Компания TrendForce обнародовала прогноз по мировому рынку SSD корпоративного класса на основе флеш-памяти QLC NAND (четыре бита информации в ячейке). Аналитики полагают, что спрос на такие накопители будет быстро расти на фоне стремительного развития рынка ИИ.

TrendForce выделяет две основные причины повышения интереса к решениям QLC со cтороны операторов облачных платформ и дата-центров, ориентированных на ИИ. Это высокая скорость чтения данных и улучшенная совокупная стоимость владения по сравнению с HDD.

Отмечается, что в случае с корпоративными HDD сейчас применяются устройства вместимостью преимущественно 20–24 Тбайт, тогда как QLC SSD обеспечивают ёмкость до 64 Тбайт. Таким образом, достигается значительная экономия места для размещения накопителей в стойках ЦОД. Кроме того, сокращается энергопотребление, благодаря чему снижаются затраты на поддержание работы СХД. При этом SSD на базе QLC позволяют эффективно решать ИИ-задачи, связанные с инференсом, когда производится интенсивное чтение информации, а не запись.

Источник изображения: TrendForce

В настоящее время только Solidigm и Samsung имеют сертифицированные продукты QLC. По оценкам, в IV квартале 2023 года Samsung занимала приблизительно 45 % рынка SSD корпоративного класса, а Solidigm/SK hynix  — 32%. Ещё около 10 % пришлось на Micron, 8 % — на Kioxia, 4 % — на Western Digital. В связи с ростом заказов на продукты QLC компания Solidigm планирует расширить производство 144-слойных чипов флеш-памяти во II половине 2024 года. Samsung, которая пока специализируется на 176-слойных изделиях и не имеет серьёзных конкурентов, извлекает выгоду из ограниченного предложения QLC SSD высокой ёмкости.

TrendForce прогнозирует, что поставки серверных SSD на базе QLC в плане общей ёмкости достигнут 30 Эбайт в 2024 году, увеличившись в четыре раза по сравнению с 2023-м. При этом ожидается рост контрактных цен на SSD корпоративного класса на 23–28 % в I четверти 2024 года (в квартальном исчислении), на 20–25 % во II четверти и на 5–10 % в III четверти года.

Компания Transcend Information анонсировала SSD MTE560P в формате M.2 2280 вместимостью 160 Гбайт. Изделие предназначено для эксплуатации в суровых условиях: это могут быть системы промышленной автоматизации, оборудование для транспортной отрасли, платформы круглосуточного видеонаблюдения и пр.

Использованы 112-слойные чипы флеш-памяти 3D TLC NAND; для подключения служит интерфейс PCIe 4.0 x4 (NVMe). Заявленная скорость последовательного чтения информации достигает 3800 Мбайт/с, скорость последовательной записи — 3000 Мбайт/с. Значение IOPS на операциях произвольного чтения и записи данных блоками по 4 Кбайт — до 190 тыс. и 420 тыс. соответственно.

В накопителе реализован SLC-режим, который превращает память TLC в SLC. В этом случае каждая ячейка TLC обрабатывает только 1 бит данных — как в случае с традиционными изделиями SLC. В результате, достигается повышенная надёжность при снижении стоимости. Заявленное количество циклов записи/стирания составляет 100 тыс. Накопители способны выдерживать до 31,8 полных перезаписи в сутки (показатель DWPD) на протяжении трёх лет. Показетель TBW составляет 5580.

Источник изображения: Transcend

Реализована совместимость со стандартами TCG Opal 2.0 и IEEE 1667. Поддерживается шифрование по алгоритму AES-256. Средства Power Loss Protection (PLP) отвечают за сохранность данных при внезапном отключении питания, а инструмент Dynamic Thermal Throttling помогает увеличить срок службы устройства. Значение MTBF (средняя наработка на отказ) — 3 млн часов. Диапазон рабочих температур простирается от -40 до +85 °C. Предоставляется трёхлетняя гарантия.

