|
TLC的出现，把SSD价格降下来了，但在可靠性和性能方面，一直被消费者所诟病，消费者也许宁愿花更多钱去买MLC SSD，也不太放心买便宜的TLC SSD，毕竟数据可靠性第一。 MLC比TLC，无论是在性能上，还是可靠性上，都完胜TLC。在3D TLC出现之前，这是不争的事实。但是，3D TLC的出现，剧情出现反转，穷人版的TLC，性能和可靠性开始变得比MLC还强，算是屌丝的逆袭吧？ 让我们看看三星SSD产品市场部经理 Tien Shiah是怎么说的。 正文：第一部分：原文链接：http://www./author.asp?section_id=36&doc_id=1327903& 数据记录和分享是社会进步的根本，而消费者对此有着无法满足的需求。毫无疑问，文字、纸、报纸、计算机、互联网以及现在的移动互联网的发明，技术上发生了翻天覆地的变化。随着连接和用户的增多，超快设备和视频的无处不在，有人预测到2018年，每年会产生190艾字节（exabyte，2的60次方）的数据。什么概念？前谷歌CEO Eric Schmidt曾经说过，从人类文明出现到2003年之间，产生的所有数据总和仅仅是5个艾字节！ 到现代，社交媒体的出现引发了难以置信的信息存储和分享增长需求，这些需求远超过几年前的预期。流行网站如YouTube的一般人群，逐渐从内容消费者人群，变为内容制造者人群。事实上，现在每个月上传到YouTube的视频量，比三大网站过去60年制造的视频还多。相应的，存储需求也在指数增长，预计2011到2020 十年间，存储需求会增长超过20倍。 存储介质信息大爆炸时代，需要一种有效的存储办法。过去几十年，都是机械硬盘在计算机系统中扮演存储角色。但是随着计算机技术的发展，硬盘逐渐成为计算机系统的性能瓶颈。计算机系统主要有三大件：CPU，内存和硬盘。我们可以看到，CPU和内存性能都是指数形式增长，但是传统硬盘由于受限机械设备，性能始终上不去。直到SSD的出现，硬盘才开始慢慢赶上CPU和内存的步伐。
Figure 1.1 Closing the Performance Gap via Solid State Storage 过去10年，flash的使用急剧上升，这得益于flash技术的改进和更好的性价比。很多时候，把你计算机从HDD升级到SSD，性能就有一个质的飞越。PC OEM厂商在他们的笔记本里提供SSD。在企业数据中心，闪存和闪存阵列也在服务器上广泛使用。现在很多公司成立的目的就是提供全闪存阵列。 SSD的优势SSD和传统HDD相比，有什么优势呢？ SSD和HDD相比，它是纯电子的，不存在运动部件。HDD数据的访问，需要依靠磁头定位到旋转磁盘，在物理上，磁盘运转速度是有限制的。SSD使用电信号，由于消除机械部件限制，SSD有下面几个优势：
既然SSD相比HDD有这么多优势，为什么SDD没有把HDD完全干掉？主要障碍是成本。从下图可以看到，过去几年SSD成本急剧下降，我们正在接近一个交叉点：从总成本来看，SSD比HDD更加经济。
Figure 1.2 Cost per Gigabyte of SSDs vs. HDDs 对一个数据中心来说，如果从功耗、维护和占地空间综合考虑，从2016年开始，使用SSD的4年成本，会比使用HDD更低。 Figure 1.3 Total Cost of Ownership (TCO) of SSDs vs. HDDs SSD面临的挑战随着FLASH工艺的进步，闪存密度的不断提升，基于闪存的存储产品成本不断下降。一个晶圆上面存储的比特数越多，单个比特的成本就越低。现在闪存工艺已到15nm级别。什么概念？10nm就相当于一个人头发千分之一大小。然而，随着存储单元密度提升，存储单元之间的干扰也越来越严重。这就让我们不得不考虑基于闪存的产品面临的挑战：耐久性！ 耐久性是用一个SSD能被重写多少次来衡量的。闪存存储单元每被写一次，其结构就会有轻微的退化。当写的次数达到一定数量，存储结构就会完全破坏，存储单元就失去了存储电子的作用。影响耐写性主要有以下几个因素：
