突飞猛进 2015年存储技术及产品回顾

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  如果要用一个关键词来形容2015年的存储行业的发展,“突飞猛进”可能是一个再合适不过的词语,在这一年,我们不仅看到存储设备的性能获得了极大的提升,各种新形态存储设备的问世,一些在未来将给人类数字生活带来极大改变的存储新技术也在2015年揭开了神秘面纱。
  突飞猛进传输速度轻松突破2GB/s
  借助于体系架构的优势,在2015年获得高速发展的依然是固态硬盘这类新兴存储设备。相比于2014年的产品,2015年NVMe规范、PCI-E 3.0接口技术在部分高端固态硬盘上得到了应用。我们知道,以往硬盘常用的一种优化技术就是AHCI。不过AHCI是针对机械硬盘的优化标准,其中包含了诸如NCQ这样专门缩减机械硬盘寻道时间的优化方式。但对于由闪存介质组成的固态硬盘来说,其本身由NAND闪存介质带来的设备延迟大幅度降低,因此对软件和控制器的延迟控制就变得比较重要,整个优化协议需要大幅度改进。比如NVMe技术规范取消了AHCI命令执行时对寄存器的读取访问,存储设备可以直接被CPU调用,不再需要南桥转接,同样能够降低延迟,提高效率。NVMe还可以减少命令的尺寸以及I/O操作的数量,使得带宽和CPU开销能得到一定程度的节约。
  同时,NVMe标准的另一个重点在于提升存储系统的IOPS每秒读写次数。AHCI支持存储系统—次最多执行1个队列,每个队列32条指令。NIVMe标准则大幅度提升了这个数据,理论上存储系统—次最多可执行64K(64000个)队列,并且允许每个队列拥有64K的命令。AHCI支持如此少队列的原因是因为机械硬盘寻道时间非常漫长,多了也没用。但是在固态硬盘上,由于寻道时间大幅度降低,因此可以同时执行大量的操作。
  而让固态硬盘性能更上一层楼的是,随着支持PCI-E 3.0标准,英特尔100系列主板芯片组在主板上的广泛应用,除了支持NVMe,今年中高端固态硬盘也普遍采用了PCI-E 3.0 x4接口,其带宽达到4GB/s,这也为固态硬盘性能的大幅提升创造了条件。在今年首先支持NVMe、PCI-E 3.0 x4技术规范,并大量上市的消费级产品就是英特尔的750系列固态硬盘,其连续传输速度突破2GB/s,随机4KB QD64更轻松突破30万IOPS。而以往的消费级PCI-E SSD往往只能达到约1GB/s左右的连续传输速度,随机4KB QD64 IOPS也仅仅在10万IOPS出头。同时其他厂商也推出了类似产品,如采用MARVELL 88SS1093原生NVMe主控的威刚IM2P3768N SSD,其连续读写传输速度可达到最大3000MB/s。宇瞻的同类产品则拥有高达2500MB/s的连续读取速度,以及1200MB/s的连续写入速度。可以看到,NVMe、PCI-E 3.0技术的应用让消费级PCI-E SSD的性能获得了很大的提升。根据业内的发展趋势来看,预计在2016年,还会有更多高端固态硬盘会普遍采用这两种新技术。
  突飞猛进移动存储设备速度逼近IGB/s
  同时,移动存储设备的性能在2015年也获得了很大提升。这—方面得益于大量移动存储设备开始采用固态硬盘作为存储介质,使得USB 3.0移动存储设备的连续传输速度普遍可以提升到400MB/s,随机4KB传输速度由以往的不到2MB/s,提升到约40MB/s左右。另—方面则得益于今年的主板新品开始板载USB3.1主控芯片,并在主板上提供USB 3.1接口。与USB 3.0相比,USB 3.1的标准接口带宽达到了10Gb/s,一些采用英特尔主控设计的USB 3.1接口带宽甚至能达到16Gb/s或32Gb/s。相对于接口带宽仅仅4Gb/s的USB 3.0接口来说,USB 3.1将为移动存储设备性能的提升创造了条件。而为了有效发挥出USB 3.1的性能,一些厂商也开发出了相应的USB3.1移动存储设备。为保持较小的体形,这类存储设备往往采用mSATA固态硬盘作为存储介质,而为了获得强悍的性能,这类设备里往往会内置两块mSATA固态硬盘,并组建RAID 0磁盘阵列。根据我们的测试,USB 3.1移动存储设备的最大传输速度可以达到990MB/s的水平,已逼近1GB/s大关。不过稍显遗憾的是,USB 3.1存储设备在2015年主要还是作为测试、工程样品给少量媒体、玩家试用。预计在2016年,USB 3.1移动SSD将会大量上市。而对于闪存盘、读卡器这些普通存储设备来说,由于内部存储性能的限制,USB 3.0仍将是其主要的接口标准。
  突飞猛进存储设备成本下降
  除了在性能上的迅猛提升,在2015年,主流存储设备的价格也获得了明显降低。闪存存储方面,在2015年,每个存储单元可存储3比特数据的TLC闪存颗粒进一步走向成熟。包括三星、闪迪、OCZ、美光在内的多家存储厂商开始大量采用TLC颗粒作为主流产品的存储介质。而在搭配基于LDPC改进而来的纠错技术后,TLC固态硬盘产品也能拥有120TB-240TB的标称可写入量。对于每日写入量往往不到20GB的普通用户来说,这已经能满足他们对存储设备的寿命要求。而最为关键的是,生产TLC颗粒的所需晶体管数量较MLC颗粒可以节约1/3,因此这类固态硬盘的价格较以往产品有明显降低。其480GB产品的价格往往不到干元,而240GB产品的价格则控制在400元以内,有力促进了固态硬盘的全面普及。
  相比而言,资料显示,机械硬盘在2015年的销量的确仍在下滑,但机械硬盘的大容量、稳定可靠的特性却仍是它独有的优势。在2015年,通过采用HelioSeal氦气充装技术、SMR叠瓦式磁记录技术,日立HGST推出了全球首款容量达10TB的机械硬盘。而在市场上,虽然10TB机械硬盘暂时未上市,但6TB机械硬盘产品的接受度却得到大力提升。这些6TB机械硬盘产品主要仍基于看似老旧的“空气充填式 垂直磁记录技术”设计,但由于技术非常成熟,它们均拥有不错的性能与价格。在2015年年末,消费者已可以用不到2000元的代价买到拥有7200RPM转速、128MB缓存的6TB机械硬盘,而主流3TB机械硬盘的价格更下调到普遍不到700元。
  2015存储设备飞跃的开始
  除了产品上的进步,在2015年一些跨时代的新型存储技术也相继问世,如英特尔联手美光发布的3D XPoint的非易失性存储器技术。根据其官方资料显示,未来采用这一技术的存储设备拥有超过NAND闪存1000倍的性能,使用寿命也将延长达1000倍,同时其存储密度也提升了10倍。因此对于存储设备来说,2015的确是飞跃的—年,各种高性能产品、新形态产品、新型存储技术问世,而且更重要的是,这次飞跃只是刚刚开始,在接下来的2016、2017年,存储设备还将带来相当令人期待的进步。
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