Компания Exascend анонсировала SSD повышенной надёжности семейства PR4, предназначенные для эксплуатации в экстремальных условиях, включая космическое пространство. В серию вошли изделия в форматах M.2 2280/2242, E1.S и U.2 с интерфейсом PCIe 4.0 (NVMe 1.4).

Накопители выполнены по технологии Neutron Shield 2.0, которая обеспечивает защиту от радиации. Средства Dual Power Loss Protection (PLP) отвечают за сохранность данных при внезапном отключении питания. Устройства соответствуют стандарту MIL-STD-810, что означает защиту от ударов, вибрации и других воздействий. Специальное покрытие ограждает от негативного воздействия влаги. Диапазон рабочих температур простирается от -40 до +85 °C.

Применены 176-слойные чипы флеш-памяти 3D TLC. Изделия M.2 имеют вместимость от 960 Гбайт до 7,68 Тбайт. Заявленная скорость последовательного чтения и записи данных достигает соответственно 3200 и 3000 Мбайт/с. Показатель IOPS (операций ввода/вывода в секунду) при работе с блоками по 4 Кбайт — до 400 тыс. при произвольном чтении и до 50 тыс. при произвольной записи. Устройства E1.S также имеют ёмкость от 960 Гбайт до 7,68 Тбайт, а SSD формата U.2 — от 960 Гбайт до 15,36 Тбайт. У накопителей этих двух типов скорость чтения составляет до 3500 Мбайт/с, скорость записи — до 3000 Мбайт/с. Значение IOPS при чтении и записи — до 500 тыс. и 55 тыс. соответственно.

Источник изображения: Exascend

В новинках реализованы технологии Exascend Adaptive Thermal Control и SuperCruise, оптимизирующие производительность путём интеллектуального управления температурным режимом и использования специальных алгоритмов записи. Говорится о поддержке TCG Opal 2.0 и шифрования AES-256. Значение MTBF (средняя наработка на отказ) — 2 млн часов. Накопители способны выдерживать до 0,6 полных перезаписи в сутки (показатель DWPD) на протяжении трёх лет. Энергопотребление в активном режиме не превышает 8 Вт, в режиме простоя — 1 Вт. Предоставляется трёхлетняя гарантия.

Компания Micron Technology анонсировала изделие 4150AT: это, как утверждается, первый в мире 4-портовый SSD. Новинка может напрямую подключаться к четырём SoC одновременно, что позволяет организовать централизованное хранение данных. При этом отпадает необходимость в использовании коммутационных чипов. Новинка ориентирована на сектор интеллектуальных автомобилей, системы которых генерируют большие массивы информации.

Накопитель 4150AT выполнен на основе 176-слойной флеш-памяти TLC NAND. Задействован интерфейс PCIe 4.0 (NVMe 2.0). Решение поддерживает технологию SR-IOV и позволяет обслуживать до 64 ВМ. Говорится о повышенной надёжности. Диапазон рабочих температур простирается от -40 до +115 °C.

Источник изображения: Micron

В семейство 4150AT вошли модификации вместимостью 220, 440 и 900 Гбайт, а также 1,8 Тбайт. Заявленный показатель IOPS (операций ввода/вывода в секунду) при работе с блоками данных по 4 Кбайт достигает 600 тыс. при произвольном чтении и 100 тыс. при произвольной записи. Величина MTTF (средняя наработка на отказ) превышает 10 млн часов.

Благодаря возможности подключения четырёх бортовых SoC одновременно новые SSD позволяют оптимизировать процесс хранения и обработки информации. Например, системы оказания помощи водителю при движении (ADAS) и информационно-развлекательный комплекс смогут обращаться к одному и тому же набору картографических данных. Это даст возможность снизить стоимость хранения 1 Гбайт информации и отказаться от применения дополнительных накопителей. Пробные поставки 4150AT уже начались.

Компания Pure Storage, специализирующаяся на All-Flash СХД, считает, что дальнейшее увеличение вместимости SSD будет сопряжено с рядом трудностей, продиктованных необходимостью применения DRAM. Об этом, как сообщает ресурс Blocks & Files, рассказал Шон Роузмарин (Shawn Rosemarin), вице-президент Pure по исследованиям и разработкам.