如上谈到的，现在闪存工艺进入15nm阶段，已经到了闪存的一个物理极限。然而，每次出现的挑战，都给创新提供了机会。在第二部分，我们会讨论最近出现的新技术，以及它是如何来克服这些挑战的。 第二部分：原文链接：http://www./author.asp?section_id=36&doc_id=1327904&_mc=sm_eet&hootPostID=ff71a4c6f9dcddbc831d474571d08ef6 在前一部分，我们讨论了SSD的优势，以及SSD面临的挑战。我们需要降低成本，增加闪存密度。闪存工艺已经进入10nm级别了，快到了物理极限了，想继续前进，已经很难了。接下来，我们将讨论提升闪存密度的办法，和一个克服SSD挑战的创新方法。 提升存储单元比特数一种提升闪存密度的方法就是增加每个存储单元的比特数。闪存最初是SLC，每个存储单元就存储一比特的信息。随后出现MLC，每个存储单元存储两比特的数据。由于需要区分4个电平，相比SLC的2个电平，MLC每个存储单元对其存储结构的退化就更加敏感了，因而耐久性比SLC更差了。比如，SLC可能能经受70,000次擦写，而MLC只能经受18,000次。当然，在SSD内部，固件会采用一些精妙的算法（如前面提到的磨损平衡，坏块管理，ECC）来克服擦写次数减少的问题。
Figure 2.1 Storing Data in SLC, MLC, and TLC NAND. 除了前面提到的技术，SSD还有一个叫做OP（Over-Provisioning）的技术，它能增加SSD的耐久性。OP会在SSD内部预留一部分空间，这部分空间用户或者操作系统访问不了，SSD控制器把它当成”交换空间”。在SSD内部，为了保持损耗均衡，数据会经常从一个地方搬到另外一个地方，因此实际写入到闪存的数据会比用户写入的数据多，通常用写放大来表示写入闪存的数据与用户实际写入数据的比率。OP的存在，会减小写放大，从而增强SSD的耐久性。 在过去，只有SLC闪存广泛出现在企业级应用。但是，随着SSD技术的发展，即使使用MLC，SSD的耐久性也能达到25 DWPD( Drive Writes Per Day,5年)。 MLC应用在企业数据中心完全变成可能。 引入3D TLC闪存由于需要不断降低成本，在2012年，基于TLC的SSD出现了。TLC每个存储单元中存储了3比特的数据，这意味着需要更精细的电压电平来区分这8个状态，耐久性进一步下降。二维TLC闪存的擦写次数降到1000次以内了。如同2008年MLC应用在SSD受到大家的质疑一样，如今TLC应用在SSD内，也是一片质疑声。 又要降低成本，又要保证耐久性，在这样的背景下，聪明能干的三星给闪存界带来了革命性的东西：3D 闪存。 过去房子基本都是一层平房，要想在固定大小的房子里隔出更多的房间，就需要压缩每个房间的空间。随着租客越来越多，房间空间越来越小了，只能放一张床了，再继续压缩的话，人都住不了。怎么办？聪明的建筑师想到了可以在房子上再盖房子，拓展垂直空间。现在好了，有人可以搬到楼上去，大家再也不用挤在那么小的房间。 3D闪存思想就是这样的，不是一味的在一个平面提升闪存密度，而是堆积多个平面，达到提升闪存容量的目的。 Figure 2.2 Cell-to-cell Interference Mitigated by 3D NAND 3D闪存的一个主要好处就是，在不牺牲存储单元尺寸的前提下，还能提升闪存密度。这意味着大容量闪存也能更快更可靠！ 三星第二代3D TLC闪存的擦写次数可以达到20,000次数，比2D MLC擦写次数还多！除了可靠性，TLC为人所诟病的还有性能。闪存是以页为读写基本单位，以块为擦除单元。页写入时间是决定SSD写性能的一个重要参数。对二维1Xnm闪存，TLC写入时间比MLC多25%。然而，3D TLC的写入时间相比2D TLC减少了50%，比2D MLC还快！相比2D TLC擦除时间，3D TLC擦除时间减少了70%。
Figure 2.3 3D NAND Gains Back What was Lost Going to TLC 下图是2D MLC 和3D TLC在客户级和企业级应用性能对比图。从图中可以看出，3D TLC打败了MLC!
Figure 2.4 Planar MLC vs. 3D TLC SSDs 3D TLC是目前最先进的闪存技术表2.1总结了2D 1Xnm MLC和第二代 3D TLC的性能和耐久性的对比。
Table 2.1 NAND Performance Comparison. 表2.2是使用MLC 和3D TLC的SSD在客户和企业级应用的一个性能对比。
Table 2.2 SSD Performance Comparison 从表中可以看出，3D TLC把TLC SSD拉回到了企业所期望的耐久性和性能。 随着3D TLC技术的不断改进，相信我们已经开启了闪存容量、性能和成本的一个新纪元。 你想经常看到SSD精彩文章吗？通过上面的公众号链接或者搜索ssdfans关注我们:) 喜欢就分享到朋友圈吧！ 转载请注明来自SSD技术学习网，本文地址：http://www./?p=716除非注明，SSD Fans网站文章均为原创，转载请注明出处和链接！ |
|
|
