2017年8月22日，開放數據中心委員會主辦，百度、騰訊、阿里巴巴、中國電信、中國移動、中國信息通信研究院、英特爾承辦的"2017 ODCC開放數據中心峯會"在京隆重召開。在下午的測試認證分論壇上，三星高級工程師豆坤針對企業級SSD發展趨勢簡介做了演講。
豆坤：大家下午好，很高興在這裏跟大家分享企業級SSD發展趨勢，我們做一些簡單的介紹，暫時不展開討論。
第一個趨勢，大家都已經感受到了，SSD相對於HDD在諸多方面都存在着明顯的優勢，比如體積、噪音、重量、容量，3.5寸的固態硬盤可以做到60TB，2.5寸的固態硬盤最大可以做到32TB.除此之外，SSD的性能尤其是SSD的隨機讀寫性能大幅度領先於HDD，基於這些優點很多企業在很早的時候就在一些關鍵業務上開始使用了固態硬盤。現在制約SSD發展的只有SSD的價格，但這些年隨着技術進步，SSD的價格也在不斷下降，在這個過程中我認爲一個比較重要的因素就是TLC NAND技術的成熟。
我們都知道NAND閃存顆粒經過SLC、MLC、TLC、QLC這幾個階段，如圖是我在各大SSD廠商的官方網站上搜索到的各個廠商主推的企業級的SSD，可以看到目前使用MLC NAND顆粒的廠商還很多，但TLC開始在企業級SSD上出現的越來越多，像三星和英特爾最新推出的企業級SSD都是TLC NAND.東芝和西數在今年的6月份發佈了QLC NAND，三星也有自己的QLC產品，今天上午有同事做了分享，我們的QLC的SSD可以做到128TB. 另外，我們可以看到初期TLC NAND壽命很低，後期壽命有了一定的提升，除了工藝的進步，一個重要因素是3D NAND技術的出現。
早期爲了進一步提升NAND的存儲密度和降低成本，NAND顆粒的工藝一直在不斷的提升，但是隨着工藝的不斷提升，每個cell之間的干擾也會變得越來越嚴重，爲了解決這個問題，各家廠商開始研發3D NAND技術，在平面的基礎上通過NAND顆粒的堆疊實現容量的增加。現階段各家的3D NAND都已經開始推出到了48層，最多可以達到64層甚至更高，後面還有90多層。
除了3D NAND，各家廠商也開始去研發新的存儲介質，PCM相變存儲器就是其中一種，它利用一個特殊的材料在晶態和非晶態之間進行相互的轉化的相變來存儲數據，我們先不討論它使用什麼材料，它怎麼操作，先看它有哪些優點。首先就是比現在的閃存快100倍甚至更多，同時還有百萬級的數據擦寫次數，它也有缺點，因爲它使用電熱導致相變，對於電熱的驅動溫度的控制其實是一個重要的難點，同時在很小的納米尺寸下的使用電熱驅動相變會不會帶來一定的功耗問題或者散熱問題，還不好說，現階段的PCM還是處於實驗室階段。
三星也推出了Z-NAND閃存顆粒，Z-NAND使用了新的電路和新的主控，保持比較高的速度的情況下，讀延遲相對普通的NAND顆粒有着大幅降低，壽命也相比普通NAND有着大幅增加。這就使Z-NAND有一個介於DRAM和普通SSD之間的性能。
Z-NAND、PCM，3D NAND堆疊技術，都是在存儲介質上正在應用或正在探索的技術，除此之外在SSD的接口協議上也有一些變化，我們知道SATA SSD繼承了HDD的生態系統，在兼容性方面有着很好的表現。但現在有很多企業開始在自己的關鍵性業務上開始使用NVMe SSD代替SATA SSD，NVMe SSD除了有更高的理論帶寬和更低的延遲，接口也比以前更豐富，現在的NVMe SSD不像以前的AIC的端口，U.2接口的出現使得NVMe SSD更加易於管理和維護，可以實現前端的插拔，實現不停機的更換。雖然現在還有很多不利的因素制約着NVMe SSD的發展，比如像它的功耗、散熱等等，但是圍繞着NVMe SSD也有一些新技術在不斷推出，使NVMe SSD適配於更多場景，我們在這裏簡要跟大家分享一些。
