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叶扶军:企业级闪存技术的最新发展

6月21日,由DOIT传媒、存储在线、中国计算机学会存储专业委员会、武汉光电国家实验室联合主办的2017中国闪存峰会在北京盛大开幕。本届峰会以“把握闪存绽放 追逐梦想”为主题,聚焦闪存产业链全生态发展,吸引了来自政府、企业用户、产业供应商、学术研究机构,以及主流媒体各方的共同关注。同时,有超过6000人通过线上参与了本次会议。

HGST闪存与企业级产品售前高级技术专家叶扶军分享“企业级闪存技术的最新发展”主题演讲。内容如下

大家好我是来自HGST公司,HGST我一会给大家介绍一下,很多有一些同事听说过,有一些没有听说过。实际上这公司有几十年的历史可以追溯到50年代或者70年代。首先就是法律上面的,意思就是说我们陈述就是基于市场和理解,所以由此产生的变化跟我们的理解可能有一些不同,如果有具体的需要看我们公司的网站,或者美国证券交易市场上的公开信息。

HGST公司怎么来的?就是以前的日立环境存储,在2012年的西部集团收购了日立环境存储后来改名为HGST,所以现在还有一些同事叫我们日立、日立就这么回事,同时在2012以及之前我们在闪存行业做了相当相当工作。比如说2013年的时候,我们收购了一个做闪存历史很悠久的公司叫sTec enterprise SSD,就是可以从enterprise SSD等等所有的存储都可以做,这也是比较知名的公司,2014年我们收购了一家Skyera,2015年达成了非常重要的收购就是收购闪迪以后我们就获得了闪存控制器,以及六七千项专利,所以这是我们公司一个大概的历史。我们这一块叫HGST是以企业级为主,还有WD的品牌。

我们为什么用闪存呢?原因非常简单就是它快,我们的一切目的就是以获得最高的性能为基本的目的,用闪存。不管你是在闪存系统还是说部分的使用闪存。而现在做闪存做一个主流的零部件厂商我们从闪存的器件到闪存盘,我们主要工作放在这一端。闪存器件它的性能决定了闪存盘你能达到什么性能,闪存盘的性能决定了你的闪存系统以及你的应用系统能够达到什么样的性能。所以我们不停的改进我们的后端,到现在闪存盘可以轻松达到300万,延迟是在微秒级,几十微秒上百微秒这量级。但是闪存盘快,你的系统就一定快吗?实际上现在这是一个比较大的挑战。闪存盘我们现在可以达到上百万IOPS,一个SAS也能及百万IOPS。

实际上我们在整个系统里面,我们是有它的前端,有它的中间的部分就是它的(英文)这一端还有(英文)端的后端,比如说全闪存阵列里面或者软件定义里头,以及他们之间的互联技术、以及他们的协议决定了整个存储系统能够达到的性能。最后还有就是我们的应用系统,我们应用能够用到多少这方面的后端的性能。现在的问题是我们的后端非常快,好像性能不太能到的清楚,尤其现在SAS到现在的(英文)这两块都可以上百万的SAS,我们连接机头这一块非常快,但是受限我们的访问模式我们存储的模型,我们现在能够达到几百万,能够到数十控制器而能达到性能。而每一个单一的性能几十万就不错,所以在存储行业,在软件定义存储行业,我们仍然仍然有相当相当多的工作要做。看上去闪存器件非常快,它应用端需要改进软硬件方面访问存储器的访问模式来让它达到更快的访问。

比如说在应用端什么时候实现更高的LP,什么时候类似LCE的这种技术。我们相信未来得数十之内在这一方面整个行业会有相当多的进展。因为(英文)以及现在的SAS SSD非常非常快,但是前端仍然是相对比较缓慢的访问。所以现在在互联网行业普遍的就是在服务器上面通过DAAS,通过这种方式来加快访问。

前面说了关于性能以及整个行业做的工作,我们现在可以看一下在工厂里面是从最基础的零部件到最后我们做出来的产品是一个什么状态。这是日本工厂里面的生产线,上面正在做我们的颗粒,这个应该还是当时的在128G的生物纳米时代拍的照片,这是我们工厂外观的规模,实际上每一个厂商都是一个超级工厂都能达到几十万的产能,就是这么一块地方占了世界上30%的(英文)生产,都在同一个位置。

