2021年，在閃存存儲(chǔ)介質(zhì)方面，QLC是繞不開(kāi)的話題，與許多人想象不同的是，英特爾的QLC SSD在許多方面已經(jīng)能達(dá)到不遜色與TLC的水平，而且，憑借在成本上的不斷優(yōu)化，QLC對(duì)磁盤(pán)存儲(chǔ)也形成了更強(qiáng)“威脅”。

簡(jiǎn)而言之，QLC SSD在許多生產(chǎn)環(huán)境的場(chǎng)景里開(kāi)始替代磁盤(pán)，這是2021全球閃存峰會(huì)上英特爾傳遞的一個(gè)信息。隨著與SK海力士交易的臨近，筆者從英特爾專(zhuān)家獲知了更多信息，比如，英特爾將持續(xù)投入基于Floating Gate技術(shù)的QLC研發(fā)，并將繼續(xù)推動(dòng)QLC在企業(yè)級(jí)市場(chǎng)上的應(yīng)用。

英特爾推動(dòng)QLC在企業(yè)級(jí)市場(chǎng)的應(yīng)用

英特爾作為NAND顆粒大廠，作為企業(yè)級(jí)SSD市場(chǎng)的主要玩家，近年來(lái)一直在引領(lǐng)QLC的普及和應(yīng)用，憑借對(duì)NAND技術(shù)的多年積累和NAND SSD產(chǎn)品的持續(xù)優(yōu)化，讓QLC SSD在可靠性和一些性能方面都有了不遜于TLC SSD的表現(xiàn)。

英特爾是第一家為數(shù)據(jù)中心和客戶(hù)端市場(chǎng)出貨QLC PCIe固態(tài)盤(pán)的公司，與許多SSD廠商不同的是，英特爾更重視企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)方面的應(yīng)用。

技術(shù)路線上，采用的是更適合企業(yè)級(jí)市場(chǎng)的Floating Gate路線，該技術(shù)在數(shù)據(jù)維持（Data Retention）方面更有優(yōu)勢(shì)，可靠性會(huì)更高。英特爾QLC 3D NAND在CUA技術(shù)（陣列下的CMOS）的幫助下提高了最高面密度，從64層TLC到144層QLC后，耐久性還有提升。

英特爾數(shù)據(jù)中心SSD產(chǎn)品非常豐富，有用于服務(wù)器內(nèi)部的，也有用于云存儲(chǔ)加速的，還有對(duì)溫存儲(chǔ)優(yōu)化過(guò)的高密度的解決方案，還有部分照顧傳統(tǒng)服務(wù)器的SATA固態(tài)盤(pán)。

英特爾NAND產(chǎn)品與解決方案事業(yè)部中國(guó)區(qū)銷(xiāo)售總監(jiān)倪錦峰表示，過(guò)去一年QLC SSD的生態(tài)在繼續(xù)發(fā)展壯大，市場(chǎng)上出現(xiàn)了許多基于QLC做方案的廠商，也有越來(lái)越多的用戶(hù)采用QLC的方案，越來(lái)越多的人開(kāi)始擁抱QLC。

英特爾是30年的閃存老司機(jī)，堅(jiān)持Floating Gate技術(shù)路線

閃存技術(shù)在快速發(fā)展，在容量、性能、成本等多方面不斷進(jìn)步，英特爾有30多年的閃存技術(shù)積累，從NOR Flash到NAND Flash，NAND Flash從64層到96層到現(xiàn)在的144層，從SLC、MLC、TLC到QLC，還在SSD外形規(guī)格上不斷創(chuàng)新。

2021年，英特爾將3D NAND提升到了144層，144層QLC 3D NAND不僅將存儲(chǔ)密度提升到了新高度，在Floating Gate的幫助下，其可靠性還有進(jìn)一步提升，可以說(shuō)Floating Gate是一種更適合企業(yè)級(jí)SSD存儲(chǔ)發(fā)展的技術(shù)路線，英特爾非常認(rèn)可這一路線。

倪錦峰表示，即使未來(lái)與SK海力士合并之后仍將繼續(xù)延續(xù)這一技術(shù)路線，在技術(shù)路線上，SK海力士和英特爾是有互補(bǔ)作用的，所以，會(huì)充分利用兩種技術(shù)路線，從而提供更豐富的產(chǎn)品線。

Floating Gate對(duì)QLC的現(xiàn)在和將來(lái)都非常重要，F(xiàn)loating Gate和Replacement  Gate最大的差異在于量子遂穿效應(yīng)方面，使得它的電子不容易丟失，Cell（單元）干擾風(fēng)險(xiǎn)能力更強(qiáng)。

Replacement  Gate適合低密度存儲(chǔ)，在向QLC和PLC演進(jìn)時(shí)會(huì)面對(duì)諸多挑戰(zhàn)，更適合用在手機(jī)等嵌入式設(shè)備當(dāng)中。

稍微深入看一點(diǎn)技術(shù)細(xì)節(jié)。Floating Gate有一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，它里面能放的電荷數(shù)比（Replacement  Gate）多6倍左右，這個(gè)6倍有什么意義？

