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[企業儲存觀察室] 傳統硬體儲存供應商的市場混戰

大約 15 年前筆者開始關注並且觀察全球的企業資料儲存市場。一直以來,全球市佔前五大的儲存系統供應商中,包括了(曾經是)全球前三大的伺服器供應商:Dell、HPE (HP) 與 IBM;再加上(純)儲存系統供應商:EMC、HDS (Hitachi Vantara) 與 NetAp...

2021/05/20

[企業儲存觀察室] 群聯電子專訪:儲存的未來

techradar.pro 月前刋出一篇群聯電子系統架構資深總監 Sebastine Jean 的專訪,談當前的一些儲存技術以及它們的未來。裡面有些內容很有趣也值得一讀,我們摘要翻譯這篇專訪的內容。群聯電子是全球 NAND 快閃控制晶片的主要供應商。


Q:我們距離 PLC 記憶晶片的推出還有多遠?快閃儲存已經準備好要使用 PLC 了嗎?在發展 PLC 時我們遭遇到什麼困難?
A:PLC 儲存晶片的技術目前在實驗中是可行的,但要在商業上可行的挑戰來自於必須確保效能特性可以滿足儲存的應用。NAND 的供應商必須權衡一些互相衝突的持性,如讀取速度、寫入速度、編程/袜除循環、資料保留與製造良率,就如同我們在 QLC 上經驗到的一樣。

理論上,由於更高的位元密度,QLC 可以減少 33% 的成本。不幸地因為工廠製造上的挑戰,實際成本上的節省僅約 10%。影響價格的第二個因素來自於循環,如今最先進的 QLC 可以提供 1,200 次袜除,最接近的次級競爭對手只能提供 600 次袜除,因此市場領導者降價的壓力不大。
實際上,有鑑於今天在 QLC 逐漸成熟所面臨的困難,在未來五年內我們不太可能看到 PLC NAND。PLC 面臨的最大挑戰在於如何為這種 NAND 找到它的定位。
它有比 QLC 更受限的特性,循環次數更低、編程與袜除的時間更長。最初 QLC 只適用於歸檔應用,但此後逐漸發展為冷存儲或讀取集中型熱應用。慶幸的是 QLC 每一代都在進步,有鑑於 PLC 有較 QLC 更為複雜的管理,PLC 可能會遵循與 QLC 相同的發展方式,但速度會慢得多。

Q:基於 RAM 的儲存比最快的 SSD 還要快一個等級,有些使用 DDR5 的就更明顯,這是群聯正在考慮開發的市場嗎?
A:使用 PCIe Gen5 和更高版本的 Gen6 的 SSD 速度甚至還更快,NAND IO 的速度也在提升。兩年前每條匯流排只能支援 1.2GB/s,現在它們以 1.6GB/s 的速度運行,明年將是 2.4GB/s。假設生態系統沒有從並列通訊協定轉向序列協定,那麼在 ONFI 的規範中是有一條通往 4.8GB/s 的明確路徑。如果 NAND 切換到 PCR 協定,那就沒有理由不去符合 DDR 或 PCIe 的速度,那麼 NAND 就可以輕易的擴展 SSD的效能。

基於 DDR 的存儲己經在 20 多年了,但從未流行起來。與現有替代性方案相比,主要還是在於成本與效能。
從效能上看,對 CPU 來說資料效能最快的一定是內部的 DDR 匯流排,ATTO 解決方案將儲存置於網路界面和區塊儲存協定之後,會大大增加單一命令的延遲。再來是成本的問題,當前 DDR 的價格約為 5 美元/GB,而 NAND 的價格約為 0.15 美元/GB。如今 SSD 已經可以滿足大多數應用的儲存需求,如果單顆 8TB SSD 可以在 1ms 裡處理指令,那麼 24 顆 SSD 就可以提供 41ns 的平均完成時間。對比每個解決方案 192TB 的成本,SSD 為 3 萬美金,而 DDR 則要超過 98 萬美金。從另一個角度看,如果我們將預算限制在 3 萬美金,SSD 可以提供 192TB 的容量,而 DDR 則僅能提供 6TB 的容量。

