NAND閃存的未來發(fā)展涉及每個存儲單元更多的層和位。與此同時，NVMe-oF、存儲類內(nèi)存和其他新技術(shù)將從根本上改變內(nèi)存和存儲器的應(yīng)用和發(fā)展。

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預(yù)測任何一項技術(shù)的未來發(fā)展從來都不是一件容易的事，內(nèi)存技術(shù)也是如此。但是，當(dāng)涉及到NAND閃存、存儲類內(nèi)存和NVMe-oF的未來發(fā)展時，還是具有很大的可能性。

近年來，這些技術(shù)以驚人的速度發(fā)展，存儲供應(yīng)商提供速度更快的設(shè)備來存儲更多數(shù)據(jù)，并提供更大的耐用性。這并不是說不會遇到障礙，但閃存和其他相關(guān)技術(shù)的未來發(fā)展依然充滿希望。

3D NAND的未來發(fā)展

許多分析人士認(rèn)為，存儲廠商將繼續(xù)在3D NAND閃存中添加層，直到不再可行為止。預(yù)計3D NAND到2021年將達(dá)到192層，到2022年將達(dá)到256層。Forward Insights公司總裁兼首席分析師Gregory Wong表示，預(yù)計存儲廠商將繼續(xù)增加層數(shù)以及位數(shù)，同時降低總體成本。但是，增加層數(shù)意味著不斷增加的資本支出、更高的過程復(fù)雜性和更長的處理時間。

Coughlin Associates公司總裁Tom Coughlin也認(rèn)為，隨著存儲設(shè)備使用更薄的層和層字符串技術(shù)，其層數(shù)將繼續(xù)增加。但是，這些層的厚度和沉積速度有一定限制。他說：“增加層數(shù)將導(dǎo)致更長的晶片生產(chǎn)時間，并需要更多的晶片生產(chǎn)設(shè)備，需要建設(shè)新的生產(chǎn)工廠。”

Coughlin表示，在沒有其他技術(shù)進(jìn)步的情況下，3D NAND降低存儲成本的速度將會下降，最值得注意的是每個單元使用多位的能力。但是，每個單元更多的位會導(dǎo)致性能降低，因為需要更多的錯誤校正，而且還會降低存儲單元的耐久性。他說，“要取得成功，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集方法需要改變，特別是必須減少擦除/寫入周期。這將需要使用諸如緩存寫入數(shù)據(jù)的方法。”

從長遠(yuǎn)來看，內(nèi)存和處理可以結(jié)合在一起創(chuàng)建真正的內(nèi)存處理。

QLC和PLC NAND的未來發(fā)展

Gregory Wong表示，NAND閃存的未來不可避免地圍繞著每個單元的位數(shù)。在過去的一年中，每單元存儲四位的四級單元(QLC)NAND的使用主要集中在電腦上，但是這種情況將會改變。

他說，“我們預(yù)計QLC硬盤今年將應(yīng)用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的存儲，并將其引入企業(yè)存儲系統(tǒng)。越來越多的供應(yīng)商開始討論QLC設(shè)備的生產(chǎn)。”

然而他表示，擴(kuò)展位密度并降低閃存設(shè)備的成本變得越來越困難。盡管如此，NAND閃存將存在很長一段時間，因為目前還沒有一種存儲技術(shù)可以在位密度和成本方面與其競爭。

J Metz是Rockport Networks公司的首席技術(shù)官，也是存儲網(wǎng)絡(luò)行業(yè)協(xié)會(SNIA)董事會成員。他對QLC和下一代NAND閃存五級單元進(jìn)行了另一項研究。盡管他認(rèn)為這些技術(shù)是不可避免的，但質(zhì)疑市場將如何承受這些技術(shù)。隨著閃存三級單元(TLC)設(shè)備的價格下降，很難確定其經(jīng)濟(jì)性是否會使其他產(chǎn)品難以競爭。

盡管存在這些擔(dān)憂，但隨著新產(chǎn)品的定期推出，QLC技術(shù)仍有很大的發(fā)展。Objective Analysis公司總經(jīng)理Jim Handy說，“3D NAND的一個很酷的地方在于，其后幾代產(chǎn)品仍保持了相同的單元尺寸和電容，這也支持了QLC的開發(fā)。”他還認(rèn)為，PLC可能會出現(xiàn)這種情況。

即便如此，在閃存的未來發(fā)展中，仍可能會看到每單元位將繼續(xù)影響耐久性。這就是為什么企業(yè)中的QLC NAND可能僅限于讀取密集型工作負(fù)載，并且寫入操作受到嚴(yán)格控制的原因。對于PLC NAND來說更是如此。

但是，QLC和PLC NAND可以與單位單元(SLC)閃存配套使用以創(chuàng)建混合固態(tài)硬盤，Coughlin說：“分區(qū)存儲的想法可能有助于創(chuàng)建多種閃存技術(shù)，這些技術(shù)可用于將內(nèi)容集中在SLC閃存、QLC，甚至PLC閃存中進(jìn)行讀取。”他表示，人們一致認(rèn)為QLC和PLC NAND不可能單獨用于高性能應(yīng)用。

NVMe-oF的未來發(fā)展

隨著越來越多的NVMe SSD進(jìn)入數(shù)據(jù)中心，預(yù)計將NVMe-oF集成到企業(yè)工作流程中的努力將呈指數(shù)級增長。其接口協(xié)議在整個網(wǎng)絡(luò)上擴(kuò)展了NVMe的性能和低延遲優(yōu)勢。人們已經(jīng)在諸如Dell EMC公司PowerMax之類的產(chǎn)品中看到了NVMe-oF的發(fā)展軌跡，該產(chǎn)品支持NVMe-oF為資源密集型應(yīng)用程序提供更低的延遲和更快的響應(yīng)時間。Handy表示，他相信NVMe-oF可能會成為標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)架構(gòu)，這將使閃存的使用迅速增長。

