揭秘美光高端9300系列NVMe SSD，黑匣子里用了哪些存储技术？

        不久前，美光科技宣布推出面向云和企业级市场的高性能美光 9300 系列NVMe SSD，助力需要大容量和高性能的应用更快地访问数据。其突出特点如下。

        · 提供业界最低的平均写入延迟，实现对数据的近实时访问；

      · 该系列 SSD 3.5GB 每秒的持续读写性能为850,000 读取和 310,000 写入输入/输出（IOPS），加快了应用的响应和学习速度；

      · 最高容量可达 15.36TB，最多可创建 32 个 NVMe 命名空间，有效地满足企业不断增长的存储需求。

      为此，电子产品世界等媒体采访了美光科技企业级固态硬盘高级产品经理Cliff Smith和亚太区解决方案架构总监See Ghee Tan（陈诗义）先生。

      1  9300的特点及支撑技术

      问：相比竞争对手，美光9300的优势是什么？

      答：效率更高，但耗电更少。例如，美光 9300 系列在读取和写入性能上提供了不打折扣的性价比，它的读取功能和竞品水平相当，但在写入方面更具优势，成本更低；另外 9300 还提供较低的功耗、较高的性价比和最领先的性能。

      问：哪些NAND技术支撑了此次推出的产品？

      答：主要有三种关键产品和技术：3D，TLC和CuA。

图 美光在闪存方面的里程碑

      · 在闪存方面，目前已经发展出了 3D NAND 技术。相比2D，3D就是存储的空间从单层的房子变成了高楼，不同的架构可以进行叠加。

      · 另一方面，从 SLC (Single Level Cell)，到 MLC (Multi Level Cell)，到 TLC (Triple Level Cell)，再到如今的 QLC (Quad Level Cell) 。这个类比可以想象为一层从只能容纳一个住户，发展到一层能容纳四个住户。或者可以用玻璃杯倒水来举例，假设我们往杯子里倒入的是电子媒介，如果是 SLC 的话，就像玻璃杯只有两种状态：空和满；MLC 就会有更多状态，可以是 0、1/3、1/2、或者1；TLC 还可以调到更精细的级别，这样成本会更低。

      · 为了继续提升密度，美光又推出了 CuA (CMOS under Array) 架构——不同的闪存配置需要逻辑电路来控制，我们可以把逻辑控制电路想象成家里的停车场，以前停车场在房子外面。闪存设计变成 3D NAND 以后，美光把CMOS 逻辑控制电路放到 NAND 下面，好比把停车场搬到地下。因而产品得以优化，在更小的尺寸里做到更大的容量，提升了性价比。

具体地，你想进入某个停车场，外面需要有通往停车场驾驶的一条道路，叫外联的部分。CuA就像是用来指导这辆车该往哪停，例如你是大车就到三层，小车就到五层，因此CuA就像停车场里的电梯。

      2  容量、成本和性能的平衡

      问：如何平衡存储容量和成本？

      答：不同级别的 NAND 的价格也不一样，美光通过不同的方案，让客户选择最适合其需求的 NAND。从 SLC 到 QLC，肯定有降成本的效应。例如 QLC 的速度相对较慢，那么就会将它提供给对速度要求没有那么高的客户。

      除了对 SLC、QLC、TLC 等不同组合的运用，美光也通过 CuA架构，把体积缩小，这也是美光降低成本的方法之一。因此最终找到一个平衡点。

       问：提到SLC 和 QLC等性能不同。数据中心会用到各种各样的存储，根据这些不同的性能，在分层存储技术后面有没有风险？

       答：SLC 现在还有，但是比较少，主要是成本的原因，SLC 技术推出的时候，当时人们对于工作负载的理解深度不够，最开始提出的都是 25 盘写的需求。之后推出 MLC，大家也从更深的角度去理解这些需求，之后把这个需求往下调，调到 10 盘、5 盘，现在甚至降低到 3 盘、单盘的写入需求。

      9300 推出以后，单盘写的需求就比较多了。整个过程是对实际应用的工作负载加深理解，和优化了性能和成本。

      3  SSD的容量和类型选择

      问：如何选择数据中心用的SSD？

      答：当 MLC 推出的时候，人们觉得 MLC 不可能取代 SLC，但是后来事实证明 MLC 取代了 SLC。可见，通过技术的不断演进，未来出现的技术会替代之前的技术。因此，我们怎么去了解客户的应用场景非常重要。

      海量的数据也分成很多不同的层面，有温数据、热数据和冷数据，从企业级产品线来看，我们一般会推荐客户在热数据上用 NVMe；如果是冷数据，通常只有访问不再写入，可以存在5210 QLC SSD（如下图），使操作管理更加简单，这是我们跟客户一起研究的可行的应用情景。在机器学习领域，我们也发现，机器学习很多时候是写一次读一千次，机器需要不断的学习，这也导致 NVMe SSD 需求的增长。 

图 美光的云/企业级产品

      问：NVMe 固态硬盘为何发展速度快？会取代传统的SATA 和 SAS 产品吗？

      答：在存储业，新技术在不断推出，但老的技术并没有完全退出历史舞台。一些新的应用是 SAS 和 SATA 无法支持的，所以市场新增长的部分是 NVMe 比较多，而且增速较快。

      但 SAS 和 SATA 并没有消失，仍然会支持一些传统的低密度应用。因为传统低密度应用对于 NVMe 来说利用率太小了，那种传统低密度应用好比只有一个单元的房子，而 NVMe 更像是一座城市，所以不会用 NVMe 去解决只需要用 SATA 和 SAS 就能解决的传统应用。 

      4  SSD的开发进程不受价格波动影响

      问：近期闪存价格的波动，对 SSD 的开发进程有什么影响吗？

      答：我们更加关注产品，做的事情是找到客户的需求，在正确的时间给客户提供他们所需要的产品。

      存储行业，尤其是企业级存储的大趋势是市场将不断扩大，尽管短时间内有价格上的上下波动，最终还是往大的趋势去走（如下图）。