2016固態硬碟(SSD)技術發展與趨勢

固態硬碟(SSD)較傳統硬碟(HDD)存取速度快,無機械讀取頭可耐受外來衝擊力大,噪音和發熱問題都較傳統硬碟小,擁有許多競爭優勢。近年來受到半導體製程技術快速演進之驅使,SSD儲存空間的容量密度不斷地以倍數增長,連帶單位容量價格也隨之下降,挾帶著更高效能、更高容量、更低價格三項優點加持,儲存市場主流已由HDD轉向SSD。

深耕儲存產品測試領域多年、同時身為中華民國固態磁碟技術推廣協會(Solid State Drive Alliance,簡稱SSDA)成員的百佳泰,將透過本篇文章分享SSDA各家會員廠商對於2016年固態硬碟的展望與各家技術發展,SSDA會員在整個SSD大中華區產業鏈皆扮演著重要角色,他家會員包含行銷全球記憶體模組的威剛科技、快閃記憶體及DRAM儲存工控產品領導品牌的華騰科技、專注於高速介面SSD控制晶片完整技術開發與服務的雲蓮科技、以及來自深圳於中國市場具有舉足輕重地位的SSD品牌企業深圳市金勝電子科技有限公司(KingSpec/金勝维)。

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本篇文章歸納了四大主流趨勢:第一,基於成本考量,部分廠商漸採用容量較大的2D TLC NAND Flash;第二,3D NAND卡位戰將於2016年下半年引爆;第三,PCI-e/NVMe介面產品推出將全面提升儲存效能;第四,工業控制以及企業對SSD儲存需求擴增。

 

產業主流轉向2D TLC NAND

快閃記憶體(NAND FLASH)因占SSD硬體材料成本(BOM Cost)中最大宗,基於成本考量,部分廠商已積極由SLC(Single Level Cell)、MLC(Multi-Level Cell)轉向儲存位元較高的TLC (Triple-Level Cell)世代。TLC雖然可抹寫次數較少、存取速度較MLC稍慢,然其每個單位內可儲存較多資訊;舉威剛科技(ADATA)銷售結構為例,該公司2015年的MLC NAND SSD占總銷售量約80-85%,然今年急速轉向TLC NAND產品,預計將占總銷售額約略70-75%。製造TLC的SSD時雖會面臨較MLC更嚴峻的可靠度挑戰,然威剛透過特殊嚴選製程,可不斷地提高產品競爭力,以確保品質。

 

3D NAND 卡位戰,全面啟動

傳統的平面式快閃記憶體(Planar NAND)因已接近物理極限,無法再遵循莫爾定律(Moore’s Law)成長;然而,最新的3D NAND技術的出現,對快閃記憶體儲存方案帶來極大之影響力。

3D NAND因可垂直堆疊數層資料儲存單位,成功改善SSD密度與成本問題,帶動每單位的儲存成本下降。深圳市金勝電子科技有限公司技術總監馮文智先生表示:「以傳統的平面式64GB NAND Flash芯片来看,一片12吋晶圓如果採用1Xnm MLC可切割600片,若採用1Ynm MLC可切割750片,1Ynm TLC 則可切1000片;3D同樣如此,随着48層3D製程陸續投產,它的成本下降趨勢會越來越明顯」。隨著3D NAND Flash於下半年引爆,威剛科技和深圳市金勝電子科技有限公司,近期分別在市場上推出3D SSD成品;身為產業鏈上游廠商的雲蓮科技,最新開發了一組固態硬碟控制IC ─ MK8115, MK8113及 MK8215,支援最新的3D-MLC及3D-TLC NAND顆粒,搭配其所開發的 ”AgileECC” 保護機制,更加大幅提升資料錯誤偵測更正能力,加上 ”WriteBooster” 加速技術,可提升SSD硬碟至更高性能的水準,完整涵蓋客戶在消費性與工控市場方面的需求。

 

