QLC快闪记忆体参上,SSD储存战力再进化的关键

2018-12-18 15:12

导读: 前景看似一片美好的SSD固态硬碟,却有着「每GB储存容量成本」无法追上机械硬碟的缺憾,虽然从Gartner Research所发布的「Forecast : Hard-Disk Drives, Worldwide, 2014 - 2021, 1Q17 Update」报告中来看,SSD固态硬碟的「每GB储存容量成本」已从2014年的$0.

前景看似一片美好的SSD固态硬碟,却有着「每GB储存容量成本」无法追上机械硬碟的缺憾,虽然从Gartner Research所发布的「Forecast : Hard-Disk Drives, Worldwide, 2014 - 2021, 1Q17 Update」报告中来看,SSD固态硬碟的「每GB储存容量成本」已从2014年的$0.84/GB平均价格,逐年下降到今年约$0.25/GB,不过,还是无法跟每GB不到$0.1的机械硬碟相比。

 

▲ 随着快闪记忆体的技术发展,SSD固态硬碟与机械硬碟的每GB储存容量成本的差距会越来越小。

 

由于内部构造完全不同于机械硬碟,不管是2.5”或M.2规格的SSD固态硬碟,其内部不外乎是由主控制器、快闪记忆体、DRAM这三种元件所组成的,掌控SSD固态硬碟读写运作的主控制器,可以说是SSD固态硬碟的大脑中枢,搭配它运作的DRAM(缓冲记忆体)则是用来存放硬碟分区表(LBA,Logical Block Addressing),或是用来缓冲存放读写资料,至于你的资料则是全部存放在快闪记忆体里。

 

因此,为了与机械硬碟在相同的容量规格下,逐渐拉近彼此之间的储存成本,厂商们势必得不断提升肩负储存资料的快闪记忆体技术,才能在满足消费者的储存需求下掏钱选购。

 

储存空间更大的QLC快闪记忆体

 

SSD固态硬碟发展至今,快闪记忆体的技术已经历经四次升级,从SLC、MLC、TLC,如今随着Intel在今年的Flash Memory Summit展场上发表首款采用QLC的660P PCIe NVMe SSD后,QLC也正式进入消费市场,而QLC的到来,意味着SSD固态硬碟在一定的成本下,可以提供更大的储存空间来满足消费者的需求。

 

这是因为快闪记忆体是透过其最小的储存单元(Cell)的电位,以划分不同的阶数在该储存单元内存放1 ~ 4个位元数(bit),而依据每个储存单元可存放的位元数不同,可以区分SLC、MLC、TLC和QLC这四种快闪记忆体类型。

 

SLC(Single-Level Cell)只有两种电位变化,所以,每个储存单元只能储存1 bit的资料;MLC(Multi-Level Cell)则有四种电位变化,因此,每个储存单元可以比SLC多储存到2 bit的资料。

 

而市场上目前主流的SSD固态硬碟所采用的TLC(Trinary-Level Cell),则是每个储存单元可以储存3 bit的资料,是SLC的3倍、MLC的1.5倍,因此,在相同的体积下能够储存更多的资料,自然也让储存成本更加便宜。

 

所以,以此类推,新进入消费市场的QLC(Quad-Level Cell),就是将每个储存单元可以储存的位元数增加到4 bit,进而可以比TLC多储存33%的资料,来达到储存成本更低、容量更大的目的。

 

▲ 从SLC、MLC、TLC,以及最新的QLC快闪记忆体,随着每个储存单元可储存的位元数增加,使得SSD固态硬碟拥有容量更大、储存成本却更低的发展趋势。

 

然而,随着每个储存单元可以储存位元数的增加,电位变化的状态也随之增加,在资料储存运作上不但需要更大的电压,耗用更高的功耗,也让资料存取控制上变得更加复杂,进而拖慢资料存取速度;除此之外,由于其运作原理中绝缘层先天物理上的限制,伴随着存取次数、资料量的增加,绝缘层也会因逐渐变薄的因素发生漏电的现象,造成P/E(Program/Erase Cycle)抹写次数的减少,而缩短SSD固态硬碟的使用寿命。

 

▲ 透过CrystalDiskinfo工具可以检测SSD固态硬碟的存取次数、资料量,来约略推断其使用寿命。

 

相同的,储存容量比TLC更大的QLC,一样有随着电位变化状态的增加,造成快闪记忆体耐用性,也就是SSD固态硬碟使用寿命的问题。为了解决QLC所带来的同样问题,厂商们便从SSD固态硬碟的运作中枢— 主控制器着手,藉由透过最佳化主控制器的演算技术,再分别搭配SLC快取、高OP( Over Provision,预留空间)的方式,让采用QLC快闪记忆体的SSD固态硬碟不管是在读写效能、使用寿命,以及可靠性上都有一定程度的提升。

 

