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2021年存储介质变化预测

2021年有望成为存储行业的变革时刻。从长远来看,存储行业仍在按部就班地前行——提升设备容量,价格按单位GB的价格比率降低。

硬盘步入20TB+容量领域,然后继续升级更大的容量。SSD的容量随着层密度的提高以及PLC技术的发展逐步增长。磁带介质的容量不断增长,性能也不断提高。2020年,英特尔发布二代Optane,强化容量并适当改进性能。

多层

增量式介质改进的效应是产生了多层产业。在高端存储领域,采用傲腾SSD开始取代SSD作为首选的性能层。这种过渡的发生只是简单的一个价格/性能/容量的权衡。这个过渡中还包含了三星的Z-NAND和Z-SSD。

扩展存储层次结构

随着NAND芯片密度的提高,TLC,QLC和最终的PLC混合硬盘将以性能和I/O密度为代价来增加设备容量。在HDD市场,机械运动的限制导致硬盘的I/O密度迅速下降,还有超额配置和短击技术(short stroking)问题。虽然速度较慢,但​​NAND闪存正朝着同一方向发展。

新玩家

英特尔打造傲腾已经花了一些时间,但可能还要继续改进流程让傲腾技术接近收支平衡或盈利。我们开始看到包括Everspin在内的新竞争者在尝试将持久性介质(如MRAM)引入市场。不过未来预计这些技术对市场的影响有限,直到成本平衡才能真正意义上进入“战局”。

特别是2021年,我们能期待什么?

PLC闪存的出现。PLC NAND闪存将一个单元(cell)中存储的比特位提高到了5个。与QLC技术相比,代表25%的容量改进,以及收益回报率的持续下降。

SLC > MLC 100%容量增长;

MLC > TLC 50% 容量提升;

TLC > QLC 33%容量增长 ;

QLC > PLC 25%容量增长;

每次比特位密度的连续提高,对应地耐用性降低,这意味着PLC技术将最适用于读取密集型工作负载。存储供应商在扩展介质的耐用性方面进行了重大改进。可时间一长,比特位密度的增加也会导致比前几代NAND延迟稍差。

另外,PLC技术更适合与分区存储等解决方案结合使用,在分区存储里,部分介质以PLC模式运行,而其他区域则以TLC或QLC模式运行。这种方法可以与其他解决方案(如计算型存储)结合。因此,2021年可能会看到多层和动态SSD。

400层NAND闪存。如今的产品都在推进176层和192层进程。几年前的一次美国闪存峰会上,东芝代表曾称500层以上可行,因此,可以预期2021年至少会发布384层或256层产品。

英特尔Optane 3.0和美光QuantX。英特尔最近宣布了2代Optane解决方案。同时,英特尔NAND业务正在出售给SK海力士。英特尔认为,Optane是数据中心中持久存储和持久内存的长期未来。最终,Optane的价格要降低,容量要增加到Optane挑战高端闪存的水平,并且比持久性存储形式的DRAM便宜。

预计2021年至少会发布Optane 3.0,并有效的改进的容量和性能指标。

那美光呢?随着处理器市场竞争的加剧,美光可能会向包括AMD和Arm的市场出售其3D-XPoint版本。虽然Optane的永久性内存需要新的内存协议(DDR-T),但美光要在内存市场上继续竞争,可能会计划与AMD和ARM架构集成。美光/AMD/Arm是否会形成合作关系可能会是2021年的一个变数。

还有另一个说法,2021年也会是Optane的重要节点,英特尔可能完全退出固态存储业务。前不久有外媒称英特尔将退出消费级市场Optane SSD。2月26日之后不再继续发货已停产的产品。此外, Optane介于DRAM和SSD存储层级之间,如果新上任的英特尔CEO也认为两者差距正在迅速缩小……

分区介质。之前说过分区SSD,是利用低耐用性NAND的一种方法。在HDD和SSD市场中,利用大容量介质时,分区存储将成为必不可少的要求。SMR(叠瓦式记录)技术能为硬盘提供更高的比特位密度,不足就是顺序写入太差。

管理众多介质

在整个2020年,HAMR,HDMR和MAMR技术将继续为越来越大的HDD延展技术路线图。希捷推出了双磁头臂硬盘,并将一个物理磁盘有效地划分为两个独立的盘。如果成本可以,我们可能会在未来几年看到多磁头臂硬盘,每个盘片可能有一个独立的读/写头。

所有这些技术都表明需要在外部外围设备中实现更大的并行度,这种趋势在未来十年都将继续,并通过NVMe得到了帮助。

计算存储用例。作为解决I/O瓶颈的方法之一,计算存储能将计算推送给存储介质设备。在许多方面,解决方案都是有效的分布式计算,其中执行的代码对存储的数据执行一些独立的过程。

计算存储供应商已经在市场上推出了产品,但到目前为止,应用用例似乎很有限。2021年,我们需要看到一个新的编程模型,允许跨多个设备进行分布式处理。可能还会改进安全控制措施,以确保计算存储设备不能被用作攻击媒介。

总结

过去十年中,最重要的变化可能是存储软硬件之间集成和协作水平的提高。HDD和SSD不能被视为仅响应I/O请求的黑盒。必须考虑每种介质的物理特性。

在许多情况下,操作系统或另一层应用间接访问会混淆这些相关性。未来十年中,随着成功的解决方案和产品与它们存储数据的介质之间更紧密的交互,这种复杂性将不断增加。

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