上圖表示的是讀取窗口電壓，1b/c代表的是SLC，SLC有兩個(gè)柵峰，中間豎一根線，原理上靠辨別左邊柵峰和右邊柵峰就能讀出數(shù)據(jù)。以此類(lèi)推，如果2b/c的話，中間需要有4個(gè)狀態(tài)，如果3b/c的話有8個(gè)狀態(tài)，4b/c則需要16個(gè)狀態(tài)。

從SLC到QLC，能看到中間的Window間隙越來(lái)越小，稍微偏移就可能造成數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤，越容易讀錯(cuò)就越要糾錯(cuò)，糾錯(cuò)就需要額外做許多操作，所以，從SLC到MLC到TLC到QLC需要的數(shù)據(jù)分析越來(lái)越多，對(duì)性能影響也越來(lái)越大，對(duì)可靠性和寫(xiě)壽命的影響也會(huì)越大。

Floating Gate技術(shù)中間的Window可以拉的比較大，如果從左到右的距離拉大，同時(shí)，柵峰能豎得更高一點(diǎn)的話，中間的空隙就會(huì)變得更大，會(huì)使得Window變得更大，從而降低讀取錯(cuò)誤的概率。

上圖體現(xiàn)了浮柵閃存單元和電荷捕獲（CTF）閃存單元的區(qū)別，電子隨著時(shí)間的推移其實(shí)是會(huì)丟失的，如圖可見(jiàn)，在一定的時(shí)間下，CTF漏電現(xiàn)象更明顯，這需要更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，所以，將它用在QLC、PLC時(shí)需要做很多改進(jìn)。

怎么把QLC閃存用好

用戶(hù)對(duì)于存儲(chǔ)的要求很明確，首先會(huì)非常關(guān)心性能，包括重視性能的一致性表現(xiàn)，性能抖動(dòng)不能太大。其次，用戶(hù)關(guān)注容量，磁盤(pán)容量越來(lái)越大，但在性能方便始終沒(méi)有什么進(jìn)展，NAND閃存特別是QLC NAND閃存的出現(xiàn)將在更大程度上滿(mǎn)足用戶(hù)實(shí)際需求。

QLC閃存有更好的總體成本優(yōu)勢(shì)和不俗的性能表現(xiàn)，是一個(gè)好東西，但是怎么樣把它用好還要解決許多問(wèn)題。

倪錦峰也坦言，從MLC到TLC的遷移與從TLC到QLC的變化還是有很大不同的，需要考慮QLC隨機(jī)寫(xiě)性能以及耐久性等問(wèn)題，也需要看場(chǎng)景，所以，想充分利用好QLC，需要客戶(hù)在軟件、架構(gòu)、方案層面做很多創(chuàng)新。

為了盡可能克服一些問(wèn)題，首先要在產(chǎn)品上下手，作為一款QLC SSD，英特爾D5-5316在延遲、性能以及一致性方面都表現(xiàn)出了高水準(zhǔn)，讓QLC SSD在可靠性方面與TLC SSD保持一致，唯獨(dú)壽命和隨機(jī)性能上略遜色于TLC。

QLC的應(yīng)用一定需要看實(shí)際場(chǎng)景。QLC比較適合順序?qū)?、隨機(jī)讀和順序讀的場(chǎng)景，適合讀取密集型場(chǎng)景，這決定了QLC非常適合云存儲(chǔ)和CDN的場(chǎng)景，適合超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心用戶(hù)使用。

QLC對(duì)用戶(hù)是有吸引力的，對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，采用QLC首先有助于降低大容量閃存的成本，也有助于提高存儲(chǔ)的密度，當(dāng)QLC替代磁盤(pán)存儲(chǔ)，也就減少了存儲(chǔ)層級(jí)，架構(gòu)得以簡(jiǎn)化。

為了克服QLC的缺點(diǎn)，實(shí)踐中經(jīng)常讓QLC配上傲騰之類(lèi)的高速耐讀寫(xiě)介質(zhì)作為緩存層，將隨機(jī)的讀寫(xiě)變成順序化操作，讓QLC負(fù)責(zé)更擅長(zhǎng)的順序讀寫(xiě)操作。

此外，Zoned Namespace在軟件架構(gòu)層面的創(chuàng)新也能發(fā)揮QLC的優(yōu)勢(shì)，而且由于舍棄了OP的設(shè)置，將冗余空間全部釋放出來(lái)，減少了浪費(fèi)，從而更大地釋放了QLC的容量?jī)?yōu)勢(shì)。

為了用上QLC，業(yè)內(nèi)包括一些SSD廠商以及許多超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心用戶(hù)也在不停探索各種方案，其核心思想就是將隨機(jī)操作變成順序的操作，從而揚(yáng)長(zhǎng)避短發(fā)揮QLC的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)束語(yǔ)

總之，QLC是勢(shì)在必行的，千萬(wàn)不要小看QLC對(duì)于性?xún)r(jià)比提升的價(jià)值。英特爾將QLC的可靠性做到不遜色于TLC的水平，在性能上也盡可能地進(jìn)行優(yōu)化，相信未來(lái)QLC會(huì)在更多場(chǎng)景中得到應(yīng)用。

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