來(lái)自中國(guó)閃存市場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)顯示，2018年全球SSD的出貨量達(dá)到2.05億塊，比2017年增長(zhǎng)31%，預(yù)計(jì)2019年總出貨量有望超過(guò)2.5億臺(tái)。三星、SK海力士、英特爾及美光、東芝及WD等國(guó)際巨頭，正在投入96層高容量3D NAND出貨。

而浪潮存儲(chǔ)2018年SSD整體出貨量超過(guò)百萬(wàn)臺(tái)，速度較2017年有150%的增長(zhǎng)。8月23日，浪潮存儲(chǔ)資深技術(shù)專家王杰華在杭州舉行的2019全球閃存峰會(huì)(Flash Memory World)上透露，2018年，浪潮SSD的客戶70%為數(shù)據(jù)中心，僅有30%為行業(yè)客戶，但在2019年，行業(yè)客戶已經(jīng)上升到40%。

這意味著，SSD已經(jīng)從領(lǐng)先者的數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，滲透到了向電信、金融、能源等通用行業(yè)市場(chǎng)。

浪潮的介入，使原本激烈的SSD市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加白熱化。

深度分析結(jié)果顯示，浪潮SSD產(chǎn)品的應(yīng)用分類在2018年有35%是NVMe，65%為SATA。王杰華在題為《SSD與企業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用和融合》的演講中預(yù)測(cè)，2019年這個(gè)比例將各占一半。

也就是說(shuō)，NVMe市場(chǎng)占有率仍將持續(xù)攀升。

浪潮系統(tǒng)級(jí)和部件級(jí)兩方面應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)NVMe市場(chǎng)占有率仍將持續(xù)攀升的市場(chǎng)趨勢(shì)，王杰華指出，浪潮分別從系統(tǒng)級(jí)和部件兩個(gè)方面來(lái)應(yīng)對(duì)。

在部件級(jí)，浪潮經(jīng)過(guò)三年研發(fā)推出了全自主軟硬件設(shè)計(jì)的NVMe SSD，它支持最新協(xié)議NVMe1.3，提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)2.5寸單雙端口，容量從2TB可擴(kuò)至32TB，規(guī)格支持64層（標(biāo)準(zhǔn)版可升級(jí)到96層），整體擦寫(xiě)次數(shù)提升40%，壽命更長(zhǎng)。

得益于一些相關(guān)的軟件平臺(tái)，浪潮還可以根據(jù)客戶的要求提供類似隨機(jī)讀寫(xiě)性能的靈活定制，安全、功耗、支持備份等方面也都滿足客戶數(shù)據(jù)方面的要求，達(dá)到了業(yè)界一流的水準(zhǔn)。

在系統(tǒng)級(jí)，浪潮全閃存儲(chǔ)G5基于一套架構(gòu)實(shí)現(xiàn)NVMe和SAS全支持，未來(lái)還可支撐NVMe Optane，在內(nèi)存和NAND之間增加新的性價(jià)比Tier；采用超高速PCIE 3.0互聯(lián)架構(gòu)，最大可擴(kuò)展48個(gè)控制器，可實(shí)現(xiàn)6個(gè)9的可靠性。此外，浪潮全閃存儲(chǔ)G5具有獨(dú)特的異構(gòu)虛擬化技術(shù)，可以異構(gòu)業(yè)界Top10廠商95%以上的主流存儲(chǔ)型號(hào)，且異構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)遷移無(wú)需停機(jī)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)無(wú)中斷的全閃存儲(chǔ)切換，也可支撐存儲(chǔ)雙活或提供兩地三中心解決方案。

浪潮SSD的兩大系列

目前，浪潮自研SSD產(chǎn)品有高端和主流兩個(gè)系列。

高端SSD容量包括1.6TB、3.2TB、6.4TB，3DWPD規(guī)格，接口15毫米的厚盤(pán)2.5寸，AIC卡，采用64層NAND，與業(yè)界頂級(jí)產(chǎn)品完全看齊，其保守的功耗數(shù)據(jù)為7-25W，實(shí)際上最大功耗低于21W。

高端系列將于年底前上市。

在主流SSD方面，浪潮主打容量為1.92TB和3.84TB規(guī)格，1.2DWPD，NVMe協(xié)議升級(jí)到1.3，NAND將支持到96層NAND。

主流系列將于明年年初上市。

浪潮SSD：三個(gè)發(fā)展階段演變

回顧三年來(lái)自身的SSD發(fā)展歷程，浪潮總結(jié)為三個(gè)階段：從性能、功能到業(yè)務(wù)融合。

在性能方面，NVMe將NAND和PCIe結(jié)合在一起，推動(dòng)性能大幅度上升，將SSD引入性能競(jìng)爭(zhēng)賽道，迫使友商不得不拉升各種性能標(biāo)桿。

