今年的快闪记忆体高峰会(Flash Memory Summit)可说是高潮不断,许多新品与新技术争相发布,为快闪记忆体的市场擘划了美好的未来。而今年最受注目的新产品莫过于采用QLC规格的新一代固态硬碟(SSD),这个规格最大的特色就是具备高容量,目前单颗晶片的容量最高已经突破1TB。
而从技术演进的趋势来看,QLC越过2TB也已近在咫尺,因此两三年后的一个QLC SSD的容量就有可能是10TB起跳,那么进一步挑战HDD的市场也是迟早的事。问题只剩下,会取多少?又会用在哪里?
QLC规范容量大 但性能是妥协
目前台面上所有的SSD制造商几乎都已经推出了QLC规范的产品,包含美光(Micron)、英特尔(Intel)、东芝(Toshiba)、威腾电子(Western Digital)和三星(Samsung)都先后宣布成功开发使用4bit/cell架构的NAND快闪记忆体晶片。因此在终端市场的普及速度将会十分迅速。
快闪记忆体的基本储存原理,就是储存「单元(Cell)」的储存资料越多,单位储存面积容量就越大,但同时也造成电压状态越多,越难控制,导致颗粒稳定性越差,寿命也越低。
而QLC的基本定义,就是Quad-Level Cell,即4bit/cell,也就是每个单元储存4个资料,产生16个状态。而前一代TLC,则是Trinary-Level Cell,代表3bit/cell,为每个Cell单元储存3个资料,可产生8个状态。
因此,在容量上,QLC比TLC在储存容量上有倍增的性能,但速度与可靠度则是再滑落一级,就算后续的技术能有所改善,但先天的差距还是有所限制。也因此,在应用上就必须进行取舍,是考虑容量,还是要多注重一些耐用度。
回到QLC这个规范,很清楚的,就是追求容量,而其直接影响到的市场必然也就会是传统硬碟(HDD)。而目前市场上HDD可有的最大容量是14TB,价格约落在1万8千到2万之间,以桌机的应用为主;但以同样的价格,只能买到2TB以下的SSD。
所以从容量的差距来看,SSD的价格还必须再降至1/7才有可能跟HDD平起平坐,而这是个相当不容易克服的差距,因此QLC SSD取代HDD的效应仍是需要时间来观察。
而从竞争的角度来看,QLC SSD势必要回到其最基础的优势上,才有可能再进一步分食HDD的市场,而这些优势则包含:读取速度快,机械结构简单,与运行温度低和零噪音等。尤其是某些应用非常注重散热和噪音的影响。
进一步推挤HDD市场 全面取代中小型NAS储存应用
因此最适合QLC SSD的应用,就会是那些运行于小型空间,或者需要较大容量的行动运算装置,具体的产品就是桌上型电脑,笔记型电脑,以及家庭与中小企业用的NAS储存。
这些应用的共通点就是有高储存容量的需求,同时也期待有更佳的运行效能,包含传输速度、温度、体积和噪音等,尤其是这类应用都会在小型的室内空间运行,同时也非常接近使用者,因此使用体验是非常关键的因素。
反观HDD在这些应用中,仅仅只有容量和价格的优势,一旦SSD拉近在容量上的差距,则消费者就会非常容易倾向选择SSD来作为储存的首选。
![图3 : Intel新发表专为资料中心设计的QLC 3D SSD](/art/2018/10/021736122300/p3S.JPG)
图3 : Intel新发表专为资料中心设计的QLC 3D SSD |
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至于HDD,仍会在对于稳定性与超高容量有非常高需求的应用上占有一席之地,例如:安全监控和资料中心等,这些应用对于温度、体积和噪音等并不敏感,单纯考量容量与价格的因素,则HDD的优势相当明显。
不过随着5G、物联网和人工智慧应用的兴起,储存的读取速度和传输性能也越来越受到重视,而在这个的需求下,SSD的优势也逐渐显现,尤其是在每秒I/O的读取量上(Input/Output Operations Per Second;IOPS),因此已有越来越多的资料中心开始采用SSD作为储存主体,或者是与机械式的HDD混合搭配使用。
而QLC规范的问世,预料将有助于这个趋势的发展,让更多的资料中心转往采用SSD方案。
![图4 : 三星的QLC SSD容量已来到4TB等级](/art/2018/10/021736122300/p4S.JPG)
图4 : 三星的QLC SSD容量已来到4TB等级 |
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根据IHS的SSD和HDD储存市场追踪分析,就明显指出HDD和SSD各自的市场占有率将会不断的拉近,且预料至2021年左右,SSD就会超过HDD。而QLC的推出,则会加速这个取代趋势,让HDD的市场进一步缩小。
HDD的困境从主要供应商的动向也可看出。威腾电子(Western Digital)在今年七月就发出官方声明,将在2019年底关闭位于马来西亚八打灵再也(Petaling Jaya)的HDD硬碟工厂,以对应HDD硬碟需求的持续下降。
然而HDD也不会就坐以待毙,其技术仍会持续的推进,尤其是在容量的部分,预料今年底就会有16TB的产品问世,并在2019年时推进到20TB。而未来HDD的产品线将会全面转向超高容量发展,变成一种特殊的利基产品。
至于SSD,势必将会成为主流的储存解决方案,坊间主要消费性产品和中小型企业的储存应用,都会是SSD的天下。这个在1989年推出的储存技术,仅花费30年的时间,就取代了老前辈。
技术更加完整 带动次世代应用发展
而对系统设计者来说,QLC的诞生无疑是件好事,它让快闪记忆体可用的技术类型变得更加完整,能在性能与容量间有更多可选择的技术规范。如果追求性能,则有SLC,如果追求容量则可选择新的QLC,若要两者之间的平衡,也有MLC和TLC,甚至还可以考虑混合式的设计(Hybrid)。
整体来说. QLC的推出让SSD可以在大容量储存的应用里有更好的市场位置,同时也把HDD再往历史的边缘推去。再没几年,容量、读取速度和传输都不会是问题,而那个时将会是AI技术可以大刀阔斧的时候。