PCI-e/NVMe介面產品推出將全面提升儲存效能

PCI-e突破了SATA Gen 3最大頻寬限制,在讀寫速度上有了極大的提升,若以一個6G容量的PCI-E產品為例,其較SATA Gen 3頻寬快5倍,效能與連續讀寫速度約3倍,深圳市金勝電子科技有限公司和我們分享了PCI-e系列產品,該系列產品採用LSI3008主控制器,能夠支持PCI-e Gen3 X8規格,最大讀寫速度達到4,000MB/S,最大容量規格支援到8 TB。足以滿足一般消費者對於儲存媒介的需求,快速上傳、下載數位內容。

 

工業控制以及企業對SSD儲存需求擴增

在全球聚焦工業4.0、物聯網、大數據應用之下,資料來源多元化、更新速度極快且重視數據真實性的趨勢下,儲存扮演重要角色。工控儲存裝置有別於商規產品,客戶應用上要求高程度客製化(包含硬體、韌體、軟體、以及測試)和高穩定性以滿足特定效能需求與嚴苛環境的挑戰。具25年儲存工控產業經驗的華騰能夠針對不同特定產業應用/業界驗證要求提供對應產品,如工業、國防等獨特嚴苛的應用需求 (IPC/JEDEC、IEC60529、ISO16949、MIL-STD等)。為因應NAND FLASH工規客戶對資料完整性的強烈需求,更進一步改良專利NAND Flash斷電保護技術,將儲存產品中的快取資料一併納入斷電保護機制。工控SSD產品更須經客製化的物料清單(BOM)管控,嚴格控制以支持客戶較長的產品生命週期(可長達3-7年)供應需求。

而隨著網路交易次數愈來愈頻繁,商家對於伺服器平台的要求愈來愈高,企業級用戶無一不希望能夠提高現有伺服器儲存空間、減少使用者等待時間、降低設備功耗節省成本,以及如何在長時間的作業情況下,確保設備安全性與可靠性。深知伺服器的硬碟穩定性及溫度適應性會直接影響伺服器的錯誤頻率及穩定性,SSD產品驗證專家百佳泰,早已率先推出量身訂作的企業級資料庫應用測試方案,包含各種品牌伺服器的相容性測試、企業級應用效能測試、大數據(Big Data)架構效能測試以及產品競爭分析,針對Throughput、IOPs、Latency關鍵效能、耗能等,進行效能比較與分析。

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百佳泰全方位儲存方案服務

除了企業級固態硬碟,百佳泰在工規領域更可提供可靠度測試,包括溫溼度測試、寬溫測試(Thermal Test)以評估SSD在極限環境下的作業能力以及表現狀況;耐久性測試(Endurance Test)以確認SSD在特定時間及溫度下資料沒有錯誤情形;斷電測試(Power Cycle Test)以評估嚴苛環境意外斷電及電源中斷測試(Flush)、系統冷開機及OOB(頻外)偵測等。

針對一般消費型SSD,除了提供SATA、PCI-e等符合SSD標準業界規格測試等,另提供性能測試(Performance Test)、資料完整性測試(Data Integrity Test)、性能(Performance Test)、耗能表現測試(Power Consumption Test)、噪訊干擾測量(Noise Interference)以及百佳泰引以為傲的相容性測試(Compatibility Test),備有來自各個廠牌近千種的PC系統、平板電腦、RAID、晶片組以及作業系統,多元的市場組合來確保客戶的SSD能在不同的平臺組合發揮其應有的功能與效能。

SSD已蔚為儲存市場主流,透過SSDA各會員分享介紹,我們總結了2016 SSD的四大主流趨勢:第一,基於成本考量,部分廠商漸採用2D TLC NAND Flash;第二,3D NAND卡位戰將於2016年下半年引爆;第三,PCI-e/NVMe介面產品推出將全面提升儲存效能;第四,工業控制以及企業對SSD儲存需求擴增。乘著2016固態硬碟成長的翅膀,百佳泰偕同SSDA各家廠商,以大中華區為立足點向外擴展市場,一同迎接更高效能、更高容量、更低價格的固態硬碟產品與技術。