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QLC 64层3D NAND Flash来势汹汹,SSD控制器准备就绪

·2018-07-19 00:00·老杳吧
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更大容量、更高效能一直是固态硬盘(SSD)产品发展的主要方向,而为了迎合此一目标,大多数NAND Flash厂都计划在2018年下半推出采用QLC架构的64层3D NAND Flash,并预计在2019年将其应用在96层产品上。SSD控制器厂商也紧跟这个趋势,推出支持QLC的新一代产品。
为实现更高储存密度,NAND Flash的堆叠层数不断增加,单一晶胞内能储存的资讯也越来越多。目前NAND Flash芯片已经进入64层TLC时代,展望2019年,三星(Samsung)、东芝(Toshiba)等业者都将进一步推出96层QLC颗粒。为了因应即将量产的新一代NAND Flash规格特性,台湾两大SSD控制器业者群联和慧荣,皆已备妥对应的解决方案。
两大台系SSD业者展示QLC火力
群联电子发言人于绍庭表示,3D NAND Flash技术不断推进,目前64层TLC已经是相当稳定的产品。而为了进一步提升储存密度,NAND Flash供应商正在努力往96层QLC发展,届时单一颗粒的储存容量将可达1TB。其实,目前已经有业者发表采用QLC架构的64层3D NAND Flash,但技术验证的意味浓厚,预计要等到2019年推出的96层3D NAND Flash,才会开始大量采用QLC。
慧荣科技产品企划部专案经理郑元顺则指出,目前美光(Micron)/英特尔(Intel)在QLC技术的进展最快,已经有小量64层QLC NAND Flash应用在服务器所使用的SSD上,但平心而论,其主打特点在于性价比,至于效能只能说是表现平平。但由于QLC是业界必然的发展趋势,接下来东芝、三星也会陆续推出基于QLC的64层NAND Flash颗粒,因此,作为SSD控制器供应商,在产品布局上还是得做好准备。
为了因应此一技术发展趋势,群联在Computex期间正式发表其第一款支持3D QLC的控制芯片。由于QLC架构虽可实现更高的储存密度,但数据储存的可靠度跟读写速度却会受到影响,因此该控制器搭载了群联自行研发的第四代SmartECC技术,在PCIe Gen3×4的带宽下,循序读写效能均可达3,200MB/s,IOPS则均为600K。
群联进一步解释,当数据被写入到NAND Flash内部时,其支持SmartECC的控制器同时会产生一组校正码,与数据一起存入。数据从NAND读回时若发生错误,控制芯片会透过校正码更正数据,若该错误无法透过ECC校正码成功更正,这笔数据就会进入SmartECC的补救流程,借由特别设计的演算法修正数据,提高数据可靠性
不让群联专美于前,慧荣也在Computex期间发表其新一代PCIe SSD控制器,支持最新的3D TLC和QLC NAND。而为了提高数据储存的可靠度,其控制器搭配慧荣独有的固件技术,包括端到端数据路径保护、SRAM ECC、结合LDPC和RAID的最新第五代NANDXtend ECC技术。至于在读写性能方面,其PCIe Gen3×4控制器的最大循序读取速度为达3,500MB/s,循序写入速度达3,000GB/s,随机读写性能则为420K IOPS。
不过,有业界人士认为,由于QLC的可靠度比TLC更差,因此即便96层QLC颗粒在2019年进入量产,要应用在固态硬盘(SSD)上,可能还需要一段时间。采用96层QLC颗粒的第一批终端应用产品应该不会是固态硬盘,而是USB随身碟这类对可靠度要求较低的应用。
SSD效能破表 散热问题如影随形
除了储存容量可望因QLC颗粒的导入而持续成长之外,SSD的效能也在不断进化。随着电竞热潮持续延烧,现在高阶消费性SSD的性能表现,已经不下于锁定数据中心、服务器等专业用途的SSD,而这也使得其散热成为一个业界必须认真面对的挑战。
群联表示,目前应用在数据中心或服务器上的PCIe Gen3×4 SSD,为了确保其稳定运作,且不会因为过热而降速,通常客户会在SSD上外挂散热模组,有些比较讲究的客户还会在进行产品整合设计时,设法让服务器内的风扇气流能照顾到SSD所在的区域。性能表现不下于企业用SSD的高阶电竞SSD,必然也会遇到散热问题,因此群联在针对电竞市场开发的SSD参考设计中,均导入散热片,以强化SSD的散热能力。
郑元顺则指出,高效能SSD的散热,确实是必须审慎考虑的问题。为了追求模组的外观尺寸小型化,业界采用M.2一系列规格作为SSD模组的标准,但这个规格有个很大的问题,就是散热性不佳。在颗粒跟接口的速度还不快的时候,这个问题没有被凸显出来,但随着PCIe Gen3×4的普及率越来越高,这个规格不利于散热的问题也日益浮现。
有鉴于此,慧荣在开发控制器芯片时,特别将低功耗列为重点设计目标。这不只是为了省电,同时也是为了降低发热问题。与前一代控制器相比,新一代控制器在全速运作时的温度,从原本最高摄氏78.6度降低到55.2度,有助于减少SSD产品过热、降速运作等问题产生。
不过,随着PCIe Gen4标准底定,未来SSD使用的接口从PCIe Gen3升级到Gen4,只是时间问题。郑元顺预期,到了PCIe Gen4时代,散热片应该会成为SSD的标准配备,因为Gen4的速度太快,发热问题肯定会比现在更严重,散热片或将成为标准配备。
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