為了性能，浪潮自研SSD做了大量工作，主要分享兩個(gè)技術(shù)點(diǎn)：

一個(gè)是針對(duì)大容量（8TB以上）SSD進(jìn)行特殊散熱優(yōu)化。大容量SSD的PCB通常采用疊層設(shè)計(jì)，當(dāng)PCB折疊后，上表面和下表面都跟外殼接觸、解決部分散熱問(wèn)題，但中間層沒(méi)有散熱片。浪潮采取在中間加入一個(gè)微槽道散熱器貼近內(nèi)表面上下兩層的NAND傳導(dǎo)熱量，并通過(guò)SSD中間風(fēng)道排出多余熱量。這種方式能夠降低NAND表面溫度8攝氏度左右，優(yōu)化幅度達(dá)到20%。

另一個(gè)稱為”場(chǎng)景化的動(dòng)態(tài)閃存管理算法”，是浪潮聯(lián)合世界頂級(jí)NAND專家創(chuàng)新設(shè)計(jì)的NAND特性自學(xué)習(xí)算法模型，目的是提升固態(tài)盤(pán)性能、延長(zhǎng)NAND壽命。

要對(duì)NAND基本特性進(jìn)行分析，就需要將SSD盤(pán)運(yùn)行期間的擦除次數(shù)、讀計(jì)數(shù)、保持時(shí)間、溫度等若干指標(biāo)分解成不同場(chǎng)景。為此，浪潮先后測(cè)試了500多個(gè)NAND顆粒，原始數(shù)據(jù)超過(guò)1TB，經(jīng)過(guò)各種優(yōu)化和算法形成的初始NAND特性數(shù)據(jù)超過(guò)200MB。將這些場(chǎng)景數(shù)據(jù)輸送到中間算法中，然后參考初始特性數(shù)據(jù)，就會(huì)得出不同場(chǎng)景下，不同擦除次數(shù)、不同讀計(jì)數(shù)、不同的溫度等情況下最優(yōu)的讀取電壓。

這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的調(diào)整過(guò)程。經(jīng)過(guò)一系列完整的算法運(yùn)行后達(dá)到兩個(gè)效果。一是把整盤(pán)NAND壽命從7K P/E提升到10K P/E，提升40%，這意味著未來(lái)SSD盤(pán)壽命更長(zhǎng)，而對(duì)客戶來(lái)說(shuō)使用成本更低，二是保證SSD生命末期時(shí)QoS不會(huì)下降。

在NAND技術(shù)成熟、NVMe協(xié)議越來(lái)越完善之后，功能就取代性能成為第一考慮要素。

在功能方面，浪潮一方面實(shí)現(xiàn)了全閃盤(pán)控協(xié)同生命周期的管理以及非中斷的業(yè)務(wù)升級(jí)。為了適配SSD變化，全閃系統(tǒng)對(duì)IO棧進(jìn)行了一些重構(gòu)，以便更好利用閃存特性，更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的盤(pán)控協(xié)同。

為此，浪潮充分發(fā)揮控制器的極值，并在軟件方面進(jìn)行大量?jī)?yōu)化，體現(xiàn)在豐富原子寫(xiě)、啟動(dòng)盤(pán)、多Namespace、SMART、帶內(nèi)帶外管理、NVMe-MI、溫控、異常掉電保護(hù)、固件鑒權(quán)加密等基本功能，以及各種各樣跟傳統(tǒng)HDD市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)兼容的新功能，甚至與全閃系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)整合。

在業(yè)務(wù)融合方面，浪潮從去年開(kāi)始陸續(xù)推出更多新的技術(shù)，除了新架構(gòu)的變化，還有新介質(zhì)，這些都是為了適配上層應(yīng)用。

針對(duì)SSD的失效模式，浪潮在對(duì)全閃進(jìn)行了相應(yīng)應(yīng)對(duì)，比如故障預(yù)防、數(shù)據(jù)保護(hù)、溫度檢測(cè)、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速調(diào)整、壽命預(yù)測(cè)、故障巡檢等一系列措施，避免同時(shí)出現(xiàn)壞塊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法恢復(fù)的情況。

這些措施可以使SSD的故障率在全閃系統(tǒng)里下降60%，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化壽命管理。

標(biāo)準(zhǔn)SSD功能支持非中斷業(yè)務(wù)升級(jí)，系統(tǒng)不重啟或不中斷業(yè)務(wù)下，3秒中之內(nèi)完成對(duì)設(shè)備固件的升級(jí)，整個(gè)過(guò)程中對(duì)于業(yè)務(wù)完全不感知。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，浪潮SSD保證在升級(jí)的時(shí)候PCle鏈路不中斷，讓SSD依然響應(yīng)基本PCle操作，同時(shí)還要求任何NVMe命令不能超時(shí)30秒。

未來(lái)SSD三新：新架構(gòu)、新協(xié)議和新介質(zhì)

王杰華認(rèn)為，新架構(gòu)、新協(xié)議和新的介質(zhì)，驅(qū)動(dòng)整個(gè)存儲(chǔ)行業(yè)架構(gòu)的軟、硬件交替更新，并且推動(dòng)了全閃存行業(yè)的發(fā)展。

新架構(gòu)

從前兩年FMS（全球閃存峰會(huì)）上火熱的Open Channel到剛剛過(guò)去的FMS大會(huì)上提到的Zone Namespace，呈現(xiàn)出這樣一個(gè)明顯的趨勢(shì)，即規(guī)范越來(lái)越標(biāo)準(zhǔn)化，跟業(yè)務(wù)結(jié)合更緊密，跟生態(tài)環(huán)境更友好。

