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Notre Dame对云端SQL Server性能基准的探索实践

—— NAND闪存的现状及近期展望

2017/11/27    来源:机房360    作者:佚名      
关键字:Notre Dame  SQL Server  
闪存芯片推动了存储革命,并且由于需求量巨大而面临最近短缺的局面。NAND存储技术的进步展现了一个美好的未来。
    闪存芯片推动了存储革命,并且由于需求量巨大而面临最近短缺的局面。NAND存储技术的进步展现了一个美好的未来。
  
    NAND闪存技术在过去一年中一直处于重大转折。闪存是一个极其复杂的物理性能平衡技术,在生产过程中,将面临数据的完整性要求和写耐久性问题。简而言之,原始的闪存方式(称为2DNAND)正在耗尽空间,无法通过缩小体积功能来增加每个模块的容量。
  
    引入3DNAND的概念,其中闪存单元在第三维中堆叠。每片芯片的容量增加了48倍,可以用相对较少的努力实现,而这种内存单元的增加可以降低成本,甚至可能在大批量生产中降代4倍的成本。闪存容量增加和价格下降率的差异源于这样一个事实,即3DNAND在模具上每个单元芯片的许多生产工艺仍然与以前一样。
  
    更多的计划
  
    事实证明,根据NAND闪存芯片制造商的计划,这些问题并没有解决。首要问题是易失性的问题。保持所有这些层的垂直排列证明是非常具有挑战性的。
  
    对于48个单元层的堆栈,垂直堆叠的允许公差约为1度,并且随着层数的增加而变差。这引起了对3DNAND整体概念的反思。
  
    芯片制造商已经迁移到一种在芯片上创建多个48层或64层堆叠块的方法,将这些堆叠块放置在其他的顶部,但使用更大尺寸的垂直互连访问来连接堆栈块。这允许对堆叠层的垂直对准具有更大的容限。
  
    最终的结果是,过去几个月人们已经公布了64GB的芯片和1TB的芯片,反映了这两种方法。1TB的芯片单元可能会进一步堆叠,单芯片的4TB甚至8TB可能在一年之后推出。使用这些设备,100TB2.5英寸SSD硬盘在2018年9月闪存峰会发布推出看起来是非常可能的。
  
    技术方法的调整问题和变化对市场产生了重大的影响。3DNAND的转换比计划的时间更长,这将导致工厂不断采用新流程。
  
    面临其他问题
  
    对齐不是阻碍3DNAND技术进步的唯一问题。显然,三层堆叠单元(TLC)闪存是NAND闪存容量具有吸引力的亮点,是每个单元原始容量的3倍。
  
    NAND器件随着时间的推移具有准静态特性,结果是可以在电池中检测到的电压电平的分离收缩,使电池的状态电压彼此接近。这增加了误读率,并且在三层堆叠单元(TLC)中更明显,与原始单级单元闪存中的两个状态相比,具有八个不同的状态。
  
    对于这个问题需要一些措施应对,其中包括随时间重置阈值,扩展错误检测/纠正代码,并添加具有阈值和时序调整的非常复杂的重试过程。这将包括大量的科学和数学的方法,接下来是经济可行性,而这项工作的积极成果主要是提高模具的产量和书写耐久性。
  
    即使如此,人们也将看到SSD的家族方法,对具有基本相同结构的家族成员将通过读/写速度,写耐久性和温度范围来区分。例如其,范围也将是重要的,例如从最小到最大的日常驱动器写入速度。
  
    处理延迟的结果是闪存芯片可用性的降低,因为NAND闪存晶圆厂停产以实现转型。这在2016年下半年市场尤为激烈,SSD硬盘价格上涨了10%,而且一直持续。由于认识到企业硬盘正在成为一个过时的概念,SSD硬盘的需求急剧增加,使这个问题更加复杂化。
  
    三星的失败、召回和试图更换,为Galaxy Note进一步增加了压力,这将让市场上至少缺口1亿块芯片。
  
    救援将至
  
    2017年下半年将带来新的希望。堆叠式64层芯片的技术问题已经解决,而到2017年年中,单片堆栈的芯片将陆续出货。额外的晶圆厂容量将从动态RAM和NOR闪存晶圆厂重新使用3DNAND,以及新的晶圆厂容量。到2017年年底,价格应该回到以前的水平;在2018年,人们应该看到SSD与HDD的价格将越来越接近。
  
    值得一提的是这对HDD硬盘市场的意义。面对2015年和2016年的市场需求下降,HDD硬盘产能大幅下滑,因此硬盘录像机的市场份额也并不好。此外,需要的大容量HDD硬盘也不太适合初级存储使用,这是写入技术相对较慢的写入技术产品,特别是写入时,不适合操作系统,其在个人电脑和服务器的使用将会越来越少。
  
    从2018年开始,业界期待着一个全新的未来,30TB到100TB散装硬盘驱动器是二次存储的最佳选择。
  
    人们对于使用四级单元(QLC)NAND闪存进行存储有一些争论,而不是即将到来的无处不在的TLC。基于对TLC的物理和数据动态的所有研究投入,将具有16种可能的单元状态的相同的思想应用于QLC,似乎是一个合乎逻辑的后续行动,并会进一步的降低成本,并增加容量。
  
    无处不在,快速存储技术的出现将深刻地改变IT。服务器的处理能力将会越来越强,从而减少了服务器的销售,例如,拥有1000万或更多IOPS的硬盘驱动器将会彻底改变超融合产品的市场格局。
 
责任编辑:李欢
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