谁说QLC闪存不堪大用!Intel SSD一雪前耻

硬件世界 2021-03-02

SSD品牌众多,Intel可以说是非常优秀的那一个,早些年的X25系列至今都是让人津津乐道的经典,不过近些年,Intel固态存储的主要精力转向了企业、数据中心市场,消费级领域产品并不多。


眼下,Intel已经将NAND闪存业务卖给了韩国SK海力士,不过在交割完成前,Intel仍在全力推进技术与产品,去年12月份就全球首发了144层QLC NAND闪存,并推出了多款产品,包括今天的主角SSD 670p。


去年有不少笔记本都配备了Intel SSD 660p,用的也是QLC闪存,但因为写入性能不甚理想,反响并不太好。


SSD 670p能逆转这一形象吗?



首先说说Intel QLC闪存的进展,目前可以说QLC闪存方面Intel是最积极的,也是唯一突破100层堆叠的。


近日的ISSCC国际固态电路会议上,QLC闪存仿佛都被大家遗忘了,只有Intel一家在讨论这个话题,公布的就是144层QLC的技术细节,而三星依然停留在92层,SK海力士、西部数据/铠侠则都是96层。



Intel 144层QLC闪存的单Die容量依然是1Tb(128GB),不过面积从114.6平方毫米缩小足足35%来到了74.0平方毫米,存储密度因此从8.9Gb每平方毫米提高到13.8Gb每平方毫米。


性能指标也是全面提升:I/O传输速度增加一半来到1.2Gbps,编程吞吐量升至40MB/s,编程延迟降至1630us,读取延迟平均85us、最大128us,擦除区块尺寸则缩小一半为48MB。


这样的参数,自然远远优于其他家的9x层老方案。


不过对于144层QLC的读写寿命,Intel只字未提。


事实上,Intel对于更进一步的5-bit PLC闪存也一直兴趣浓厚,认为它是SSD未来在成本上优于HDD的关键,搭配E1形态规格更是可以实现1PB(1000TB)的单盘容量。



回归历史,Intel的第一代QLC闪存诞生于2016年,最初只有32层堆叠,一年后翻番到64层,存储密度也增加了133%,然后是2019年的96层,存储密度增加50%。


最后就是我们现在看到的第四代,144层堆叠,存储密度又增加了50%,存储密度已经是当年的超过5倍。


Intel QLC闪存使用了浮动栅极结构,拥有紧密、对称的堆栈层,再结合CuA(阵列下CMOS)技术,没有单元开销,同时利用离散电荷存储节点,具备良好的编程/擦除阈值电压窗口,可以有效保障存储单元之间稳定的电荷隔离,以及完整的数据保留。


Intel宣称,这种结构的QLC具备高性能、大容量、高性能、高可靠性的优势,使得高性价比大容量SSD成为现实。



SSD 670p定位于桌面、笔记本的日常计算、办公、内容创作、主流游戏场景,可以完美取代HDD机械硬盘,规格方面自然不算多么高大上,但更加亲民。


标准的M.2 2280接口形态,新的第三代PCIe主控和固件(慧荣方案),PCIe 3.0 x4系统接口并支持NVMe,容量可选512GB、1TB、2TB,而且都是单面设计,更轻薄。


性能方面,顺序读写最高可达3.5GB/s、2.7GB/s,对比上代SSD 660p分别提升了94%、50%,QD1 4KB随机读写为20K IOPS、54K IOPS,QD8 4K随机读写则是31K IOPS、34K IOPS,比上代提升41%、55%,可以说各个方面都实现了均衡的飞跃,而且还有新一代动态SLS缓存的辅助。


功耗也大大降低,读写状态从100mW降至80mW,待机状态从40mW降至25mW,L1.2休眠状态更是仅仅3mW


至于大家最关心的寿命,512GB、1TB、2TB的最大写入量分别是185TBW、370TBW、740TBW,五年质保,相当于每天0.2次全盘写入。



动态SLC缓存是TLC、QLC SSD的必备技能,标称性能其实都来自SLC缓存的读写。


SSD 670p系列的SLC缓存包括静态、动态两种,静态恒定不变,动态则根据总容量、可用容量而智能调整,相比上代增大了最多11%。


其中,512GB型号静态缓存6GB、动态缓存最多64GB,合计70GB,1TB、2TB则是最多12GB+128GB=140GB、24GB+256GB=280GB


当然了,未来保证SLC缓存有效加速,建议不要把硬盘存满,要保留至少15%的空闲。



我们之前说过,SSD 670p面向的是日常客户端应用场景,在这里大约90%的应用负载都是低队列深度(QD),并且大多数都是读写混合,整体平均比例在70-30左右。


Intel建议,无论基准测试还是应用测试,都应当贴近这种状态,以反映真实性能表现。


Intel也放出了一组官方测试成绩,显示SSD 670p的各项性能指标相比上代都有了不同程度的进步,尤其是顺序读写提升了82%,写入性能偶尔略弱于部分竞品,但整体更加均衡,更像个“水桶”。


