数据中心NVMe SSD进入PCle5.0阶段

IDC数据显示，2021年企业级固态硬盘的全球营收，已经达到传统机械硬盘的1.3倍，那么，SSD固态硬盘和HDD机械硬盘是怎样一种关系，未来走向如何？

宝存科技产品研发副总姜海给出了自己的判断，他认为：“在数据中心，HDD机械硬盘短期内还有成本优势，但随着SSD的成本进一步降低，HDD机械硬盘最后的份额会越来越小，但HDD机械硬盘可能很长一段时间都不会消失，就像现在的磁带依然还有一定的份额，但市场空间会遭遇SSD固态硬盘的强势碾压。”

2022年4月，宝存科技的PCle NVMe Gen4 SP4E/ SP4X系列固态硬盘开始实现量产，借助母公司慧荣科技的SM8266主控方案，搭载16通道，可释放PCle总线进化到Gen4的更高速性能，解决更多IO瓶颈。PCle NVMe Gen4固态硬盘，采用了宝存科技独有的性能优化算法固件，能更好地满足企业级存储所需要的高读取IOPs、低延迟与高耐用性需求。同时，搭配3D eTLC闪存，最高容量可达7.68 TB。

PCle NVMe Gen4 SP4E/SP4X，为企业级存储带来高读取IOPs、低延迟与高耐用性能力，能充分满足数据中心各种工作负载的性能需求，包括数据库、OLTP/OLAP、云计算、大数据分析以及高频交易及检索等。其中，对于数据库的支持，不仅包括原子性写入能力，还能在压缩上进一步增强。整体上看，其在低延时和性能方面的表现，完全可以对标国际大厂。

相比上一代产品，Gen5的性能更强，读写速度更快。“PCle NVMe SSD Gen5系列产品，已经在内部进行测试了，预计明年中期会有工程样品。”姜海表示。

PCIe1.0标准于2003年发布，每通道传输速率2.5 GT/s。4年后，PCIe2.0标准诞生，每通道传输速率达到5.0 GT/s，传输能力实现了翻倍。2010年，PCIe3.0标准推出，传输速率是8.0GT/s；2017年，PCIe4.0标准的传输速率是16GT/s；2019年，PCIe5.0标准达到32 GT/s。从演进路线来看，基本上是几年一迭代，每次迭代都会带来翻倍的带宽。

在新标准下，数据中心的底层架构和生态会发生根本性变化，在CPU，GPU，DPU和软件及存储器等基础设施层面，会形成计算池化、网络池化，这意味着企业级SSD固态硬盘在性能、功耗/散热、QoS会面临更大挑战。所以，PCle5.0版本产品虽然即将发布，但并不代表PCle4.0产品就没有机会，因为，从产品设计、测试到发布，还有一段时间需要克服性能、功耗等一系列技术难题。

在姜海看来，3D TLC的层数还在不断增长，整体性能要优于QLC和PLC。如果TLC本身的层数一直在以正常速度扩展，那其实PLC和QLC的收益的探索就会放缓。目前来看，PLC和QLC的在企业级的应用进展非常缓慢，在单独使用的情况下QLC的性能及寿命与TLC有较大的差距，由于Optane的淡出，QLC/PLC在企业级的应用需要SCM或NVDIMM的加持。QLC也存在较大的retention的问题，掉电以后可能较易丢失数据，意味着采用QLC盘的机架不能像采用HDD的机架能随意停电，这在部署上存在较大挑战。宝存科技会结合用户的实际应用情况，不管是Gen4，还是Gen5，会继续在高性能盘上聚焦于3D TLC而同时关注探索在QLC/PLC在ZNS上的应用。

姜海认为，数字经济带来的直接影响就是数据爆炸，尤其在AI、5G、大数据、自动驾驶等大基建的带动下，数据高速增长，导致各行各业的企业，对存储的需求越来越旺盛，对性能要求也越来越高。

在现代化数据中心服务场景中，数据量大、工作负载复杂。与此同时，大型数据中心还有降本增效、低碳环保的要求，所以存储产品也要不断与时俱进，既能满足大数据的存储需求，又要考虑经济成本、环境保护等综合因素。

具体来说，满足用户需求的下一代存储产品在高带宽、低延迟以及更高的读写速度方面，有更出色表现。同时，需要在各种企业级IO负载及多命名空间下提供更优异的稳态下的QoS。这需要在主控架构升级的同时，充分利用NAND的特性、QoS隔离管理引擎及先进的软硬件算法，全面保障企业及数据中心应用体验。

同时，数据安全也是SSD固态硬盘应该关注的重点，要能提供双重保护能力，比如通过完整的掉電保护、电容可靠性检测、高温监控保护等能力，确保数据不丢失。

从Gen4的市场表现来看，不管是提供企业级存储的原厂，还是主控公司及模组厂商都在努力进取，争取最大市场份额。在运营商的最近招标中，就有全球大约20家企业级SSD厂商参与竞争。随着竞争的白热化，真正能持续投入和发展的公司需要有在技术上、市场长期投入和耕耘的决心和资金，扎实的核心技术（主控/固件/介质管理），稳定的核心技术团队，可盈利的商业模式等。