存储变革进行时:高密度QLC SSD缘何扛起换代大旗(二)

日期:2025-02-17 浏览:522 分享:

微信扫一扫:分享

使用微信扫一扫

http://www.unionmem.com/news_detail.php?menuid=107&id=160

在语言大模型(LLM)、推理大模型(如DeepSeek)等AI应用爆火的当下,数据存储和访问速度、模型训练与推理效率等相关话题也逐步升温,SSD在其中扮演着不可或缺的角色。跟随本栏目,快速了解SSD存储正在进行着哪些变革。


上期我们对QLC SSDTLC SSD以及HDD分别进行了优势对比,并得出了成本分析。本期将重点介绍QLC SSD在设计上存在的诸多挑战及解决之道。


更大的内部扇区尺寸

从硬件设计及成本上考虑,高密度QLC SSD存储容量增加时,其配置的DRAM容量通常不变,这意味着盘内单位扇区(Indirect Unit)会变大。


例如,标准的4TB TLC 4KB扇区SSD需要配置4GB DRAM来保存L2P表。对于64TB QLC SSD若其DRAM的配置容量保持不变,则必须使用64KB扇区。此时如果执行一个4KB的随机写IO,则需要执行“读--写”的过程,这将产生16倍的写放大。而TLC SSD4KB随机写则无此问题。


因此,尽管QLC SSD大尺寸连续写性能与TLC SSD持平,但是其4KB随机写性能远低于TLC SSD,根源在于其内部扇区更大。


在操作系统下发给SSD盘的读写请求中,尺寸小于4KB的请求较为少见,而实际运行中4KB的读写请求数量却不少,主要源于以下几个方面:

l  块设备接口的逻辑扇区(LBA)尺寸是512B或者4KB

l  主流操作系统的内存页面的尺寸设定为4KB

l  文件系统的空间分配单位通常不小于4KB


针对这些问题,操作系统的内存管理和文件系统正在积极修改,以适应更大的SSD内部扇区尺寸,随着时间的推移,技术将逐步演进成熟,更好地支撑大型内部扇区。


另外,当前的DWPD测试标准是基于JEDEC JESD218制定的,采用4KB写负载进行评估。虽然4KB写负载并不能准确模拟实际应用中可能出现的各种工作负载,但是DWPD仍然是评估SSD性能的重要指标,因而必须坚持使用统一的测试标准。考虑到QLC SSD的盘内扇区较大的特性,在这一测试标准下,DWPD测试结果通常会显得较为逊色。


解决此类现象的思路包括对DWPD测试标准进行调整,使用更加适合QLC SSD特性的写负载进行评估,或者针对QLC SSD制定专项的测试规范,结合其特有的存储单元结构和写入机制,以便更准确地反映QLC SSD在不同使用场景下的表现。行业内的标准化组织也能尽早推动,形成能够覆盖不同NAND类型的综合性测试标准,以体现更公平的性能评估。


布局和堆叠

目前大容量的SSD普遍采用TLCQLC NAND,一般会采用16~32NAND FLASH颗粒。颗粒数量的增加会带来整盘的器件布局、PCB堆叠设计的挑战。


一般企业级的SSD,主要器件包括1SoC5-10DDR(含ECC),多颗NAND FLASH颗粒,备电电容等。要在有限的空间内实现,对PCB的布局密度提出了更高的要求。

1、常见企业级SSD硬件形态


在极端的场景下,例如9DDR+32NAND FLASH,单层PCB已经无法放下, 此时就需要用两层或者更多层PCB堆叠来实现,PCB通过柔性PCB或者接插件链接。比如忆联 UH610 SSD,采用了高密布局和两层PCB堆叠来实现。

1、忆联UH610采用柔性PCB


此外,大容量SSDNAND颗粒一般采用ODPHDP的封装,也就是一个颗粒(package)会封装8个或者16Die。对于HDP来说,芯片的高度就会稍高于采用ODPQDPDie数较少的封装形式,进而影响结构的堆叠设计。


功耗和散热

对于单个SSD来说,虽然最大功耗的上限是固定的,但是由于降额的要求,最大功耗场景在一般的业务运行过程中很难出现,我们需要更多关注的是业务场景下的“典型功耗”。

2、各硬件形态SSD最大功耗


一方面,受限于供电、散热和SI,即使是大容量的SSD,其最大性能仍略低于普通容量的SSD。但在典型的业务场景下,两者可达到的性能是基本一致的。SoC的功耗主要取决于性能,因此对于某一款具体的SoC而言,相同业务压力下的功耗,可以认为是基本不变的。


另一方面,随着SSD容量的增加,采用的介质(NAND FLASH)不论是Die的数量,还是单Die的容量,均会增加。采用4KB FTLFlash Translation Layer)粒度的标准SSD,为了支撑更大的物理容量,FTL表项数量也会随容量成比例增加,带来DDR颗粒的容量或数量增加。NAND FLASHDDR颗粒的增加,不论是数量,还是总的Die面积(即规模)增加,都会使漏电流随之变大,进而导致SSD静态功耗增加。因此整盘的功耗会随着容量增加而增大。

22TB16TB SSD 14G带宽顺序读功耗分布


从单个SSD的角度来看,布局密度增加以及PCB的堆叠设计,增加了SSD的风阻,带来了更高的风压,风量就会降低,用于热交换的空气变少,导致SSD温度升高。

图3、阻力越大,风量越小


SSD上的器件(NANDDDR等)功耗增加,会使流经SoC的空气,被更多的加热;外壳壳体也会被加热到更高的温度,也会使SSD温度升高。


对于一个系统来说,不论是服务器还是专用的存储设备,散热都需要满足SSD的最大功耗的要求。但是如前面分析,我们更应该关注“典型功耗”。大容量SSD的典型功耗增加,意味着同样业务性能下,需要更高的风扇转速或者液冷工质流速,提供更多的风量或流量散热。


综上所述,QLC SSD在逐渐崭露头角的同时,也在不断攻克内部扇区尺寸、布局与堆叠、功耗与散热等设计上的挑战,这些创新也为QLC SSD的进一步应用铺平了道路。


随着市场对存储解决方案需求的不断演变,QLC SSD将会在哪些业务场景中取得领先优势,又将如何推动存储技术的进一步发展呢?敬请持续关注本系列文章。

您可能对其它新闻感兴趣

  • 上一篇

  • 下一篇

    洞察大模型需求,忆联持续完善CSSD矩阵

     
  • 产品中心
    企业级固态硬盘
    数据中心级固态硬盘
    消费级固态硬盘
    嵌入式存储
    标杆案例
    运营商
    金融
    互联网
    云计算
    大数据
    消费电子
    核心能力
    存储控制器开发
    固件设计
    封装测试
    解决方案
    关于忆联
    企业简介
    企业文化
    荣誉资质
    大事记
    联系我们
    加入我们
    新闻资讯
    公司新闻
    媒体报道
    展会活动
    技术科普
    服务支持
    下载中心
    咨询与投诉
    投资者关系
    公司治理
    管理团队
    财务报告
    最新公告
    加入我们
    社会招聘
    校园招聘

    深圳忆联信息系统有限公司

    地址:深圳市南山区记忆科技后海中心B座19楼

    电话:0755-2681 3300

    邮箱:support@unionmem.com

  • 微信:
  • 官方微博

  • Copyright © 2020-2025 All Rights Reserved. 粤ICP备18155700号 技术支持:深圳忆联信息系统有限公司 法律声明 隐私政策