在Open Channel架構(gòu)下，SSD只做包括錯(cuò)誤處理，磨損均衡，介質(zhì)管理在內(nèi)的一些基本命令解析。在HOST會(huì)運(yùn)行比較復(fù)雜的FTL，做數(shù)據(jù)排布、垃圾回收，在HOST和SSD之間用PU 并行單元進(jìn)行交互，中間交互及底層驅(qū)動(dòng)都是非標(biāo)準(zhǔn)的。

ZNS同樣繼承Open Channel的理念，但標(biāo)準(zhǔn)化層面做的更好。SSD側(cè)也只運(yùn)行簡(jiǎn)單的FTL，負(fù)責(zé)基本的錯(cuò)誤處理，磨損均衡和介質(zhì)管理，在HOST側(cè)有較為復(fù)雜的FTL，完成數(shù)據(jù)排布、垃圾回收這樣的工作。此外，主機(jī)側(cè)包含了ZBD驅(qū)動(dòng)，構(gòu)成一個(gè)完整的軟件架構(gòu)。

對(duì)比Open Channel和ZNS，從技術(shù)角度，后者因?yàn)镸apping table以Zone為單位，占用內(nèi)存更少一些。在主機(jī)側(cè)可以復(fù)用現(xiàn)有的SMR硬盤(pán)軟件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)化程度更高。

從應(yīng)用角度，因?yàn)槭且粋€(gè)非標(biāo)設(shè)備，Open Channel實(shí)際應(yīng)用中現(xiàn)有的業(yè)務(wù)和運(yùn)維面臨的挑戰(zhàn)都比較大，對(duì)其推廣使用造成阻力。

從生態(tài)環(huán)境，目前主要的HDD與SDD廠商并沒(méi)有清晰的Open Channel規(guī)劃，相反都有類似SMR的硬盤(pán)。ZNS的很多軟件架構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入到Linux主線版本，具有更好的開(kāi)發(fā)者生態(tài)環(huán)境，因此更有前途，明年中有可能納入到NVMe的規(guī)范中。

新協(xié)議

Multi-Namespace在NVMe1.1協(xié)議中已經(jīng)具備，最初用于邏輯資源的劃分以解決SSD盤(pán)容量過(guò)大的問(wèn)題。

隨著協(xié)議的演進(jìn)，NVMe1.3中出現(xiàn)了Multi-Stream這樣的概念，本質(zhì)上是用戶端將很多帶有業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)IO發(fā)送給SSD并跟Namespace綁定。這時(shí)一些業(yè)務(wù)已經(jīng)開(kāi)始和Namespace與SSD有比較強(qiáng)的關(guān)系。

NVMe1.4中，NVMe Set/IOD在與業(yè)務(wù)結(jié)合方面更加極致，從業(yè)務(wù)到邏輯層，再到實(shí)際物理層進(jìn)行完整切分，解決了互相干擾的問(wèn)題，同時(shí)保證QS指標(biāo)。

新介質(zhì)

TLC、DRAM、SCM、MRAM、PCM這樣的介質(zhì)各具特點(diǎn)。如何利用這些介質(zhì)？同樣要跟上層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行強(qiáng)關(guān)聯(lián)。

例如，TLC比較適合存放溫?cái)?shù)據(jù)和通用持久數(shù)據(jù)，SCM更適合熱數(shù)據(jù)，浪潮更看好MRAM，原因在于MRAM在性能方面最接近DRAM，有機(jī)會(huì)取而代之。此外，MRAM也可以在盤(pán)上做數(shù)據(jù)的寫(xiě)緩存，既可以實(shí)現(xiàn)大容量，同時(shí)又能保證掉電不丟失。

新介質(zhì)支持更多Multi-Stream數(shù)，目前Multi-Stream支持個(gè)數(shù)通常為8-16，但一些超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心客戶對(duì)Multi-Stream要求甚至希望上百，而這是當(dāng)前Write Buffer方案無(wú)法滿足的。MRAM就是最好的選擇。

總結(jié)

王杰華總結(jié)說(shuō)，SSD從早期的性能優(yōu)先，包括低功耗、低延時(shí)、長(zhǎng)壽命特性到偏重各種各樣的功能，再圍繞著業(yè)務(wù)價(jià)值逐步提升，Multi-stream、NVMe Set、ZNS、異構(gòu)介質(zhì)存儲(chǔ)等概念層出不窮，體現(xiàn)出三個(gè)不同階段發(fā)展趨勢(shì)和變化。

浪潮的新存儲(chǔ)之道 “云存智用 運(yùn)籌新數(shù)據(jù)” 與SSD密切相關(guān)，浪潮的分布式存儲(chǔ)平臺(tái)與統(tǒng)一存儲(chǔ)平臺(tái)為SSD進(jìn)行了IO棧重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了SSD健康管理和AIOps。

未來(lái)SSD市場(chǎng)，還將會(huì)有更多的新技術(shù)、新產(chǎn)品和新方案問(wèn)世。