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SSD要进入PB级时代?或将在未来十年内的某个时候实现
2023-05-23 来源:全球半导体观察
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关键词: SSD 三星电子 芯片

得益于固态存储的性能优势,SSD(固态硬盘)应用十分广泛。除了生活中常见的笔记本电脑外,SSD还应用于车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。


目前,消费级SSD常见容量包括256GB、512GB、1TB、2TB、4TB这几种,企业级SSD容量则更大一些,可达16TB、32TB、64TB、甚至128TB。

这并不是SSD容量的“天花板”,未来存储厂商还将让SSD容量突破300TB,甚至达到1024TB。


SSD狂飙:未来十年单颗容量可达1PB

近日,三星电子对外表示,预计在未来十年单颗SSD的容量可达1PB(1024TB)。


三星表示物理缩放技术、逻辑缩放技术和封装技术的日益成熟,加速推动 3D NAND 的发展,预计未来十年单颗 SSD 容量可高达 1PB。

三星表示新技术将进一步减少 NAND 闪存单元尺寸、增加层数,让每一层能够存储更多数据。

三星在过去几年推动 SSD 技术的落地,2016 年率先量产 15.36TB 的 SSD;在 2017 年又推出基于 3D TLC 的 30.72TB 产品。

三星还在 2019 年展示了 64TB SSD,然后在 2021 年展示了基于 3D QLC NAND 的 128TB 原型 SSD,但这些设备尚未进入量产阶段。

其中,物理缩放技术包括三种技术,分别为横向/垂直收缩(一种减少每个存储单元大小的方法)、垂直堆叠技术(一种添加更多WL堆栈的方法,从而增加内存单元的数量)、电池在外围技术(一种减少硅面积的方法,把外围电路放在存储单元下面),用于提高性能和降低成本,以响应应用程序和系统处理需求的变化。

逻辑缩放技术,例如QLC技术——涉及到寻找在单个单元中存储更多比特的方法,以便SSD可以保存更多的数据,同时保持轻便和紧凑。QLC技术可以使每个设备每个单元存储4位,相比TLC存储密度提高33%。

封装技术是开发高容量产品的关键,三星已经有能力批量生产32Die堆叠封装(32 die-stack packaging)。

无独有偶,另一家存储相关厂商Pure Storage也在积极探索更高容量SSD。今年3月初,该公司表示,到2025-2026年,公司将推出300TB NVMe SSD。他们计划使用定制的SSD主控搭配3D NAND闪存,用于FlashArray系统,并在定制的FlashBlade操作系统上运行。



迈向PB级容量,PLC与千层NAND Flash大有可为?

随着数据中心等新型技术与应用不断发展,海量存储需求下,大容量SSD成为发展大势。业界预测,本世纪30年代时,PLC闪存与千层堆叠可能会成为PB级SSD的主流之选,闪存颗粒与堆叠技术重要性将进一步凸显。


闪存颗粒

SSD由主控芯片、闪存颗粒与缓存颗粒组成,闪存颗粒在SSD中负责存储数据,占据了SSD 70%-80%的成本,并对SSD性能有决定性影响。可以说,要实现SSD更强的性能、更大的容量,闪存颗粒是关键。

当前SSD闪存颗粒主要是NAND Flash,根据电子单元密度的差异,NAND Flash可分为SLC、MLC、TLC、QLC、PLC,这五种闪存颗粒每单元可存储的信息是层层递进的,以主流TLC为例,其又可被称作三层式存储,成本低,质量、读写速度以及寿命可以满足普通消费者需求,因而被广泛应用于SSD市场。

TLC之后是QLC——四层式存储,具有存储密度大、成本低的优势,三星128TB原型SSD就是基于QLC打造。

相比TLC,PLC在相同的空间内带动SSD容量的进一步扩大。去年8月,Solidigm展示了全球首款正在研发的PLC SSD,其表示,在相同的空间内,使用PLC SSD存储数据量可增加25%,可以用来解决固态存储未来的成本、空间和能耗等问题。该款SSD将首先用于数据中心产品,具体发布和上市时间待定。

SLC、MLC、TLC、QLC、PLC,NAND Flash容量逐步提升,因此,部分业界人士看好PLC在PB级SSD中的应用。不过,从SLC到PLC,容量虽然提升,但性能、可靠性、寿命并未随之优化,PLC SSD的商用落地,仍需要解决上述问题。


闪存堆叠

闪存堆叠技术对SSD容量同样也至关重要,3D NAND Flash的出现,比以往的2D NAND Flash提供了更大存储空间,满足了业界日益增长的存储需求,因而成为主流。

目前3D NAND Flash已经突破200层,大厂方面,三星第8代V-NAND层数达到了236层,采用TLC闪存;美光232层NAND Flash已经量产出货;铠侠和西部数据近期宣布,推出218层3D NAND闪存。

此外,SK海力士238层NAND Flash计划于今年上半年量产,该公司采用的是4D架构方式。

未来存储厂商将持续发力更高层数NAND Flash,美光232层之后,计划推出2YY、3XX与4XX等更高层数产品;铠侠与西数两家公司2032年之前还将陆续推出200层以上、300层以上、400层以上与500层以上闪存技术;SK海力士在近期的ISSCC会议上,展示了300层堆叠第八代3D NAND Flash存储器原型,计划两年内上市;三星则计划在2030年前实现1000层NAND Flash,此举也将助力三星之后推出1PB SSD。

3D NAND Flash层数堆叠前景美好,但与PLC一样,层数不断提高的过程中,也面临不少挑战。比如时间成本,随着层数的增加,生产时间成本随之上升;再比如良率问题,层数的增加,对良率也会形成严峻的挑战。


给力的国产厂商

对于我们广大消费者而言,大家应该也能发现这些年固态硬盘越来越便宜了。过去的内存条,被大家戏称为“金条”,很多人都表示难以忘记那8GB内存1000块钱的时代,甚至那时的厂商们经常有“失火”涨价的。可咱们国产厂商比如长江存储达成技术突破后,将固态硬盘的价格硬生生地打下来了。比如在某多多,致钛2TB的硬盘400多元就能拿下。相比当时同规格一千多的硬盘,消费者自然是义无反顾地支持国产了。

其实这种事发生也不是一次两次了,各种家电产品、显示器、手机……我们都享受到了由国产厂商带来的物美价廉的产品。就连大家熟知的华为,在通信行业中也被其它海外同行所敌视(因为华为将通信行业各种产品报价向下打了一截)。

所以说,低价的优质国产产品,在一定程度上也倒逼了其它厂商降价售卖商品。



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