[图]干货满满:东芝谈论5-Bit-per-Cell闪存并展示首款PCIe 4.0企业SSD

摘要:

近日召开的国际闪存技术峰会(Flash Memory Summit)上,东芝公布的内容干货满满。不仅凭借着最新推出的XFMExpress标准赢得了今年的“Best of Show”(展会最佳)大奖,还公布了诸多业内领先的前沿存储技术。

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东芝正在拥抱PCIe 4.0和诸多新的存储技术,包括全新的PCIe 4.0 NVMe固态硬盘,发布了XL-Flash Storage Class Memory (SCM),提供native NVMe over fabrics (NVMe-oF)的以太网固态硬盘等等。甚至在展会上,东芝还提及了即将到来的BiCS FLASH,包括五层单元(PLC)NAND开发。

在东芝的主题演讲中,该公司发言人不仅探讨了公司的XL-Flash技术,而且还谈及了未来发展的一些有趣观点。

东芝表示已经计划从第五代BiCS Flash朝着第七代发展。每代产品革新都契合PCIe标准。从BiCS 5开始,很快将与PCIe 4.0一起上市,但该公司尚未提供具体的时间表。 BiCS5将具有1,200MT / s的更高带宽,而BiCS6将达到1,600MT / s,而BiCS7将达到2,000MT / s。

目前公司已经着手Penta-level五层单元(PLC)NAND闪存的研究工作,并通过优化当前QLC NAND来验证five-bit per cell NAND。新闪存提供更高的密度,每个单元可以存储5位,目前的QLC只能存储4位。

不过要做到这点,每个单元需要存储32个不同的电压级别,而且固态硬盘主控需要能够准确读取他们。而如此多的电压水平和纳米规模,因此新的技术非常具有挑战性。为了控制更严格的阈值,公司必须开发一些可能适应其当前TLC和QLC以提高性能的额外流程。

相比较其他类型的闪存来说,QLC运行速度较慢且耐用性低。而PLC具备更低的耐用性和更慢的性能。不过新的NVMe协议功能(如分区命名空间(ZNS))应有助于缓解某些问题。 ZNS本身旨在减少写入放大,减少对媒体过度配置和内部控制器DRAM使用的需求,当然,还可以提高吞吐量和降低延迟。

东芝还开发了新的生产工艺,可以提高各种形式的下一代BiCS FLASH的芯片密度。它基本上将存储单元分成两半以扩大规模,同时保留常规的3D闪存过程。东芝目前还不确定这种方法是否完全可行。

XL-Flash细节

在去年的国际闪存技术峰会上,东芝正式宣布了XL-Flash。XL-Flash是东芝对标三星Low Latency V-NAND (简称Z-NAND)和英特尔Optane存储的方案。由于Optane存储过于昂贵,而三星Z-NAND仅限于自己的专有产品,因此这是摆在东芝面前的新机会。它为公司的客户设计了一个更具成本效益,更低延迟的存储解决方案,弥补了DRAM和NAND性能之间的差距。

XL-Flash的核心功能

128千兆位(Gb)裸片(可提供2芯片,4芯片,8芯片封装)

4KB页面大小,可实现更高效的操作系统读写操作

16-plane架构,实现更高效的并行性

快速页面读取和编程时间。东芝称XL-FLASH提供的读取延迟小于5微秒,比现有TLC快约10倍

采用类似于三星的Z-NAND设计,东芝的XL-Flash是一种SLC NAND形式,已针对最快的响应时间进行了优化。根据东芝的初步计划,将在SSD中使用持久性存储器,但该公司提到可能用于搭载DRAM总线的非易失性双列直插式存储器模块(NVDIMM)。样品设备目前已经完成,预计将于9月开始出货,大规模量产预计2020年开始。

东芝是第一家宣布并公开演示企业/数据中心PCIe 4.0固态硬盘的公司。全新的CM6系列企业和CD6系列数据中心SSD采用公司最新的96层BiCS4闪存构建,时序吞吐量高达6.7 GB / s。

CD6专为云计算,内容交付网络(CDN)和数据库应用而构建,而CM6则面向HPC,大数据分析,容器化和虚拟化应用。每个都有新的U.3规格(SFF-TA-1001)因子,可用于单端口(CD6)和单/双端口(CM6)配置。此外,它们支持最新的NVMe 1.4规范。

去年东芝推出了KumoScale,这款软件能够将高性能NVMe SSD与计算节点分离,并让这些SSD作为网络连接资源在在网络基础设施上共享和提供。

去年东芝推出了采用这款软件的NVMe-oF。东芝展示了一个装有24个以太网SSD的以太网JBOF盒子。每个SSD都出现在系统中,具有单独的IP地址,可通过以太网进行访问。生产就绪的原型SSD采用东芝的96L 3D NAND,并利用Marvell 88SN2400 NVMe-oF SSD控制器创建25Gb以太网链路而不是PCIe通道。

NVMe-oF是一项非常有趣和有用的技术。它旨在通过结构实现低延迟访问,并将整个SSD的带宽暴露给网络,并减少对存储部署的高PCIe通道分配的需求。因此,这些有价值的通道可用于更重要的计算设备,如GPU和其他加速卡,而不是本地存储。

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