以Intel 660P PCIe NVMe SSD固态硬碟为例,除了依照512 GB / 1 TB / 2TB产品容量的不同,事先各自分别划分6 GB / 12 GB / 24 GB固定大小的QLC快闪记忆体,以1 bit的方式「模拟」SLC快闪记忆体的资料存取运作,作为固定的SLC快取来大幅提升SSD的读写效能外,同样也会额外依照512 GB / 1 TB / 2TB产品容量的不同,分别最多划分6 ~ 76 GB / 12 ~ 140 GB / 24 ~ 280 GB的QLC快闪记忆体作为动态的SLC快取后,随着实际的使用容量来随时调整SLC快取的空间大小,透过固定、动态的SLC快取技术的并用,来取得采用QLC快闪记忆体的Intel 660P PCIe NVMe SSD固态硬碟在读写效能和使用寿命彼此间的完美平衡。

 

 储存新趋势! QLC快闪记忆体参上,SSD储存战力再进化的关键!

▲ 透过固定、动态的SLC快取技术的并用,Intel 660P PCIe NVMe SSD固态硬碟除了可以带来QLC所具有的高容量储存空间外,也能提供等同SLC的读写效能。

 

 储存新趋势! QLC快闪记忆体参上,SSD储存战力再进化的关键!

▲ 藉由Intel SSD Toolbox中的「Intel SSD Optimizer」功能,可以手动清除、搬迁SLC快取里的暂存资料后,将Intel 660P PCIe NVMe SSD固态硬碟回复成最佳的初始效能。

 

省下DRAM,输掉效能!

 

而在SSD固态硬碟内部组件的变动中,除了比较受到注目的QLC快闪记忆体外,另一个就是近年来有些厂商所导入的DRAM-Less设计,藉由移除SSD固态硬碟内部的DRAM,来达到厂商们可以降低SSD固态硬碟整体物料成本(BOM)的目的。

 

这对消费者来说,虽然能够以更低的价格买到储存容量相同的DRAM-Less SSD固态硬碟,但在资料存取效能上却无法跟一般的SSD固态硬碟相比,因为,一般来说,SSD固态硬碟所配置的DRAM容量多为256或512 MB,容量虽然不大,但却对提高SSD固态硬碟的每秒输出入(IOPs)效能有着关键性影响,所以,如果SSD固态硬碟没有DRAM来担任快取缓冲、暂存读写资料的话,将会拉低其存取效能。

 

因此,NVMe工作小组在2014年提出的NVMe v1.2版本中,制订了「Host Memory Buffer(HMB)」规范,让主机端(Host)可以将目前用不到的系统记忆体资源,透过NVMe传输协议提供给SSD固态硬碟使用,如此一来,DRAM-Less SSD固态硬碟就可以在本身没有配置DRAM的情况下,从主机端取得系统记忆体资源作为快取来提升其存取效能。

 

也因为DRAM-Less SSD固态硬碟会透过HMB取用主机板上的系统记忆体,除非主机板上的系统记忆体已经插好插满,否则,当系统记忆体的容量过小,电脑的整体效能就会被DRAM-Less SSD固态硬碟拉低,毕竟这是一种「挖东墙、捕西墙」的做法,省了SSD固态硬碟的花费,势必要在价格也不便宜的系统记忆体补足,是否划算就看消费者个人的选择了。

 

 储存新趋势! QLC快闪记忆体参上,SSD储存战力再进化的关键!

▲ 透过「Host Memory Buffer(HMB)」规范,DRAM-Less SSD固态硬碟就可以在本身没有配置DRAM的情况下,从主机端取得系统记忆体资源作为快取来提升其存取效能。

 

想要在选购SSD固态硬碟前确认其是否为DRAM-Less设计,最准确的方式莫过于看该SSD固态硬碟是采用哪款主控制器。以比较广为SSD厂商所采用的Marvell、Phison和SMI这三家主控制器厂商来说,Marvell 88NV1160 / 88NV1120、Phison PS3110-S11 / PS5008-E8T,以及SMI SM2263XT / SM2258XT都是这些厂商基于NVMe v1. 2的HMB规范,目前所推出的DRAM-Less控制器解决方案,知道这些基本资讯后,才不会在自以为捡到便宜的情况下,买到存取效能不如预期的SSD固态硬碟。

 

 储存新趋势! QLC快闪记忆体参上,SSD储存战力再进化的关键!

▲ 从SMI SM2263EN / SM2263XT两款主控制器的规格比较表来看,DRAM-Less的SM2263XT尽管有HMB加持,但在随机读取效能上仍不及SM2263EN。

 

 储存新趋势! QLC快闪记忆体参上,SSD储存战力再进化的关键!