Dual Port NVMe SSD可以讓一塊存儲設備可以連接在兩個不同的磁盤控制器上，當其中一個磁盤控制器出現故障，第二個控制器也能迅速接手，避免無法使用。爲了讓每個磁盤控制器都有足夠的帶寬，通常將U.2接口的PCIe 3.0 x4帶寬一分爲二，每個磁盤控制器在訪問SSD是都能擁有一半的帶寬。
下一個是Multi-Stream技術，multi stream技術已經寫入到NVMe spec V1.3中，它可以使SSD根據主機端提供的Stream ID，將具有相同或相似生命週期的數據寫入到相同的擦除單元中去，大大提高了GC時的效率，減少了寫放大，使得SSD的性能和壽命都有了較大的提升。Multi-Stream在一些場景可以實現20%甚至更高應用程序性能的提升，同時減少SSD20%的寫入放大。
Key Value SSD，現有的存儲架構需要將KV的接口轉成下層的Block接口，在這個過程中需要KV到LBA到PBA的轉化，這個轉化很消耗資源，KV SSD砍掉了不必要的軟件層和硬件層，使應用程序可以更直接訪問到SSD，大大提高SSD的訪問效率。現階段各大廠商都開始向標準化組織提出自己的技術建議，希望推動KV SSD成爲開放性的標準，以此推動SSD的發展。
傳統虛擬化都是通過軟件實現的，雖然實現了CPU的虛擬化，但沒有實現I/O的虛擬化，I/O的決策還是通過軟件實現的，這樣就會帶來一個瓶頸並且影響性能。SR-IOV可以將一個物理控制器可以虛擬成多個虛擬控制器，並將一些物理資源分配給虛擬控制器，這樣就可以讓數據傳輸繞過軟件模擬層直接分配到虛擬設備，降低軟件模擬層中的I/O開銷。
NVMe over Fabric，這個技術現在研究的人比較多，現在一個SSD可以提供高達10TB的容量，可以提供十幾萬甚至幾十萬的IOPS，對於單臺服務器來說是比較浪費的，我和互聯網的同事們溝通過，如果在一個SSD上存儲太多的數據，那麼CPU或者內存就可能會成爲瓶頸。在這種情況下怎麼辦？只能少存一些數據，這樣也會帶來巨大的空間的浪費。在NVMe over Fabric出現之前也有一些其他的互聯協議提供一個共享方式，改善系統的性能，減少CPU的負擔，像iSCSI，但是iSCSI仍然受到SCSI協議的限制，存在較大協議的開銷，我們都知道NVMe在單系統上有很高的性能和很高的效率，NVMe over Fabric把高性能高效率帶到了NVMe存儲互聯結構當中，大大的減少了網絡的延遲，在低壓力下，NVMe over Fabric環境下的延遲比本地延遲稍微高一點，但是在高壓力下它的延遲和IOPS幾乎可以做到和本地一個水平。
簡單做一個小結，現在的閃存介質相對於以前已經有了比較大的進步和發展，3D NAND技術使得現在SSD的容量越來越大，同繞着SSD有一些新的技術在不斷出現，來解決SSD或者SSD使用過程中的痛點，比如KV和Multi stream最大化的挖掘SSD的潛能，SR-IOV和NVMe over Fabric解決SSD在虛擬化和網絡應用環境下的瓶頸。以後還會有更多新的技術出現，三星作爲SSD的廠商，非常樂意跟大家分享和探討這些技術，希望通過我們的共同的努力促進SSD的發展，使SSD給我們的工作和生活帶來更多的便利，謝謝。
隨着第三代96層/QLC 3D NAND的到來，每GB的cost將進一步下降，價格優勢會助力3D NAND全面開花。
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