По его словам, коммерческим SSD требуется примерно 1 Гбайт DRAM на каждый 1 Тбайт флеш-памяти. Наличие DRAM необходимо для подсистемы Flash Translation Layer (FTL). По словам Роузмарина, для накопителя ёмкостью 30 Тбайт требуется 30 Гбайт DRAM, для 75 Тбайт — 75 Гбайт и т. д. Таким образом, для SSD вместимостью, например, 128 Тбайт нужно 128 Гбайт DRAM, а это уже сопоставимо с объёмом ОЗУ в сервере.

Источник изображения: Pure Storage

Роузмарин отмечает, что увеличение вместимости корпоративных SSD свыше 30 Тбайт будет проблематично. Во-первых, DRAM заметно дороже NAND, что приведёт к значительному росту стоимости SSD. Во-вторых, из-за увеличения объёма DRAM возрастает энергопотребление, что не только поднимет стоимость владения, но и ухудшит надёжность накопителя. В результате по мере роста вместимости SSD заказчики могут столкнуться с серьёзным увеличением затрат.

Роузмарин заявляет, что единственный способ обойти указанные проблемы — найти более экономичную и менее энергозатратную альтернативу DRAM. Необходимые функции, по его словам, могут быть перенесены непосредственно на ПО СХД. Именно такой подход Pure реализует со своими проприетарными накопителями DFM (Direct Flash Module), последняя модификация которых имеет ёмкость 75 Тбайт. В этих устройствах отсутствует зависимость от DRAM на уровне накопителей.

Компания намерена выпустить DFM ёмкостью 150 Тбайт в 2025 году, а на 300 Тбайт — ориентировочно в 2026-м. В дальнейшие планы входит создание изделий вместимостью 600 Тбайт и 1,2 Пбайт. Аналогичного подхода придерживается и IBM в своих накопителях FlashCore Modules (FCM).

Современные твердотельные накопители хороши всем, но сами принципы, на которых строится NAND-память, наделяют их конечным ресурсом перезаписи, что в некоторых сценариях весьма критично. Специально для таких сценариев предназначен новый SSD Solidigm D7-P5810, анонсированный буквально на днях.

Большая часть современных SSD использует многослойную память 3D TLC NAND, а в погоне за ёмкостью и плотностью упаковки данных практическими всеми производителями NAND-устройств и самих SSD активно осваиваются технологии QLC и PLC, с четырьмя и пятью битами на ячейку, соответственно.

Но это означает пониженный ресурс записи и для использования в качестве устройств strorage class memory (SCM) такие SSD подходят не лучшим образом. Новый Solidigm D7-P5810, однако, использует 144-слойную память 3D NAND в режиме SLC, с одним битом на ячейку. За исключением экзотических технологий, вроде MRAM или почившего в бозе Optane это самый надёжный на сегодня вариант энергонезависимой памяти.

Источник изображений здесь и далее: Solidigm

Именно использование SLC-памяти позволяет компании-производителю заявлять для P5810 общий ресурс записи в 73 Пбайт и 50 полных перезаписей в день в течение пятилетнего гарантийного срока. Наработка на отказ заявлена на уровне 2 млн часов, а показатель UBER не превышает 1 сектор на 10¹⁷ бит. Ёмкость при этом не слишком высока, что характерно для всех SLC-устройств: новинка представлена в вариантах 800 Гбайт и 1,6 Тбайт (появится в первой половине 2024 года).

Solidigm D7-P5810 использует форм-фактор U.2 с интерфейсом NVMe (PCI Express 4.0 x4), что позволяет ему развивать линейные скорости 6400 и 4000 Мбайт/с при чтении и записи соответственно. На случайных операциях при максимальной глубине запроса накопитель обеспечивает 865 тысяч IOPS при чтении и 495 тысяч IOPS при записи. Латентность при этом находится в пределах 10–15 мкс, при случайном чтении она не превышает 53 мкс.

