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PCIe 4.0+QLC 能給SSD帶來什麼變化？

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我們都知道固態硬盤採用閃存顆粒NAND Flash作為存儲介質，所以它是固態硬盤中最重要的構成部分，其好壞也就決定著固態硬盤質量的好壞，NAND Flash是目前最常見的存儲芯片，當其存儲密度不斷提升的同時，成本也會變得越來越敏感，因為Flash閃存的成本取決於其芯片面積，所以如果可以在同一區域存儲更多數據，Flash將更具成本效益。所以我們使用的NAND Flash從SLC發展到了現如今的TLC，以及即將大批量出貨的QLC。

我們常見的閃存類型主要有SLC、MLC、TLC、QLC這幾種，在SLC閃存中，每個存儲單元僅存儲一位信息，這使得讀取單元格更快捷，因為磨損的影響小所以壽命比較長，但價格較較高；MLC閃存每個存儲器單元存儲兩位信息，讀取速度和壽命都低於SLC，但價格也便宜2到4倍；TLC閃存每個存儲器單元存儲3位信息，相比於前者更適合消費級使用，而QLC閃存則是每個存儲器單元能夠存儲4位信息以存儲更多的信息，所以我們可以看到目前採用QLC閃存的SSD容量基本都是TB起步，三星的860 QVO最高甚至可以達到4TB的容量。

除了三星以外，美光在QLC閃存方面也是動作頻頻，美光是最早大規模量產3D QLC閃存的廠商之一，根據其發布的財報數據來看，美光上季度用於固態硬盤的3D QLC閃存出貨量環比增長了75 ％，足以可見QLC閃存的市場競爭力，畢竟它的價格優勢是TLC和MLC閃存所無法比擬的。

SK海力士在今年6月推出了業內首款128層TLC 4D NAND Flash，並宣稱已經開始批量生產，容量為1Tb，目前閃存製造廠商主要是集中提高96層3D NAND，而SK 海力士推出的128層4D NAND是目前業界最高的垂直堆疊高度，具有超過3600億個NAND單元，在96層NAND的基礎上堆疊多達32層實現128層堆疊，它最大優勢是小芯片尺寸，使其能夠實現1Tb超高密度的NAND Flash。同時，在1.2V時實現了1400Mbps的數據傳輸速率，可以為終端市場提供高性能和低功耗的移動解決方案和企業級SSD解決方案，預計將在2020年面世。

SK海力士全球銷售與營銷負責人Jong Hoon Oh表示“SK海力士通過128層4D NAND確保了其NAND業務的競爭力，憑藉該產品在業界的最高堆疊和容量密度，我們將在合適的時間為客戶提供各種解決方案。”

QLC壽命和性能已無需擔心

在2D NAND閃存時代，閃存製造廠商為了追求NAND容量的提升，需要不斷提升NAND製程工藝，但在3D NAND時代，提升NAND容量靠的不是微縮製程工藝了，而是靠堆棧的層數，我們以TLC閃存為例，其問世於2D NAND閃存時代，遭遇了諸多壽命、性能上的考驗，最初發布的TLC閃存P/E壽命���有100-150次，但是隨著NAND技術的進步、糾錯技術的改良，P/E壽命不斷提升，逐漸被市場所接受並且發展成為主流，在3D NAND時代的QLC閃存在可靠性上跟2D NAND時代的TLC、QLC完全不同，P/E壽命已經不再是我們需要擔心的問題。

目前主流的QLC閃存已經能夠實現1000PE的壽命，這已經與TLC閃存SSD沒有差距，並且目前三星、美光、英特爾等廠商的量產QLC閃存，均提供了3到五年的質保，所以不用對它的壽命存在擔心。