Coughlin進(jìn)一步指出，“NVMe-oF將成為主要的網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)，特別是對于主存儲應(yīng)用程序，甚至可能在基于HDD硬盤的存儲應(yīng)用中。”

他指出，Western Digital公司已在其OpenFlex架構(gòu)中采用HDD硬盤存儲盒。如果處理得當(dāng)，NVMe-oF可以提供接近NVMe存儲設(shè)備內(nèi)部帶寬的網(wǎng)絡(luò)存儲性能。NVMe-oF還讓使用遠(yuǎn)程內(nèi)存成為可能，從而創(chuàng)建了新的虛擬化和抽象方法。

而Metz堅信，NVMe-oF開啟了一個可能的部署選擇的世界，直到現(xiàn)在，這些選擇還遙不可及。協(xié)議的進(jìn)步讓以更高的精度和粒度連接到媒體成為可能。Zoned Namespace是一種旨在以高效且高性能的方式精確地將數(shù)據(jù)寫入媒體的技術(shù)，非常適合QLC和PLC等對重寫和寫入周期高度敏感的媒質(zhì)。

存儲類內(nèi)存和其他新興技術(shù)的發(fā)展

隨著英特爾公司發(fā)布DC永久內(nèi)存，存儲類內(nèi)存(SCM)作為內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)中的一層，其未來發(fā)展變得比以往任何時候都更有希望。Metz說，存儲類內(nèi)存(SCM)將在創(chuàng)建新層中發(fā)揮重要作用，部分原因是它可以減少在將數(shù)據(jù)提交到內(nèi)存之前可能會有風(fēng)險情況下的延遲量。

Metz還提到SNIA的持久性內(nèi)存編程模型，該模型為希望以塊或文件模式尋址媒體，以及為I/O或加載/存儲語義使用相同媒體類型的應(yīng)用程序提供了眾多擴(kuò)展。他說，這為希望直接處理該設(shè)備的應(yīng)用程序開發(fā)人員提供了絕佳的機(jī)會。

Handy表示，存儲類內(nèi)存(SCM)可以將新層帶入內(nèi)存存儲層次結(jié)構(gòu)。他斷言，存儲類內(nèi)存(SCM)的未來發(fā)展取決于受英特爾公司愿意投入創(chuàng)造市場的資金。該公司每年可能因這項投資而損失數(shù)十億美元，但他認(rèn)為英特爾公司將使它重新回到高價CPU的銷售中。他說：“沒有其他廠商可以證明采取這一步驟的合理性。”

但是，存儲類內(nèi)存(SCM)的開發(fā)不僅限于英特爾的永久性內(nèi)存模塊。Coughlin表示，除了其他新興存儲器外，一些嵌入式芯片工廠還提供基于諸如磁阻RAM(MRAM)和電阻RAM(RRAM)等技術(shù)的SCM型器件。

Coughlin表示，隨著磁阻RAM從自旋隧道扭矩轉(zhuǎn)向自旋軌道扭矩技術(shù)，其速度將會更快。他說，“隨著技術(shù)的進(jìn)步以及磁阻RAM的體積減小，我們看到它最終將取代CPU的低級緩存，甚至可能用非易失性存儲器代替寄存器。因此，所有存儲器都可能成為非易失性存儲器，這可能具有巨大的存儲空間。這可能對未來電子產(chǎn)品的設(shè)計、安全和編程產(chǎn)生巨大影響。”

展望閃存的未來發(fā)展

Handy說，即使在存儲級內(nèi)存成為主流應(yīng)用之后，閃存仍將繼續(xù)充當(dāng)HDD硬盤和內(nèi)存通道層之間的層。他說：“與NAND閃存相比，持久性存儲器在取代動態(tài)內(nèi)存方面的作用更大，這與NAND SSD減少數(shù)據(jù)中心動態(tài)內(nèi)存增長的方式類似。與此同時，NVMe-oF和軟件定義的存儲等存儲技術(shù)將得到更廣泛的采用，從更少的資源中獲取更多的生產(chǎn)力。”

Coughlin指出，非易失性固態(tài)存儲器正在經(jīng)歷快速發(fā)展，它將從根本上改變?nèi)藗冞M(jìn)行計算的方式。這些變化將為邊緣計算和端點應(yīng)用(例如5G和物聯(lián)網(wǎng))，特別是依賴電池或太陽能電池的能源受限應(yīng)用提供低功耗設(shè)備。他補(bǔ)充說，磁阻RAM可能會像動態(tài)內(nèi)存一樣便宜，并最終取代它。從長遠(yuǎn)來看，內(nèi)存和處理可以結(jié)合在一起以創(chuàng)建真正的內(nèi)存處理。

Metz表示，閃存和其他新興存儲技術(shù)的未來仍然像往常一樣充滿希望。人們正處在固態(tài)存儲“用例的寒武紀(jì)大爆炸”的開始階段，從單一的尋址閃存方法轉(zhuǎn)變?yōu)樵谛枰獣r訪問信息的極為靈活且可修改的過程。隨著在位密度、訪問閃存設(shè)備的協(xié)議，以及計算存儲等領(lǐng)域的發(fā)展方面的工作完成，現(xiàn)在才開始看到有這種可能性。