Solidigm D7-P5810 в сравнении с соперниками. Конкурент A — Micron XTR, конкурент B — Kioxia FL6. Источник: Solidigm

Устройство достаточно экономично: в активном состоянии новый SSD потребляет не более 12 Вт, а в режиме простоя — не более 5 Вт. В качестве сценариев использования Solidigm называет кеширование в системах на базе QLC NAND, также он отлично подойдет для HPC-систем или систем сбора данных и логов.

Правда, новый накопитель не уникален: на рынке ему придётся конкурировать с Kioxia FL6 или Micron XTR, также использующими SLC 3D NAND. Оба конкурента имеют варианты с большей ёмкостью (3,2 Тбайт у Kioxia, 1,92 Тбайт у Micron), но заметно уступают Solidigm D7-P5810 в производительности на случайных операциях записи.

Компания Micron Technology анонсировала SSD семейств 6500 ION и XTR, предназначенные для применения в ЦОД. Изделия используют для обмена данными интерфейс PCIe 4.0 x4 (спецификация NVMe 2.0), благодаря чему достигаются высокие скоростные показатели. При этом решения серии XTR отличаются улучшенной долговечностью.

Накопители Micron 6500 ION выполнены на основе чипов памяти TLC NAND (Micron 232L Performance TLC). Разработчик утверждает, что по стоимости эти устройства сравнимы с SSD на базе QLC NAND. Вместимость составляет 30,72 Тбайт. Таким образом, операторы дата-центров получат эффективное решение для построения массивов хранения большой ёмкости.

Заявленная скорость последовательного чтения данных достигает 6,8 Гбайт/с, скорость последовательной записи — 5,0 Гбайт/с. Показатель IOPS при произвольных чтении и записи информации блоками по 4 Кбайт — до 1 млн и 200 тыс. соответственно. Накопители могут выдерживать до одной полной перезаписи в сутки (показатель DWPD). Предусмотрены два варианта исполнения: SFF U.3 толщиной 15 мм и E1.L толщиной 9,5 мм.

Источник изображений: Micron

Решения Micron XTR, в свою очередь, используют чипы памяти Micron 176L SLC. SSD доступны в формате SFF U.3 толщиной 15 мм. Вместимость составляет 960 Гбайт и 1,92 Тбайт. Скорость последовательного чтения в обоих случаях достигает 6,8 Гбайт/с, скорость последовательной записи — 5,3 и 5,6 Гбайт/с соответственно. Величина IOPS при чтении — до 900 тыс., при записи — до 250 тыс. и 350 тыс. Эти накопители обеспечивают высочайшую надёжность: значение DWPD равно 60 при последовательной записи и 35 при произвольной записи.

По мере внедрения новых версий PCI Express растут и линейные скорости SSD. Не столь давно 3-4 Гбайт/с было рекордно высоким показателем, но разработчики уже штурмуют вершины за пределами 10 Гбайт/с. Компания Kioxia, крупный производитель флеш-памяти и устройств на её основе, объявила на конференции 2023 China Flash Market о новом поколении серверных накопителей, способных читать данные со скоростью 13,5 Гбайт/с.

Новые высокоскоростные SSD будут построены на базе технологии XL-FLASH второго поколения. Первое поколение этих чипов компания (тогда Toshiba) представила ещё в 2019 году. В основе лежат наработки по BiCS 3D в однобитовом варианте, что позволяет устройствам на базе этой памяти занимать нишу Storage Class Memory (SCM) и служить заменой ушедшей с рынка технологии Intel Optane.

Источник здесь и далее: Twitter@9550pro

Как уже сообщалось ранее, XL-FLASH второго поколения использует двухбитовый режим MLC, но в любом случае новые SSD Kioxia в полной мере раскроют потенциал PCI Express 5.0. Они не только смогут читать данные на скорости 13,5 Гбайт/с и записывать их на скорости 9,7 Гбайт/с, но и обеспечат высокую производительность на случайных операциях: до 3 млн IOPS при чтении и 1,06 млн IOPS при записи. Время отклика для операций чтения заявлено на уровне 27 мкс, против 29 мкс у XL-FLASH первого поколения.

