶體,可以在每一個單元上儲存三個位元。

然而快閃記憶體會不斷的抺除,當資料被標註為刪除和移走時,而新的資料會被寫入,這個過程稱之為程式-清除循環 (Program-erase cycle, P/E cycle)。今天在硬碟控制器特殊的韌體會更平均的資料分散在硬碟中,使媒體有更好的耐用度,但最終,NAND 快閃記憶體 P/E 循環的數量是有限制的。

SLC 快閃記憶體有最高的可靠度和彈性,擁用 50,000 到 100,000 次的 P/E 循環,MLC NAND 可以有 5,000 到 10,000 次的清除循環,TLC NAND 的耐用度最低,研究人員發現它只有 1,000 次,有些則只有 500 次的 P/E 循環。

現在最通常使用的 NAND 快閃記憶體仍然是 MLC,但這正在開始改變,因為廠商們努力想要生產更高容量的固態硬碟,好跟傳統硬碟的容量做競爭。於是企業級 MLC (Enterprise MLC, eMLC) 就出現了,它以較 MLC 稍高的價格,提供更長的耐用度與更快的存取度。