數據中心NVMe SSD進入PCle5.0階段

IDC數據顯示，2021年企業級固態硬盤的全球營收，已經達到傳統機械硬盤的1.3倍，那么，SSD固態硬盤和HDD機械硬盤是怎樣一種關系，未來走向如何？

寶存科技產品研發副總姜海給出了自己的判斷，他認為：“在數據中心，HDD機械硬盤短期內還有成本優勢，但隨著SSD的成本進一步降低，HDD機械硬盤最后的份額會越來越小，但HDD機械硬盤可能很長一段時間都不會消失，就像現在的磁帶依然還有一定的份額，但市場空間會遭遇SSD固態硬盤的強勢碾壓。”

2022年4月，寶存科技的PCle NVMe Gen4 SP4E/ SP4X系列固態硬盤開始實現量產，借助母公司慧榮科技的SM8266主控方案，搭載16通道，可釋放PCle總線進化到Gen4的更高速性能，解決更多IO瓶頸。PCle NVMe Gen4固態硬盤，采用了寶存科技獨有的性能優化算法固件，能更好地滿足企業級存儲所需要的高讀取IOPs、低延遲與高耐用性需求。同時，搭配3D eTLC閃存，最高容量可達7.68 TB。

PCle NVMe Gen4 SP4E/SP4X，為企業級存儲帶來高讀取IOPs、低延遲與高耐用性能力，能充分滿足數據中心各種工作負載的性能需求，包括數據庫、OLTP/OLAP、云計算、大數據分析以及高頻交易及檢索等。其中，對于數據庫的支持，不僅包括原子性寫入能力，還能在壓縮上進一步增強。整體上看，其在低延時和性能方面的表現，完全可以對標國際大廠。

相比上一代產品，Gen5的性能更強，讀寫速度更快。“PCle NVMe SSD Gen5系列產品，已經在內部進行測試了，預計明年中期會有工程樣品。”姜海表示。

PCIe1.0標準于2003年發布，每通道傳輸速率2.5 GT/s。4年后，PCIe2.0標準誕生，每通道傳輸速率達到5.0 GT/s，傳輸能力實現了翻倍。2010年，PCIe3.0標準推出，傳輸速率是8.0GT/s；2017年，PCIe4.0標準的傳輸速率是16GT/s；2019年，PCIe5.0標準達到32 GT/s。從演進路線來看，基本上是幾年一迭代，每次迭代都會帶來翻倍的帶寬。

在新標準下，數據中心的底層架構和生態會發生根本性變化，在CPU，GPU，DPU和軟件及存儲器等基礎設施層面，會形成計算池化、網絡池化，這意味著企業級SSD固態硬盤在性能、功耗/散熱、QoS會面臨更大挑戰。所以，PCle5.0版本產品雖然即將發布，但并不代表PCle4.0產品就沒有機會，因為，從產品設計、測試到發布，還有一段時間需要克服性能、功耗等一系列技術難題。

在姜海看來，3D TLC的層數還在不斷增長，整體性能要優于QLC和PLC。如果TLC本身的層數一直在以正常速度擴展，那其實PLC和QLC的收益的探索就會放緩。目前來看，PLC和QLC的在企業級的應用進展非常緩慢，在單獨使用的情況下QLC的性能及壽命與TLC有較大的差距，由于Optane的淡出，QLC/PLC在企業級的應用需要SCM或NVDIMM的加持。QLC也存在較大的retention的問題，掉電以后可能較易丟失數據，意味著采用QLC盤的機架不能像采用HDD的機架能隨意停電，這在部署上存在較大挑戰。寶存科技會結合用戶的實際應用情況，不管是Gen4，還是Gen5，會繼續在高性能盤上聚焦于3D TLC而同時關注探索在QLC/PLC在ZNS上的應用。

姜海認為，數字經濟帶來的直接影響就是數據爆炸，尤其在AI、5G、大數據、自動駕駛等大基建的帶動下，數據高速增長，導致各行各業的企業，對存儲的需求越來越旺盛，對性能要求也越來越高。

在現代化數據中心服務場景中，數據量大、工作負載復雜。與此同時，大型數據中心還有降本增效、低碳環保的要求，所以存儲產品也要不斷與時俱進，既能滿足大數據的存儲需求，又要考慮經濟成本、環境保護等綜合因素。

具體來說，滿足用戶需求的下一代存儲產品在高帶寬、低延遲以及更高的讀寫速度方面，有更出色表現。同時，需要在各種企業級IO負載及多命名空間下提供更優異的穩態下的QoS。這需要在主控架構升級的同時，充分利用NAND的特性、QoS隔離管理引擎及先進的軟硬件算法，全面保障企業及數據中心應用體驗。

同時，數據安全也是SSD固態硬盤應該關注的重點，要能提供雙重保護能力，比如通過完整的掉電保護、電容可靠性檢測、高溫監控保護等能力，確保數據不丟失。

從Gen4的市場表現來看，不管是提供企業級存儲的原廠，還是主控公司及模組廠商都在努力進取，爭取最大市場份額。在運營商的最近招標中，就有全球大約20家企業級SSD廠商參與競爭。隨著競爭的白熱化，真正能持續投入和發展的公司需要有在技術上、市場長期投入和耕耘的決心和資金，扎實的核心技術（主控/固件/介質管理），穩定的核心技術團隊，可盈利的商業模式等。