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除了读写5.0G/s PCIe 4.0还有啥能耐?

2019年07月15日  | 移动技术网科技  | 我要评论
台北电脑展上,amd的7nm燃和x570系列主板的发布燃爆全场,正式意味着pcie 4.0进入实用阶段。 带宽直接从8gt/s翻倍达到16gt/s,带宽越大,能够瞬间

台北电脑展上,amd的7nm燃和x570系列主板的发布燃爆全场,正式意味着pcie 4.0进入实用阶段。

带宽直接从8gt/s翻倍达到16gt/s,带宽越大,能够瞬间传输的数据也就越多,所以nvme 协议的 ssd才能做出容量更大,速度更快的产品。

那么再加上qlc闪存,它们能在ssd身上碰撞出怎样的火花呢?又会对未来的ssd市场造成怎么样的影响呢?

qlc+4d nand让tb级ssd不再遥远

我们都知道固态硬盘采用闪存颗粒nand flash作为存储介质,所以它是固态硬盘中最重要的构成部分,其好坏也就决定着固态硬盘质量的好坏。

nand flash是目前最常见的存储芯片,当其存储密度不断提升的同时,成本也会变得越来越敏感,因为flash闪存的成本取决于其芯片面积,所以如果可以在同一区域存储更多数据,flash将更具成本效益。

所以我们使用的nand flash从slc发展到了现如今的tlc,以及即将大批量出货的qlc。

除了读写5.0g/s pcie 4.0还有啥能耐?

我们常见的闪存类型主要有slc、mlc、tlc、qlc这几种,在slc闪存中,每个存储单元仅存储一位信息,这使得读取单元格更快捷,因为磨损的影响小所以寿命比较长,但价格较较高。

mlc闪存每个存储器单元存储两位信息,读取速度和寿命都低于slc,但价格也便宜2到4倍。

tlc闪存每个存储器单元存储3位信息,相比于前者更适合消费级使用,而qlc闪存则是每个存储器单元能够存储4位信息以存储更多的信息,所以我们可以看到目前采用qlc闪存的ssd容量基本都是tb起步,三星的860 qvo最高甚至可以达到4tb的容量。

除了三星以外,美光在qlc闪存方面也是动作频频,美光是最早大规模量产3d qlc闪存的厂商之一。

根据其发布的财报数据来看,美光上季度用于固态硬盘的3d qlc闪存出货量环比增长了75%,足以可见qlc闪存的市场竞争力,毕竟它的价格优势是tlc和mlc闪存所无法比拟的。

sk海力士在今年6月推出了业内首款128层tlc 4d nand flash,并宣称已经开始批量生产,容量为1tb,目前闪存制造厂商主要是集中提高96层3d nand。

而sk 海力士推出的128层4d nand是目前业界最高的垂直堆叠高度,具有超过3600亿个nand单元,在96层nand的基础上堆叠多达32层实现128层堆叠。

它最大优势是小芯片尺寸,使其能够实现1tb超高密度的nand flash。

同时在1.2v时实现了1400mbps的数据传输速率,可以为终端市场提供高性能和低功耗的移动解决方案和企业级ssd解决方案,预计将在2020年面世。

sk海力士全球销售与营销负责人jong hoon oh表示 “sk海力士通过128层4d nand确保了其nand业务的竞争力,凭借该产品在业界的最高堆叠和容量密度,我们将在合适的时间为客户提供各种解决方案。” 

qlc寿命和性能已无需担心

在2d nand闪存时代,闪存制造厂商为了追求nand容量的提升,需要不断提升nand制程工艺,但在3d nand时代,提升nand容量靠的不是微缩制程工艺了,而是靠堆栈的层数。

我们以tlc闪存为例,其问世于2d nand闪存时代,遭遇了诸多寿命、性能上的考验,最初发布的tlc闪存p/e寿命只有100-150次。

但是随着nand技术的进步、纠错技术的改良,p/e寿命不断提升,逐渐被市场所接受并且发展成为主流,在3d nand时代的qlc闪存在可靠性上跟2d nand时代的tlc、qlc完全不同,p/e寿命已经不再是我们需要担心的问题。