整体而言,SSD 670p相比其他主流的TLC/QLC SSD,在低队列深度写入方面有明显优势,60-40、90-10的典型随机读写组合中更是表现突出。





综合而言,Intel表示,SSD 670p同时针对低队列深度、混合工作负载进行了调优,实现了性能、成本、功耗的恰当平衡。


事实上,SSD 670p已经符合Intel Evo高端笔记本严苛认证,这也从侧面证明了其性能、可靠性。



Intel SSD 670p零售版已经上架预售,512GB 479元、1TB 799元、2TB 1779元,3月8日0点正式开卖,3月10日后发货。


惠普、戴尔、华硕、联想也会预装在其整机中,4月起陆续发售。




顺带一提,SSD 670p发布的同时,Intel还推出了第二代傲腾混合固态盘“H20”,为轻薄笔记本和其他空间有限的PC设备提速。



Intel 2019年4月发布了第一代傲腾混合固态盘H10,将傲腾与传统QLC NAND闪存融合在一起,相比单纯的NAND固态盘,可以极快的响应速度搜索和查找文件,更快地启动应用程序,并以PCIe高速度传输数据。


按照Intel官方的说法,11代酷睿i7轻薄本上,傲腾混合固态盘H10的加入,相比于只是用PCIe 3.0 TLC SSD,可以让文档打开速度加快最多35%,游戏启动速度加快最多31%,创作文件打开速度加快最多51%!



第二代H20的整体设计和一代保持一致,也是M.2 2280单面形态规格,支持PCIe 3.0 x4、NVMe,集成32GB傲腾存储、512GB/1TB QLC闪存存储,等于上代的高配如今成为标配。


不过,傲腾、NAND闪存主控,傲腾介质,QLC NAND闪存,全都升级为最新一代(闪存应该也是144层堆叠),另外还支持Pyrite 2.0安全特性。


具体读写指标没公布,上代H10的持续读写最高2.4GB/s、1.8GB/s,QD1 4KB随机读写32000 IOPS、30000 IOPS,QD2 4KB随机读写均为55000 IOPS。


不过要注意的是,H20仅支持Tiger Lake 11代酷睿U系列处理器、500系列芯片组,并且需要RTS 18.1版驱动程序。





不过,QLC SSD想要取代机械硬盘,还不现实。


HPE(中文名慧与,即惠普企业集团)是全球头部的服务器、数据服务厂商。


日前,慧与副总裁Omer Asad与媒体分享了他对SSD、机械硬盘在企业存储服务中的观点。


Asad的观点是,即便是QLC闪存的SSD,其单位成本仍旧高于HDD。在近线存储市场(主要定位于客户在线存储和离线存储之间的应用,就是指将那些并不是经常用到,或者说数据的访问量并不大的数据存放在性能较低的存储设备上)混合型的存储架构(如HPE Nimble)是更优的解决方案,会继续在价格敏感的二级、三级存储市场发挥重要地位。


不过,Asad也承认,对于存储负载性能有极高要求的在线支付等已经全面部署成纯SSD的环境。


至于PLC闪存(5bit/Cell),Asad认为当前的QLC有着低性能和低耐用性的潜在问题,某种程度上削弱了其较机械硬盘的优势。PLC吹嘘便宜,但至今仍未投产,也许因为届时的价格优势,它会有一些闪光点。


2020年全球闪存价格稳步下滑,各大厂商的营收也因此受影响,特别是Q4季度,当季总营收141亿美元,环比Q3季度下滑了3.3%。

目前闪存主要市场还是被三星、铠侠、西数、美光、SK海力士、Intel等六大原厂把持着,根据中国闪存市场的统计,在Q4季度中各家厂商的营收数据如下:

· 三星的NAND Flash收入环比减少3.6%至46.7亿美元,市场份额达到33.1%,排名第一;

· Kioxia的NAND Flash收入环比减少11.3%至27.6亿美元,市场份额相较三季度减少至19.6%;

· 西部数据的NAND Flash收入环比减少2.1%达20.34亿美元,市场份额14.4%,排在第三;

· SK海力士的NAND Flash收入环比增长0.5%至16.59亿美元,市场份额11.8%,排名第四;

· 美光的NAND Flash收入15.49亿美元,环比增长0.3%,市场份额达到11%,位列第五;

· Intel的NAND Flash收入12.08亿美元,环比增长4.8%,市场份额8.6%,排名第六位。

在2020全年中,闪存市场总营收达到了565.8亿美元,其中三星占了184.2亿美元,市场份额32.6%,同比增长18.9%。

铠侠、西数以109.5亿、84.1亿美元的营收位列第二、第三,同比增长23.8%、27.7%,份额分别是19.3%、14.9%。

SK海力士超越了美光成为第四,营收64.5亿美元,同比大涨42.7%,市场份额11.4%。

美光排名第五,营收62.8亿美元,同比只增长了2.3%,份额11.1%。

Intel排名第六,营收53.6亿美元,同比增长了22.7%,份额9.5%。

这六大厂商之外的市场份额只有1.3%,值得高兴的是中国厂商长江存储在全球闪存市场上份额突破1%,营收同比增长了10倍。

1%的份额距离六大厂商至少还有10倍的差距,但是对国产闪存来说这已经是一个重要的突破,一年多之前国产份额还是0,现在已经有良好的基础了,未来值得期待。


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