大家知道日本也容易出现问题的小岛国家,我们去年新建了一个FAB工厂,还预留了FAB6的工厂,在日本的本舟岛。闪存最开始我相信十多年前甚至15年前大家都在用数码的相机以及这一些战争,这个图四上有寿司各种东西,但是实际上所有的东西都是用的U盘,包括这一些闪存器件,近十年来闪存进入大量的数据中心,我们在数据中心有相当相当的投资,投资数十亿美元来做闪存,最基础的组件级SSD。

闪存发展实际上从1987年一个博士提出来闪存就是这种基于NAND的闪存,从技术发展到现在得有30来年,但是实际上近10年大量的进入规模数据中心,发展到现在闪存元器件来说也是安全摩尔定律大概一年半到两年更新换代一代,到现在已经玩不下去,因为闪存每一个太小了电子时间不太够,闪存器件在研发最重要的就是保证它的可靠性,包括我们做成SSD也是保证最重要的东西就是可靠性。甚至包括存储系统最重要的东西是不留数据,是数据可靠有效果的长期保存,这比性能还重要。不所以为什么存储阵列还是几万,大家用的好好,因为它还是成熟可靠,我们并不在乎性能跑到多少,我们能保证基本的数据放到里面不丢失这是我们闪存方面做的相当相当工作。就是说性能的优化,闪存器件也有闪存规划,3D到了这一代的时候,编程时间比19纳米都要缩短,所以3D随心写的性能实际上是比2D时代略高一些。3DNAND到现在已经发展第三代,我们第一代、第二代只是作为预演,并没有大量推向市场。第三代有大量的工艺,但是真正的工艺我们是做到64层的这一代。

发明15纳米的2D,我们做了真正11代,但是15纳米供应2019年,因为15纳米到了这一代的时候我们的成本非纳米,不管大家做SSD还是存储系统,除了给客户大量很高的性能,你还需要提供一个非常有价值的东西就是成本。到了3D时代就是BICS3它是64层的。最底下的大家看到研发了很多年,但是到现在我觉得在座的也有不少人听说过一个HP的故事,这个项目后端用的就是微软,也叫艺术性,目的就是用持久、持久的方式,让它更接近内存的性能。用一个相当相当的内存阶段的存储值来取代现在的存储。因为我们现在存储粉方式就是不断的50、120字节的,那你获得120是比较麻烦和痛苦的,如果地做一个存储系统。

微软像这种产品就是SCM或者PM,这种产品最好的方式是直接访问通道,是当作内存来访问,这样的话你所有的数据都更靠近CPU,它的延迟十之一都不到。在这种情况底下你如果做大数据分析,或者大量小块极小的AO,比如说4B小AO,它的效率和性能比你访问BLackAO性能相当相当多,尤其是后来模式匹配这一类的应用你需要大量的数据,但是你如果访问一个传统的BlackAO通过终端的耗能方式效率非常低。所以微软我们一直在研发,但是这想法目前还在积极的推进当中,我们预计发展第二代的时候有可能归突出市场,但是现在还在实验室阶段,现在有相当相当的进展,我们预计几年之后会看到重要的进展。当然我们的友商和合作伙伴已经发布了类似于PCM的技术,它也是一种SCM而且未来的方向,我相信有一个方向也是向DM方向去发展。

固态存储就是从SSD或者第一代产能卡,它的最重要的就是颗粒可靠性,第二是控制器可靠性。这当中第一字节在上面讲了相当多就是可靠性不足的,它有各种增长的问还有一些突发的问题需要大家很好的管理,所以除了很好的控制器去兼容不懂的协议,各种不同的flash,同时还要对各家不同的器件进行兼容,在这种底下还要很好的部件进行控制。近十年,我们整个产业界在这一块已经做的非常好,在控制器和固件可靠性和产品的迭代非常快,而且已经非常成熟了。所以用在传统协议,比如说我在银行里面我在后端还有传统的15000的硬盘我还不敢去替3D。但是这是一个渐进的过程,客户会在最核心的业务接受闪存,实际上在西方的国家里面他在闪存这一方面的替代,相对我们来说可能更快一些。大概互联网行业我基本上发现的就是几乎整个互联网以都依赖于闪存,整个的够就是HGST加大容量堆起来了。就是4T、6T、8T甚至10T这全部是SSD。