目前主流的qlc闪存已经能够实现1000pe的寿命,这已经与tlc闪存ssd没有差距,并且目前三星、美光、英特尔等厂商的量产qlc闪存,均提供了3到五年的质保,所以不用对它的寿命存在担心。

除了读写5.0g/s pcie 4.0还有啥能耐?
860qvo 2tb测试成绩

我们都知道由于内部工作机制以及结构的原因,ssd的io性能和4k性能要远好于机械硬盘,我们以三星的860qvo为例,在空盘的情况下读写也是双双到了500mb/s以上,4k性能约91k和86k iops,相当不错。

这对日常的pc小文件以及游戏的读取速度非常有帮助,在写入数据超出其缓存区大小以后,速度为100mb/s左右,依然远远强于机械硬盘,所以在slc动态缓存承受范围内,qlc闪存ssd的使用体验与tlc闪存ssd是没有区别的。

pcie 4.0助力大容量qlc ssd普及

群联在新技术方面一直处于业界领先地位,旗下的ps3111-s11t搭配美光n18 64层堆叠3d qlc,s13t、e13t搭配东芝bics4 96层堆叠3d qlc,为存储厂商打造更大存储容量的qlc ssd做好了充足的准备。

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群联qlc主控

tlc闪存目前占据着85%的nand市场需求,由于制造成本的原因,mlc、slc已经基本退出市场,这也就意味着qlc闪存的ssd已经开始面向市场,走进了寻常百姓家,毕竟实实在在的优惠价格摆在那里,更便宜的价格换来更大的容量,没人愿意拒绝。

我们现行的pcie 3.0规范,信号速率为8gt/s,编码方式是128b/130b模式,即每传输128个bit,需要发送130个bit。

那么,pcie 3.0协议的每一条lane支持8*128/130=7.877gbps=984.6mb/s的速率,一条pcie 3.0 x16的通道,x16的可用带宽为7.877*16=126.031gbps=15.754gb/s,双向带宽高达31.5gb/s。

而pcie 4.0,则是将这个带宽再翻一倍。带宽越大,能够瞬间传输的数据也就越多,这意味着新的芯片lane4条就可以达到8条甚至16条的能力,所以nvme 协议的 ssd才能做出容量更大,速度更快的产品。

让我们回到开头的pcie 4.0 ssd,在今年五月份的台北电脑展上,群联发布了业界首款pcie 4.0 ssd主控,ps5016-e16,这是群联目前的旗舰产品,也是消费应用市场上领先业界且唯一的pcie gen4x4 nvme ssd控制芯片。

采用28nm制程且搭载最新的96层3d nand闪存以及第四代的ldpc纠错引擎,群联ps5016-e16控制芯片最高效能达到5gb/s,这也是目前ssd所能达到的最快速度了。

技嘉也借着这次机会在台北电脑展上给我们放了个大招,展示了旗下8tb基于群联e16主控的pci-e 4.0 aic ssd,读取速度达到了15000mb/s。

除此之外,美商海盗船、影驰等都推出了基于群联pci-e 4.0 e16主控的固态硬盘,读写速度均到了4.0gb/s以上,并且目前已经发售。

随着5g物联网时代的来临,预计在2-3年的时间,家庭使用场景下启用数据互联的设备将急剧增加,pc将有可能成为个人服务器和数据处理中心的存在。

而个人pc数据处理中心需求也将会渐渐浮现,有不少科研机构预计了我们未来的存储使用场景,未来更可能是以500gb左右的tlc或者mlc闪存盘来做系统主盘,用2tb或者更大的qlc固态硬盘当做仓库盘这样便能完美的发挥各自优点,避开不足。

再加上pcie 4.0的背书,势必将会给我们的使用体验带来巨大变革。

pcie4.0 ssd虽然听着很美好,但它缺点也是实实在在存在的,因为目前要使用它的话需要升级一整套硬件,而且ssd本身的价格也相当昂贵,目前还只能远观。

但随着个人pc数据吞吐的速度需求的增加,以及配套硬件的逐渐完善,产生规模效应后,成本将会进一步降低,到那时相信它就能飞入寻常百姓家了。

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