NVMe、TLC、3D NAND 2016年固态硬盘重点技术及产品回顾

　　对于固态硬盘来说，2016是高速发展的一年，其性能的提升幅度甚至类似于处理器从奔腾4升级到酷睿架构一般，整体性能得到了相当大的飞跃，传输速度破千完全不是难事，其功臣就在于NVMe技术全面导入到消费级SSD产品中。另一方面TLC颗粒、3D NAND的进一步成熟，也使得固态硬盘的生产成本得到了有效降低。因此对于固态硬盘来说，2016是收获的一年—更强的性能、更低的成本，让固态硬盘在2016年变得更加完美。

　　NVMe全面导入消费级市场 各家NVMe SSD争相亮相

　　从固态硬盘整体发展过程来看，NVMe并不是一个很新的技术，去年就有不少产品问世，但在相当长的时间里，只有英特尔与三星推出了支持NVMe技术标准的主控，因此在市场上我们也就只看到了这两家的NVMe SSD。而在今年，各家主控厂商终于获得了技术突破。如群联推出了PS5007主控，支持NVMe 1.2技术规范，内部采用四核心处理器设计，由28nmCMOS工艺打造，最大可支持读写8通道64CE闪存，即最多可同时读写64颗闪存DIE。其技术规格看起来非常强大，并在宇瞻、索泰、影驰的相关产品上得到了使用。东芝则带来了型号为TC58NCP070GSB，支持NVMe 1.1b技术标准的主控芯片，该主控采用8通道设计，闪存容量最大能支持到2TB。东芝饥饿鲨在今年推出的RD400 SSD就采用了这种主控。

　　传统主控大厂Marvell自然也不会甘居人后，在今年也推出了28nm三核心架构的Mar vell 88SS1093 NVMe主控。88SS1093是Marvell的第一款可通过PCIe 3.0 x4作为接口，极限速度为4GB/s的主控芯片。它采用新的流程和先进的NAND闪存控制设计。其运用的第三代LDPC技术以及强化纠错、校正技术已被证明可以确保NAND闪存能在此基础上能够持久稳定地工作。该芯片推出后，很快被与Mar vell关系密切的浦科特选中，并应用在自家的M8PeY/G系列SSD上。

　　同时，主流SSD产品的主力SMI慧荣科技当然也不会缺席，它们推出了符合NVMe 1.1技术标准的SM2260 8通道主控芯片。该主控的主要特性除了支持NVMe协议、AES-256bit硬件加密外，更重要的是它可以支持英特尔与美光联合研发的3D闪存芯片。不过SM2260还是如同以往的慧荣产品一样，定位不高，主要应用在英特尔600P系列、威刚XPG SX8000这类主流产品上。

　　因此正是得益于各家主控厂商都推出了NVMe主控，并应用在各款SSD上，使得SSD的性能获得了真正提升。根据本刊的测试来看，如果搭配一般的MLC闪存，这些主控大都可以轻松做到读取突破2000MB/s、写入突破1000MB/s，同时其高队列深度下的随机4KB读写性能往往也能接近或突破1000MB/s。这样的性能不仅远远超过传统的SATA SSD，就是之前采用AHCI标准的PCIe SSD也难以与它们匹敌，优势非常大。

　　而多款NVMe产品的出现也拉低了NVMe SSD的门槛，一些高性价比的产品与SATA同容量、同闪存类型的产品相比也没有大的区别。如采用PS5007主控，搭配MLC闪存的宇瞻Z280 480GB也就在1500元左右，这让高性能NVMe SSD变得更易于接受，也让传统的高端SATA MLC SSD、AHCIPCIe SSD没有了生存的空间。我们预计到2017年，高性能NVMe MLC SSD将彻底成为高端市场的主力。

　　TLC SSD横扫市场

　　在2016年，最初被消费者排斥的TLC SSD最终成为了市场主力。究其原因在于厂商通过多种不同的方式进行了针对性的优化，比如说引入的SLC Cache技术。该技术将一部分TLC存储空间模拟成SLC来进行读写操作，当持续写入的数据量小于SLC Cache容量时，它体现出的速度是非常可观的。而一旦超过这个阈值，就会回落到真实TLC闪存颗粒的速度上。针对这一情况，现在“聪明”的TLC SSD要么会将SLC Cache里的数据转移出来，清除缓存，要么会动态调整SLC Cache空间，主控根据容量使用情况自动利用剩余空间进行SLC Cache加速。当然，普通用户一般一次的文件写入容量也不会太大。因此SLC Cache的出现使得TLC SSD在普通消费者的应用中，与MLC SSD没有太大的差异。

　　另一方面，主流品牌如三星、Marvell、群联和慧荣的主控都针对TLC SSD的特点对主控进行了优化，例如慧荣SM2256，它具备NAND Xtend ECC纠错技术。再例如群联的PS3110和PS3111主控芯片，PS3110采用8通道32CE设计，支持Smart ECC纠错技术。而PS3111也是一颗针对TLCSSD进行优化的主控，它采用双通道16CE设计，支持LDPC纠错和Smar tRescue功能，也能够提升使用的稳定性。正是基于各类纠错技术与TLC颗粒品质的提升，一些厂商甚至为其TLC产品提供了长达5年的免费质保。

　　而除了三星的3D闪存外，今年英特尔也联合美光研发推出了自己的3D闪存芯片。当前英特尔的3D闪存单颗Die可堆叠32层，单颗Die的容量就可达到48GB，这不仅能提升硬盘性能，更能降低芯片占用面积，提高存储密度(达到2.8 6GB/mm2)，降低成本。同时，为了进一步降低闪存成本，英特尔也推出了3D NAND TLC闪存，并将它与SMI慧荣的NVMe主控搭配，因此这也带来了一类新形态的主流SSD—NVMeTLC SSD。英特尔的代表就是它在今年推出的600P系列，三星带来的则是它的PM961。这类固态硬盘的价格都非常便宜，256GB产品的价格也就在500～600元左右，相比SATA TLCSSD并没有高出太多。但在价格上，它们却因为NVMe的导入，而具备压倒性的优势。如在连续读取速度方面，英特尔600P可以达到1300MB/s以上，而传统SATA TLC SSD的速度仅有500MB/s左右。

　　不过这两款产品还只是NVMe TLC SSD的早期形态，在2016年年底，三星发布的960 EVO则通过采用更为先进的Polaris主控，再加上新一代基于48层堆叠的V- NAND TLC闪存，令960 EVO的多项性能已经可以与英特尔750这类高端MLC产品匹敌。关于这款产品详细的技术规格、评测数据大家可以参看本期的“深度体验”。总体来说从今年的发展态势来看，TLC颗粒在主流市场成为主力已是板上钉钉。《微型计算机》在采访一些厂商时，他们也毫不避讳地表示没有考虑在主流市场再推出基于MLC颗粒的产品。原因就是在于TLC SSD产品在品质与性能上都获得了重大提升，因此在2017年的主流SSD市场，我们认为各家也会开始将重心转向NVMe TLC SSD，NVMe一统天下的时代即将到来，基于SATA接口、AHCI协议的SSD可能真会就此逐步退出历史舞台。

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