我们第一代BICS,可能少量消费级。第三代的时候,我们今年年初已经开始试生产,到了六七月份的时候就已经进入大规模的量产,整个生产会有不断的开发,包括我们的商友五大主要的供应商,到今年年底的时候全部进入3DNAND的市场。但是在这过程当中有一些事情就需要跟大家交流一下,因为在这过程当中我们的所主要的闪存器件厂从2D到3D过渡的时候,或者19纳米或者再往上这一些生产线停掉要切换成3D,但是切换需要一个时间,老的工艺也停了比如说15纳米、16纳米,但是你做的产品是这一些已有的工艺,如果你做成新的组件,新的SSD还有一个适配过程,所以这一些还是基于产能颗粒还是大量充斥市场,包括主流的厂商目前都是这么一个情况。到了下半年有一些新产品进入,到了明年上半年几乎主流的长上都会转向3INAND,所以这种态势底下,到了明年上半年市场上SSD产品的供应预计会得到一定的缓解。但是具体大家拿到的成本会有多少呢?这就不好说了,这取决于明年的需求匹配。

我们的第四代、第五代我们到底有多少层?有人说96层,有的128层,有的是说158层,这是美好的愿景,但是做成多少谁也不知道,就是3GB哪一个小的盒内核,我还可以缩短赤尊来提高它的密度,并不是网上完全得堆叠。这带来一个小小的挑战,因为我们第蓝代内核做到152GB,我个小颗粒就可以做到512GBT。所以在这种情况底下我们做成480G,但是我只有小颗粒带在那里面,性能能不能满足大家的要求呢?也有可能不满足。也就是说以前在几年五大家都在抱怨,SSD你就不能把两做大一点。现在就是能不能把SSD做小一点,做太多以后就是每一GB所带来的性能下降,前端的下降这涉及多方面,就是控制器方面提高性能。它有可能下降有可能是持平及但是希望喜虎的是我容量在提升的时候,随着那个尺度也在往上提升,如果你的容量增大,但是并没有上升,甚至下降这也不行所以有客户跟我们交流你们能不能做小的SSD。这一些厂商和伙伴他们也会遇到类似的问题,我们未来能不能提供100G、200G五的喷砂,所以肯定会比较困难。所以未来容量做大,容量也只能大。但是未来买800G跟现在买400G的成本是一一样所以你不用大担心性能,你只是说我的成本可能不上升或者少上升这是非常有可能的。到20D纳米的转换在下降,所以BT输出就是GB产能我一直在往上提,但是到了3D如果未来成为保持类似的低价的速度,现在中间问题有一个坑,就是在2010年到2018年的时候工艺转换和产品转换在这过程当中,它可能会有少量的波动。为什么?因为31转换它的代价非常高,它的成本非常高,并不像一个2D到2D转换,不管是使用的近视空间还是你使用的工具所需要的采购成本以及研发成本都是比以前每一代隔代的提高好几倍。但是未来3D转换还需不需要这么多?应该是不需要可能会少一些。

SSD这十年,2008年的时候也就是被我们收购了闪迪,所以2008年推出一个闪迪加速卡当时只有160G非常小。到2015年的已经能做到3.2TB这都是半高半长的,现在一块卡可以做7.68TB的容量。它的性能也提高了数倍,这指的是三四倍。所以这也是在近十年之内能够达成的。下一代做成SSD也会120TB,但是谁会要这么大,可能不多,我们现在包括整个业界都是保持1T、2T、8T,所以这是一个面板和面包的关系。

所以现在SSD高性能这一块,这是我们厂的图,经过了十来年的发展,现在除了插卡还有U.2,而在一个企业基本上都是U.2。今年会大量的切入市场,这个东西有什么用呢?传统的SSD五大家都在用SAASSSD,就是实现冗余。U.2它是性能比SAAS,未来致力于一些企业级加密这一些TS机的功能,还有一些新的形态在出现比如说企业级的,这是用在云计算的主机里面,因为传统的U.2占前面的插槽,M2可以放在机器的肚子里面,对云服务器来说不是一个问题。

第二就是入门级的PCIESSD,但是它的性能改了性能会提高数倍,在其他的友商提出了许久,未来会多使劲,它的主要的目的就是做SATA替代。当然SATA最大的特点价格够低性能够用,长期存在市场,因为整个平台的结合性非常好,所以你想要SATA非常够用又廉价的方案是非常适用。SAS SSD没有特别听说,左边这一款迭代四到五代,右边也是四到五代。

这是我今天给大家带来的主要分享,谢谢大家。

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