2021年，在閃存存儲介質(zhì)方面，QLC是繞不開的話題，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對磁盤存儲也形成了更強“威脅”。
簡而言之，QLC SSD在許多生產(chǎn)環(huán)境的場景里開始替代磁盤，這是2021全球閃存峰會上英特爾傳遞的一個信息。隨著與SK海力士交易的臨近，筆者從英特爾專家獲知了更多信息，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QLC在企業(yè)級市場上的應(yīng)用。
英特爾推動QLC在企業(yè)級市場的應(yīng)用
英特爾作為NAND顆粒大廠，作為企業(yè)級SSD市場的主要玩家，近年來一直在引領(lǐng)QLC的普及和應(yīng)用，憑借對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)中心和客戶端市場出貨QLC PCIe固態(tài)盤的公司，與許多SSD廠商不同的是，英特爾更重視企業(yè)級數(shù)據(jù)中心市場方面的應(yīng)用。
技術(shù)路線上，采用的是更適合企業(yè)級市場的Floating Gate路線，該技術(shù)在數(shù)據(jù)維持（Data Retention）方面更有優(yōu)勢，可靠性會更高。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，也有用于云存儲加速的，還有對溫存儲優(yōu)化過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。
英特爾NAND產(chǎn)品與解決方案事業(yè)部中國區(qū)銷售總監(jiān)倪錦峰表示，過去一年QLC SSD的生態(tài)在繼續(xù)發(fā)展壯大，市場上出現(xiàn)了許多基于QLC做方案的廠商，也有越來越多的用戶采用QLC的方案，越來越多的人開始擁抱QLC。
英特爾是30年的閃存老司機，堅持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不僅將存儲密度提升到了新高度，在Floating Gate的幫助下，其可靠性還有進一步提升，可以說Floating Gate是一種更適合企業(yè)級SSD存儲發(fā)展的技術(shù)路線，英特爾非常認可這一路線。
倪錦峰表示，即使未來與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作用的，所以，會充分利用兩種技術(shù)路線，從而提供更豐富的產(chǎn)品線。
Floating Gate對QLC的現(xiàn)在和將來都非常重要，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)險能力更強。
Replacement Gate適合低密度存儲，在向QLC和PLC演進時會面對諸多挑戰(zhàn)，更適合用在手機等嵌入式設(shè)備當中。
稍微深入看一點技術(shù)細節(jié)。Floating Gate有一個優(yōu)勢在于，它里面能放的電荷數(shù)比（Replacement Gate）多6倍左右，這個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)。以此類推，如果2b/c的話，中間需要有4個狀態(tài)，如果3b/c的話有8個狀態(tài)，4b/c則需要16個狀態(tài)。
從SLC到QLC，能看到中間的Window間隙越來越小，稍微偏移就可能造成數(shù)據(jù)讀取錯誤，越容易讀錯就越要糾錯，糾錯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)分析越來越多，對性能影響也越來越大，對可靠性和寫壽命的影響也會越大。
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，柵峰能豎得更高一點的話，中間的空隙就會變得更大，會使得Window變得更大，從而降低讀取錯誤的概率。
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，電子隨著時間的推移其實是會丟失的，如圖可見，在一定的時間下，CTF漏電現(xiàn)象更明顯，這需要更強的糾錯能力，所以，將它用在QLC、PLC時需要做很多改進。
怎么把QLC閃存用好
用戶對于存儲的要求很明確，首先會非常關(guān)心性能，包括重視性能的一致性表現(xiàn)，性能抖動不能太大。其次，用戶關(guān)注容量，磁盤容量越來越大，但在性能方便始終沒有什么進展，NAND閃存特別是QLC NAND閃存的出現(xiàn)將在更大程度上滿足用戶實際需求。
QLC閃存有更好的總體成本優(yōu)勢和不俗的性能表現(xiàn)，是一個好東西，但是怎么樣把它用好還要解決許多問題。
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隨機寫性能以及耐久性等問題，也需要看場景，所以，想充分利用好QLC，需要客戶在軟件、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，讓QLC SSD在可靠性方面與TLC SSD保持一致，唯獨壽命和隨機性能上略遜色于TLC。
QLC的應(yīng)用一定需要看實際場景。QLC比較適合順序?qū)憽㈦S機讀和順序讀的場景，適合讀取密集型場景，這決定了QLC非常適合云存儲和CDN的場景，適合超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心用戶使用。
QLC對用戶是有吸引力的，對于用戶來說，采用QLC首先有助于降低大容量閃存的成本，也有助于提高存儲的密度，當QLC替代磁盤存儲，也就減少了存儲層級，架構(gòu)得以簡化。
為了克服QLC的缺點，實踐中經(jīng)常讓QLC配上傲騰之類的高速耐讀寫介質(zhì)作為緩存層，將隨機的讀寫變成順序化操作，讓QLC負責(zé)更擅長的順序讀寫操作。
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，而且由于舍棄了OP的設(shè)置，將冗余空間全部釋放出來，減少了浪費，從而更大地釋放了QLC的容量優(yōu)勢。
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)中心用戶也在不停探索各種方案，其核心思想就是將隨機操作變成順序的操作，從而揚長避短發(fā)揮QLC的優(yōu)勢。
結(jié)束語
總之，QLC是勢在必行的，千萬不要小看QLC對于性價比提升的價值。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行優(yōu)化，相信未來QLC會在更多場景中得到應(yīng)用。