▲ Micron Crucial公司近期所推出的BX500,采用SMI SM2258XT主控制器,是一款定位为入门的DRAM-Less SSD固态硬碟。

 

高容量、储存成本更便宜的QLC快闪记忆体

 

在今年的快闪记忆体高峰会(Flash Memory Summit)众多新技术、新产品中,最受注目的莫过于采用QLC快闪记忆体的新一代SSD固态硬碟,不同于过往的MLC、TLC快闪记忆体,新登场的QLC快闪记忆体挟其储存空间更大、价格相对低廉的特点,未来有望与储存成本相当便宜的机械硬碟一较高下,尤其是在目前单一QLC颗粒的储存容量已经突破1 TB,2 TB的目标也近在咫尺下,依照技术演进的趋势来看,假以时日推出6 TB或更高容量的产品似乎也没什么问题。

 

至于存取效能比较差的DRAM-Less SSD固态硬碟,比较适合只有上网浏览、打文书作业这类不需要SSD固态硬碟长时持续读写的环境,或是在乎入手预算的消费者选购使用,相反的,如果是经常进行影音编修、不时复制搬移文件档案这类需要SSD固态硬碟进行长时持续读写的操作时,建议还是选购一般有DRAM担任快取缓冲的SSD固态硬碟会比较合适。

相关文章

最新资讯

  • Twitter绂佹鐢ㄦ埛鍒嗕韩鏈彇寰椾粬浜哄悓鎰忕殑鐓х墖鍙婂奖鐗
    2021-12-01 12:48
  • 鎹紶涓浗楠囧鎵撶畻鏀堕泦宸插姞瀵嗙殑楂樹环鍊艰祫鏂欙紝寰呴噺瀛愮數鑴戝彇寰楅噸澶х獊鐮村悗绔嬪嵆瑙e瘑
    2021-12-01 12:48
  • 鍙颁紒閾舵彮闇茬綉閾剁郴缁熺炕鏂拌繃绋嬶紝2闃舵杞瀷绯荤粺鏋舵瀯锛屽厛瀹瑰櫒鍖栧啀瀵煎叆寰湇鍔℃妧鏈
    2021-12-01 11:47
  • Scythe 澶ч暟鍒鎺ㄥ嚭 Thermal Elixer G 瀵肩儹纭呰剛鈥
    2021-12-01 10:51
  • AWS鏂版湇鍔¤浼佷笟鑷缓5G涓撶綉
    2021-12-01 10:48

手机

  • 涓鍔9RT濂戒笉濂斤紵涓嶆劎涓衡滀笉灏嗗氨鈥濈殑鏃楄埌鎵嬫満
    2021-11-25 17:44
  • 涓鍔9RT濂戒笉濂斤紵灞忓箷鍐嶅崌绾т綋楠屽浣曪紵
    2021-11-24 16:45
  • 涓鍔9RT濂戒笉濂斤紵涓鍔 9RT閫傞厤120Hz楂樺抚妯″紡
    2021-11-18 16:43
  • 涓鍔9RT姝e紡鍙戝竷 鍏ㄩ潰鍔犳枡鎬ц兘婊¤
    2021-11-16 18:43
  • 涓鍔9RT鍊煎緱涔板悧 鎬ц兘寰堟鍒峰嚭娴佺晠鏂伴珮搴
    2021-10-22 15:45

数码

  • iphone13娓増鍙互鍦ㄥぇ闄嗕繚淇悧 娓増iphone13鍦ㄥぇ闄嗚兘淇濅慨鍚
    2021-12-01 12:46
  • 鎽╂墭缃楁媺edgex30鎬庝箞鏍峰煎緱鍏ユ墜鍚 edgex30鍙傛暟浼樼己鐐
    2021-12-01 12:46
  • ios15淇′换鎺堟潈鍦ㄥ摢璁剧疆 ios15杞欢鎺堟潈淇′换姝ラ
    2021-12-01 11:45
  • 绱㈠凹Xperia 5 III鍥借鐗堝敭浠6599鍏冿細濯茬編涓撲笟寰崟鐩告満
    2021-12-01 11:45
  • realme GT2 Pro灏嗘垚鍏ㄧ悆绗簩涓彂甯冮獊榫8鏃楄埌鐨勬墜鏈
    2021-12-01 10:46

科技

  • 鑻辩壒灏斿甯冧慨澶嶅彶璇楃骇婕忔礊锛氱啍鏂拰骞界伒鏈夋湜琚叏闈㈤殧鏂
    2018-03-23 09:34
  • 涓叴閫氳鎴愮珛缁堢瀛愬叕鍙哥洰鏍囦笁骞村唴閲嶈繑鍥藉唴鎵嬫満涓绘祦鑸炲彴
    2018-03-23 09:34
  • KTM锛氱數鍔ㄨ秺閲庤溅锛熸垜涔熺暐鎳傜暐鎳 18骞碖TMFreerideE-XC鏀规鎯呮姤
    2018-03-23 09:34
  • 鐪嬪ソSiC鏅跺渾闇姹傚闀 鐩稿叧鍘傚晢鏋佸姏绋充綇SiC鍩烘澘渚涘簲婧
    2018-03-23 09:34
  • 鏈潵5骞达紝澶ф暟鎹骇涓氬皢杩庢潵鍝簺鍙橀潻
    2021-12-01 10:45