最後,DDR 存在揮發性的事實。所以 DDR 儲存解決方案要不是比 DRAM 慢的有限揮發性高速快取,不然就是某種在未來會增加成本的備用解決方案。

Q:預計在不久的將來超大型(超過 20TB 或更多的)SSD 將會取代資料中心的磁碟,因為它的優點大幅度的超越唯一的缺點(價格)。做為業內人士,您從合作夥伴那裡看到了什麼方向?您的想法是什麼?
A:我們目前正在開發超過 64TB 的解決方案,SSD 與 HDD 正在扮演著不同的角色。
隨著 SSD 成本下降,會有越來越多的熱儲存層是基於快閃的,HDD 將逐步移至近線層與冷儲存。
PCIe 四代、五代與六代的速度不斷提升,使 SSD 可以擔當 HDD 永遠無法企及的新角色。現在 SSD 增強了當今 CPU 中的 LLC (L4) 快取,我們已經看到這在遊戲應用中的發展。SSD 被用來做為即時的圖層快取,SSD 以較低的單位成本做為 DRAM 的擴展,可以根據需要經由更高層級來獲取或刪除圖層,這樣可以在不增加系統 DDR 成本的情況下極大的改善圖形的效能。

當前的企業和 HPC 應用要求 16-32TB ,預計在未來 2-3 年內需要 256TB SSD。儘管下一代 HDD 有望達到 80-100TB,但固態硬碟已經可以使用 1Tb TLC 來達到這個密度,NAND 的密度預計在未來幾年內將提高到 2Tb,而且也有明確通往 4Tb 的路徑。
考慮到當前密度提高技術所開發的時間,磁性媒體不太可能跟得上。

Q:在固態硬碟方面,您認為何時 NVMe 會取代 SATA?您粗估何時 PCIe x4 將成為主導控制器的技術。
A:從許多方面來看,這兩個改變都已經在客戶端發生。 SATA 連接埠之所以能夠持續存在,是因為專注在 HDD,而 HDD 也僅適用於SATA 連接埠,儘管沒有任何技術上的理由不能採用 600MB/s 的Gen3 x2 PCIe 連接埠。 SSD 的價格已經下降到了 2019 年的水準,2019/2020 年有超過 75% 的筆記型電腦配備了 SSD。它有重量減輕、電池壽命延長和機械保固問題的優勢,這些已經勝過任何基於連接埠價格差異的節省。
有價值的層級可能還會在 PCIe Gen3x4 上保留幾年,但是主流和更高層級正在廣泛採用 Gen4x4。

企業級領域現在的 PCIe SSD 銷售量比 SATA 多,但目前看來,SATA 可能還會再維持 4-8 年。企業的更新周期通常是 4 年,而且 SATA 的安裝基礎非常龐大。需要更快速度的企業組織已經轉換到 Gen3 NVMe,基於 SATA 和 SCSI 的設備將隨著時間變得越來越少。預計今年開始 Gen3 的企業安裝群將向 Gen4 大規模遷移,但是遷移會是逐步的。

Q:在儲存級記憶體方面,群聯的定位是什麼?(有充份的證據顯示,使用貴公司控制器的 PCIe SSD 實際上比其他人的 SCM 產品更快?)
A:SSD 與現有基礎架構 100% 相容,因此很容易的就可以整合到 PC 和數據中心儲存中。這適用於伺服器機箱、PC 機殼、筆記型電腦、BIOS、作業系統和應用程式。最初的部署無法充分利用 SSD 的特性,但是由於功耗更低、更快的循序速度和更高的穩固性,用戶在轉換後確實看到了立即的好處。

另一方面,SCM 通常部署在 DDR 匯流排做為 NVDIMM。現有的應用如果不進行重大的更改就無法利用非揮發性上的優勢,因為它們在設計上是視 DDR 為揮發性的。
實際上 SCM 往往比 DDR 慢一些,這使 SCM 比較不容易使用,將 SCM 放在 NVMe 連接埠後面可以解決這個問題,但是當前的 SSD 已經使 PCIe 匯流排飽和。使用 SCM 作為儲存的唯一好處是它具有較低的單一指令延遲,很少有需要此特定功能的應用。這樣一來,最終會獲得價格比較昂貴的 SSD,而對於大多數應用程序並沒有真正的好處,我們確信 SCM 在 SSD 中佔有一席之地,但它不會是主儲存。

Q:對於那些想要有史以來最大 SSD 人來說,在一個 3.5 吋硬碟槽裡放入 8 個 SSD 單元有多困難?
A:實際上將 SSD 安裝到機箱中相當容易。可以將 3.5 吋硬碟槽設計為可容納 8-16 個 M.2 SSD,儘管電源和散熱的要求極具挑戰。現有大多數解決方案最大使用 4 個槽位,當前 M.2 的最大密度為 8TB,因此 4 位槽位的解決方案可以達到 32TB 的原始容量,使用更安全 RAID 5 會把可定址容量減少到 24TB,真正複雜的在於找到一個可以容納 8x M.2 的槽位。

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