为实现更高储存密度, NAND Flash的堆叠层数不断增加, 单一晶胞内能储存的资讯也越来越多. 目前NAND Flash芯片已经进入64层TLC时代, 展望2019年, 三星(Samsung), 东芝(Toshiba)等业者都将进一步推出96层QLC颗粒. 为了因应即将量产的新一代NAND Flash规格特性, 台湾两大SSD控制器业者群联和慧荣, 皆已备妥对应的解决方案.
两大台系SSD业者展示QLC火力
群联电子发言人于绍庭表示, 3D NAND Flash技术不断推进, 目前64层TLC已经是相当稳定的产品. 而为了进一步提升储存密度, NAND Flash供应商正在努力往96层QLC发展, 届时单一颗粒的储存容量将可达1TB. 其实, 目前已经有业者发表采用QLC架构的64层3D NAND Flash, 但技术验证的意味浓厚, 预计要等到2019年推出的96层3D NAND Flash, 才会开始大量采用QLC.
慧荣科技产品企划部专案经理郑元顺则指出, 目前美光(Micron)/英特尔(Intel)在QLC技术的进展最快, 已经有小量64层QLC NAND Flash应用在服务器所使用的SSD上, 但平心而论, 其主打特点在于性价比, 至于效能只能说是表现平平. 但由于QLC是业界必然的发展趋势, 接下来东芝, 三星也会陆续推出基于QLC的64层NAND Flash颗粒, 因此, 作为SSD控制器供应商, 在产品布局上还是得做好准备.
为了因应此一技术发展趋势, 群联在Computex期间正式发表其第一款支持3D QLC的控制芯片. 由于QLC架构虽可实现更高的储存密度, 但数据储存的可靠度跟读写速度却会受到影响, 因此该控制器搭载了群联自行研发的第四代SmartECC技术, 在PCIe Gen3×4的带宽下, 循序读写效能均可达3,200MB/s, IOPS则均为600K.
群联进一步解释, 当数据被写入到NAND Flash内部时, 其支持SmartECC的控制器同时会产生一组校正码, 与数据一起存入. 数据从NAND读回时若发生错误, 控制芯片会透过校正码更正数据, 若该错误无法透过ECC校正码成功更正, 这笔数据就会进入SmartECC的补救流程, 借由特别设计的演算法修正数据, 提高数据可靠性.
不让群联专美于前, 慧荣也在Computex期间发表其新一代PCIe SSD控制器, 支持最新的3D TLC和QLC NAND. 而为了提高数据储存的可靠度, 其控制器搭配慧荣独有的固件技术, 包括端到端数据路径保护, SRAM ECC, 结合LDPC和RAID的最新第五代NANDXtend ECC技术. 至于在读写性能方面, 其PCIe Gen3×4控制器的最大循序读取速度为达3,500MB/s, 循序写入速度达3,000GB/s, 随机读写性能则为420K IOPS.
不过, 有业界人士认为, 由于QLC的可靠度比TLC更差, 因此即便96层QLC颗粒在2019年进入量产, 要应用在固态硬盘(SSD)上, 可能还需要一段时间. 采用96层QLC颗粒的第一批终端应用产品应该不会是固态硬盘, 而是USB随身碟这类对可靠度要求较低的应用.
SSD效能破表 散热问题如影随形
除了储存容量可望因QLC颗粒的导入而持续成长之外, SSD的效能也在不断进化. 随着电竞热潮持续延烧, 现在高阶消费性SSD的性能表现, 已经不下于锁定数据中心, 服务器等专业用途的SSD, 而这也使得其散热成为一个业界必须认真面对的挑战.
群联表示, 目前应用在数据中心或服务器上的PCIe Gen3×4 SSD, 为了确保其稳定运作, 且不会因为过热而降速, 通常客户会在SSD上外挂散热模组, 有些比较讲究的客户还会在进行产品整合设计时, 设法让服务器内的风扇气流能照顾到SSD所在的区域. 性能表现不下于企业用SSD的高阶电竞SSD, 必然也会遇到散热问题, 因此群联在针对电竞市场开发的SSD参考设计中, 均导入散热片, 以强化SSD的散热能力.
郑元顺则指出, 高效能SSD的散热, 确实是必须审慎考虑的问题. 为了追求模组的外观尺寸小型化, 业界采用M.2一系列规格作为SSD模组的标准, 但这个规格有个很大的问题, 就是散热性不佳. 在颗粒跟接口的速度还不快的时候, 这个问题没有被凸显出来, 但随着PCIe Gen3×4的普及率越来越高, 这个规格不利于散热的问题也日益浮现.
有鉴于此, 慧荣在开发控制器芯片时, 特别将低功耗列为重点设计目标. 这不只是为了省电, 同时也是为了降低发热问题. 与前一代控制器相比, 新一代控制器在全速运作时的温度, 从原本最高摄氏78.6度降低到55.2度, 有助于减少SSD产品过热, 降速运作等问题产生.
不过, 随着PCIe Gen4标准底定, 未来SSD使用的接口从PCIe Gen3升级到Gen4, 只是时间问题. 郑元顺预期, 到了PCIe Gen4时代, 散热片应该会成为SSD的标准配备, 因为Gen4的速度太快, 发热问题肯定会比现在更严重, 散热片或将成为标准配备.