為實現更高儲存密度, NAND Flash的堆疊層數不斷增加, 單一晶胞內能儲存的資訊也越來越多. 目前NAND Flash晶片已經進入64層TLC時代, 展望2019年, 三星(Samsung), 東芝(Toshiba)等業者都將進一步推出96層QLC顆粒. 為了因應即將量產的新一代NAND Flash規格特性, 台灣兩大SSD控制器業者群聯和慧榮, 皆已備妥對應的解決方案.
兩大台系SSD業者展示QLC火力
群聯電子發言人於紹庭表示, 3D NAND Flash技術不斷推進, 目前64層TLC已經是相當穩定的產品. 而為了進一步提升儲存密度, NAND Flash供應商正在努力往96層QLC發展, 屆時單一顆粒的儲存容量將可達1TB. 其實, 目前已經有業者發表採用QLC架構的64層3D NAND Flash, 但技術驗證的意味濃厚, 預計要等到2019年推出的96層3D NAND Flash, 才會開始大量採用QLC.
慧榮科技產品企劃部專案經理鄭元順則指出, 目前美光(Micron)/英特爾(Intel)在QLC技術的進展最快, 已經有小量64層QLC NAND Flash應用在伺服器所使用的SSD上, 但平心而論, 其主打特點在於性價比, 至於效能只能說是表現平平. 但由於QLC是業界必然的發展趨勢, 接下來東芝, 三星也會陸續推出基於QLC的64層NAND Flash顆粒, 因此, 作為SSD控制器供應商, 在產品布局上還是得做好準備.
為了因應此一技術發展趨勢, 群聯在Computex期間正式發表其第一款支援3D QLC的控制晶片. 由於QLC架構雖可實現更高的儲存密度, 但數據儲存的可靠度跟讀寫速度卻會受到影響, 因此該控制器搭載了群聯自行研發的第四代SmartECC技術, 在PCIe Gen3×4的頻寬下, 循序讀寫效能均可達3,200MB/s, IOPS則均為600K.
群聯進一步解釋, 當數據被寫入到NAND Flash內部時, 其支援SmartECC的控制器同時會產生一組校正碼, 與數據一起存入. 數據從NAND讀回時若發生錯誤, 控制晶片會透過校正碼更正數據, 若該錯誤無法透過ECC校正碼成功更正, 這筆數據就會進入SmartECC的補救流程, 藉由特別設計的演演算法修正數據, 提高數據可靠性.
不讓群聯專美於前, 慧榮也在Computex期間發表其新一代PCIe SSD控制器, 支援最新的3D TLC和QLC NAND. 而為了提高數據儲存的可靠度, 其控制器搭配慧榮獨有的韌體技術, 包括端到端數據路徑保護, SRAM ECC, 結合LDPC和RAID的最新第五代NANDXtend ECC技術. 至於在讀寫性能方面, 其PCIe Gen3×4控制器的最大循序讀取速度為達3,500MB/s, 循序寫入速度達3,000GB/s, 隨機讀寫性能則為420K IOPS.
不過, 有業界人士認為, 由於QLC的可靠度比TLC更差, 因此即便96層QLC顆粒在2019年進入量產, 要應用在固態硬碟(SSD)上, 可能還需要一段時間. 採用96層QLC顆粒的第一批終端應用產品應該不會是固態硬碟, 而是USB隨身碟這類對可靠度要求較低的應用.
SSD效能破表 散熱問題如影隨形
除了儲存容量可望因QLC顆粒的導入而持續成長之外, SSD的效能也在不斷進化. 隨著電競熱潮持續延燒, 現在高階消費性SSD的性能表現, 已經不下於鎖定數據中心, 伺服器等專業用途的SSD, 而這也使得其散熱成為一個業界必須認真面對的挑戰.
群聯表示, 目前應用在數據中心或伺服器上的PCIe Gen3×4 SSD, 為了確保其穩定運作, 且不會因為過熱而降速, 通常客戶會在SSD上外掛散熱模組, 有些比較講究的客戶還會在進行產品整合設計時, 設法讓伺服器內的風扇氣流能照顧到SSD所在的區域. 性能表現不下於企業用SSD的高階電競SSD, 必然也會遇到散熱問題, 因此群聯在針對電競市場開發的SSD參考設計中, 均導入散熱片, 以強化SSD的散熱能力.
鄭元順則指出, 高效能SSD的散熱, 確實是必須審慎考慮的問題. 為了追求模組的外觀尺寸小型化, 業界採用M.2一系列規格作為SSD模組的標準, 但這個規格有個很大的問題, 就是散熱性不佳. 在顆粒跟介面的速度還不快的時候, 這個問題沒有被凸顯出來, 但隨著PCIe Gen3×4的普及率越來越高, 這個規格不利於散熱的問題也日益浮現.
有鑒於此, 慧榮在開發控制器晶片時, 特別將低功耗列為重點設計目標. 這不只是為了省電, 同時也是為了降低發熱問題. 與前一代控制器相比, 新一代控制器在全速運作時的溫度, 從原本最高攝氏78.6度降低到55.2度, 有助於減少SSD產品過熱, 降速運作等問題產生.
不過, 隨著PCIe Gen4標準底定, 未來SSD使用的介面從PCIe Gen3升級到Gen4, 只是時間問題. 鄭元順預期, 到了PCIe Gen4時代, 散熱片應該會成為SSD的標準配備, 因為Gen4的速度太快, 發熱問題肯定會比現在更嚴重, 散熱片或將成為標準配備.