我們都知道由於內部工作機制以及結構的原因，SSD的IO性能和4K性能要遠好於機械硬盤，我們以三星的860QVO為例，在空盤的情況下讀寫也是雙雙到了500MB/s以上，4K性能約91K和86K IOPS，相當不錯，這對日常的PC小文件以及遊戲的讀取速度非常有幫助，在寫入數據超出其緩存區大小以後，速度為100MB/s左右，依然遠遠強於機械硬盤，所以在SLC動態緩存承受範圍內，QLC閃存SSD的使用體驗與TLC閃存SSD是沒有區別的。

PCIe 4.0助力大容量QLC SSD普及

群聯在新技術方面一直處於業界領先地位，旗下的PS3111-S11T搭配美光N18 64層堆疊3D QLC，S13T、E13T搭配東芝BiCS4 96層堆疊3D QLC，為存儲廠商打造更大存儲容量的QLC SSD做好了充足的準備。

群聯QLC主控

TLC閃存目前佔據著85%的NAND市場需求，由於製造成本的原因，MLC、SLC已經基本退出市場，這也就意味著QLC閃存的SSD已經開始面向市場，走進了尋常百姓家，畢竟實實在在的優惠價格擺在那裡，更便宜的價格換來更大的容量，沒人願意拒絕。

我們現行的PCIe 3.0規範，信號速率為8GT/s，編碼方式是128b/130b模式，即每傳輸128個Bit，需要發送130個Bit。那麼，PCIe 3.0協議的每一條Lane支持8 * 128 / 130 = 7.877 Gbps = 984.6 MB/s 的速率，一條PCIe 3.0 x16的通道，x16的可用帶寬為7.877*16 = 126.031 Gbps = 15.754 GB/s，雙向帶寬高達31.5GB/s。而PCIe 4.0，則是將這個帶寬再翻一倍。帶寬越大，能夠瞬間傳輸的數據也就越多，這意味著新的芯片Lane４條就可以達到８條甚至16條的能力，所以NVMe 協議的SSD才能做出容量更大，速度更快的產品。

讓我們回到開頭的PCIe 4.0 SSD，在今年五月份的台北電腦展上，群聯發布了業界首款PCIe 4.0 SSD主控，PS5016-E16，這是群聯目前的旗艦產品，也是消費應用市場上領先業界且唯一的PCIe Gen4x4 NVMe SSD 控制芯片。

PCIe4.0 SSD主控

採用 28nm 製程且搭載最新的 96 層 3D NAND 閃存以及第四 代的 LDPC 糾錯引擎，群聯 PS5016-E16 控制芯片最高效能達到 5GB/s，這也是目前SSD所能達到的最快速度了。

技嘉也藉著這次機會在台北電腦展上給我們放了個大招，展示了旗下8TB基於群聯E16主控的PCI-e 4.0 AIC SSD，讀取速度達到了15000MB/s。除此之外，美商海盜船，影馳，等都推出了基於群聯PCI-e 4.0 E16主控的固態硬盤，讀寫速度均到了4.0GB/s以上，並且目前已經發售。

隨著5G物聯網時代的來臨，預計在2-3年的時間，家庭使用場景下啟用數據互聯​​的設備將急劇增加，PC將有可能成為個人服務器和數據處理中心的存在，而個人PC數據處理中心需求也將會漸漸浮現，有不少科研機構預計了我們未來的存儲使用場景，未來更可能是以500GB左右的TLC或者MLC閃存盤來做系統主盤，用2TB或者更大的QLC固態硬盤當做倉庫盤這樣便能完美的發揮各自優點，避開不足，而再加上PCIe 4.0的背書，勢必將會給我們的使用體驗帶來巨大變革。

PCIe4.0 SSD雖然聽著很美好，但它缺點也是實實在在存在的，因為目前要使用它的話需要升級一整套硬件，而且SSD本身的價格也相當昂貴，目前還只能遠觀，但隨著個人PC數據吞吐的速度需求的增加，以及配套硬件的逐漸完善，產生規模效應後，成本將會進一步降低，到那時相信它就能飛入尋常百姓家了。

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