Kioxia полагает, что PCI Express 5.0 и CXL 1.x станут стандартами для серверных флеш-платформ класса SCM надолго — господство этих интерфейсов продлится минимум до конца 2025 года, лишь в 2026 году следует ожидать появления первых решений с поддержкой PCI Express 6.0. Активный переход на более новую версию CXL ожидается в течение 2025 года. Пока неизвестно, как планирует ответить на активность Kioxia другой крупный производитель флеш-памяти, Samsung Electronics, которая также располагает высокопроизводительной разновидностью NAND под названием Z-NAND.

Western Digital анонсировала технологию OptiNAND, которая, по её словам, полностью меняет архитектуру жёстких дисков и вместе с ePMR открывает путь к созданию накопителей ёмкостью более 20 Тбайт (от 2,2 Тбайт на пластину) даже при использовании CMR — вплоть до 50 Тбайт во второй половине этого десятилетия. OptiNAND предполагает интеграцию индустриального UFS-накопителя серии iNAND непосредственно в HDD. Но это не просто ещё один вариант NAND-кеша.

Увеличение ёмкости одной пластины происходит благодаря повышению плотности размещения дорожек, что, правда, на современном этапе развития жёстких дисков требует различных ухищрений: заполнение корпуса гелием, использование продвинутых актуаторов, применение новых материалов, требующих энергетической поддержки записи (MAMR, HAMR и т.д.). Вместе с тем механическая часть накопителей не столь «тонка» и подвержена различным колебаниям, которые могут повлиять на запись и считывание столь плотно упакованных дорожек.

При производстве жёстких дисков делается калибровка и учёт этих ошибок в позиционировании головки (RRO, repeatable run out), а данные (речь идёт о гигабайтах) обычно записываются непосредственно на пластины, откуда и считываются во время работы накопителя. В случае OptiNAND эти мета✴-данные попадают во флеш-память, позволяя высвободить место. Правда, пока не уточняется, насколько это значимо на фоне общей ёмкости пластины.

Второй важный тип мета✴-данных, который теперь попадает в iNAND, — это информация о произведённых операциях записи. При повышении плотности размещения риск того, что запись на одну дорожку повлияет на данные в соседней, резко увеличивается. Поэтому, опираясь на данные о прошлых записях, жёсткий диск периодически перезаписывает данные соседних дорожек для повышения сохранности информации.

В старых накопителях одна такая операция приходилась примерно на 10 тыс. записей, в современных — на менее, чем на 10 записей. Причём учёт ведётся именно на уровне дорожек. iNAND же позволяет повысить точность отслеживания записей до секторов, что, в свою очередь, позволяет разнести операции перезаписи в пространстве и времени, снизив общую нагрузку на накопитель и повысив плотность размещения дорожек без ущерба для производительности, поскольку надо тратить меньше времени на «самообслуживание».

Наконец, быстрая и ёмкая UFS (вплоть до 3.1) позволяет сохранить в 50 раз больше данных и мета✴-данных из DRAM в сравнении с жёсткими дисками без OptiNAND в случае аварийного отключения накопителя и в целом повысить его производительность, причём в независимости от того, включено ли кеширование записи или нет. Кроме того, новый слой памяти позволяет лучше оптимизировать прошивку под конкретные задачи — будут использоваться 162-слойные TLC-чипы от Kioxia, которые можно настроить в том числе на работу в режиме SLC.

Western Digital планирует использовать OptiNAND в большинстве серий своих жёстких дисков, предназначенных для облаков и гиперскейлеров, корпоративных нужд (Gold), систем видеонаблюдения (Purple) и NAS (Red). Первые образцы 20-Тбайт накопителей (CMR + ePMR) с OptiNAND уже тестируются избранными клиентами компании. А вот о потребительских решениях пока ничего сказано не было.