下一代SSD主控——更快,更智能

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现在闪存是存储界最重要的话题,以至于纯粹的存储峰会已经没有多少新的技术亮点了,参加的人也越来越不积极。一年一度的全球闪存峰会(Flash Memory Summit,FMS)反而成了基本涵盖所有存储议题的全球存储峰会。

闪存对于存储产业的变革作用,和AI对计算产业的变革效应差不多。

在2019年的FMS上,异军突起的SSD主控新创公司英韧科技(Innogrit)创始人吴子宁介绍了下一代SSD主控技术。

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存储是整个半导体产业最大的分支,占了三分之一的份额。为什么存储能持续保持高收入?因为存储芯片是按照容量定价,而不是芯片个数定价,所以,存储器厂商只需要想办法把单颗芯片的容量不断做大,甚至翻倍,确保存储容量的增长速度快于存储价格下降速度,就能获得巨大收益。

而存储容量持续增长的动力,还是来自于人类对于数据的高速需求。目前存储产业的根本矛盾,还是存储容量和性能的增长速度无法满足人民群众对海量数据的高速增长的需求。

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随着5G和4K、8K时代的来临,我们的手机、可穿戴、物联网、云计算数据量呈爆发式增长,如上图,2025年数据量将达到175ZB,也就是需要1750亿个1TB的硬盘才能装得下,需要造更多的闪存芯片才够用。

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5G来临,网速很快的时候,很多数据要放到数据中心,用手机访问云端数据速度还是很快,照片和视频都可以在线观看。这对数据中心SSD提出了更高的性能要求。如上图,页面加载慢0.5秒导致销售下降10%,0.4秒延迟造成0.44%搜索量下降。

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所以还是要想办法缩短延迟。如上图,分析一下数据中心延迟的来源,SSD、网络、软件是三部分,SSD最关键,通过NVMeOF拉近客户端和存储服务器的距离,可以缩短软件和网络的延迟。通过低延迟SSD降低SSD内部的延迟。

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降低SSD延迟对SSD主控提出了新的要求,不只是支持新介质那么简单,在数据通路和接口方面也要做出新的设计,为新存储介质优化数据通道。如上图,通过采用XL-Flash等缩短介质延迟,控制器采用新的ECC纠错算法缩短时间,PCIe Gen 4也缩短了数据传输时间。最终把延迟缩短接近10倍!

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如上图,采用英韧科技最新的PCIe 4.0主控Tacoma后,即使IO Depth到8,延迟也只有不到20us。

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延迟缩短的同时,相比TLC,新型XL-Flash SSD的IOPS增长更快。

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考虑到性能和成本,数据中心的更好选择是低延迟介质+TLC NAND混合使用,二八定律。高频访问的热数据放在SCM,普通数据放在TLC或QLC。

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但是冷热数据分离又增加了用户的工作量,要想让事情更简单,就需要SSD主控更加智能,自己通过人工智能(NN:Neural Network,神经网络)算法区分冷热数据。

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上图是英韧科技SSD主控Tacoma的内部结构,通过神经网络加速器对数据进行智能分析,并分成冷热数据存储到SCM低延迟介质或TLC。

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最终PCIe 4.0×4的SSD性能达到7GB/s和150万的IOPS、10us延迟,已经是几年前无法想象了。

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所以,新一代SSD主控要更快:支持PCIe 4.0并为SCM低延迟介质做专用通道;更智能:通过人工智能对数据进行分析和加速。

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