【導(dǎo)讀】前文所述，老四QLC在爭議中成長，已進(jìn)入當(dāng)打之年，憑借性能、壽命、容量和價(jià)格極致性價(jià)比的特性，配合主控和固件糾錯(cuò)能力和算法方案的日漸成熟，進(jìn)入到消費(fèi)級SSD和企業(yè)級SSD主戰(zhàn)場，如今市面上有多款已量產(chǎn)的消費(fèi)級和企業(yè)級QLC SSD，進(jìn)入商用。
前文所述，老四QLC在爭議中成長，已進(jìn)入當(dāng)打之年，憑借性能、壽命、容量和價(jià)格極致性價(jià)比的特性，配合主控和固件糾錯(cuò)能力和算法方案的日漸成熟，進(jìn)入到消費(fèi)級SSD和企業(yè)級SSD主戰(zhàn)場，如今市面上有多款已量產(chǎn)的消費(fèi)級和企業(yè)級QLC SSD，進(jìn)入商用。
QLC NAND的典型參數(shù)
QLC NAND在三哥TLC NAND光芒映襯下，起初有些暗淡，經(jīng)過閃存產(chǎn)業(yè)三到四代產(chǎn)品的打磨和提升，如今QLC NAND實(shí)際主要參數(shù)超出了用戶的傳統(tǒng)認(rèn)知，如下表：
行業(yè)主流QLC 閃存芯片參數(shù)范圍(源于網(wǎng)絡(luò)整理)
1）NAND IO接口速度，和TLC相同，1.6GT/s~2.4GT/s。
2）單Die大小，QLC是TLC的2倍。
3）Page讀tR時(shí)間，QLC是TLC的2倍；但在SLC模式下，QLC和TLC的tR基本相同。
4）Page寫tP時(shí)間，QLC較TLC更慢，是其5倍時(shí)間；但在SLC模式下，QLC和TLC的tP基本相同。
5）壽命方面PE Cycle, QLC已大幅改善。
總結(jié)：相比較TLC，QLC NAND IO接口速度相同，單Die容量更大，性能上讀寫擦速度會慢，但在SSD使用模式上使能SLC block模式，讀寫速度基本相同，性能慢的缺點(diǎn)會被遮掩。
QLC在消費(fèi)級SSD中的應(yīng)用
消費(fèi)級SSD按產(chǎn)品定位，根據(jù)性能檔位分為高端和中低端產(chǎn)品，QLC NAND面世初期，由于較低的NAND顆粒性能，一般定位于中低端消費(fèi)級SSD產(chǎn)品，產(chǎn)品定價(jià)低于TLC SSD，走極致性價(jià)比產(chǎn)品路線，獲得不錯(cuò)銷量。
如今QLC NAND顆粒在接口速度，SLC block模式下讀寫性能等參數(shù)已不輸于TLC NAND，QLC SSD性能跑分上可以躋身高端產(chǎn)品，但價(jià)格低于TLC 20%以上，無論對零售、渠道SSD用戶，還是PCOEM用戶，大幅降低了采購成本，QLC SSD無疑是不錯(cuò)的選擇。
按照消費(fèi)級PCOEM SSD產(chǎn)品未來預(yù)測，2023年QLC SSD占比已大于15%，憑借和TLC SSD相同的性能但更低的價(jià)格，采購QLC SSD的比例將大幅增加。Retail SSD市場中，QLC SSD的極致性價(jià)比特性，用戶將會采購更多比例的QLC SSD。
來源：網(wǎng)絡(luò)
QLC在企業(yè)級SSD中的應(yīng)用
目前許多數(shù)據(jù)中心大量部署了成本較低的機(jī)械硬盤（HDD），以滿足不斷增長的存儲容量需求，但機(jī)械硬盤無法滿足現(xiàn)代工作負(fù)載對數(shù)據(jù)更快讀取訪問速度的需求。機(jī)械硬盤還會占據(jù)數(shù)據(jù)中心的較大面積，因而會增加空間、電源、散熱和替換方面的成本。
一些數(shù)據(jù)中心采取的策略是將較慢、較笨重的機(jī)械硬盤，更換為更快的企業(yè)級TLC SSD。TLC SSD適用于混合和寫入繁重的工作負(fù)載，如高速讀寫應(yīng)用，但采用TLC SSD未經(jīng)過成本和容量優(yōu)化，難以滿足以讀取密集型業(yè)務(wù)為中心的大規(guī)模數(shù)據(jù)需求。
1） QLC SSD vs TLC SSD:
相比較企業(yè)級TLC SSD，企業(yè)級QLC SSD性能和壽命更低，但其大容量和性價(jià)比特性讓QLC SSD成為TLC SSD的補(bǔ)充。QLC SSD更適合讀取密集型和部分讀寫混合型業(yè)務(wù)，例如機(jī)器學(xué)習(xí)ML、人工智能AI、內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)等。
來源：網(wǎng)絡(luò)
要確定企業(yè)級QLC SSD是否與您的工作負(fù)載匹配，遵照以下特征：
a.帶寬：讀取數(shù)據(jù)高速度高帶寬。
b.延遲：低延遲和高服務(wù)質(zhì)量，有助于數(shù)據(jù)快速返回。
c.業(yè)務(wù)模型：讀取密集型（順序或隨機(jī)），大數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)讀寫工作負(fù)載。
d.數(shù)據(jù)塊大小：大數(shù)據(jù)塊。
2） QLC SSD vs HDD:
相比較HDD，企業(yè)級QLC SSD更加輕便，性能更高，功耗更低，容量更大，因此QLC SSD最終的目標(biāo)是為了取代HDD機(jī)械硬盤。
企業(yè)級QLC SSD目前面臨的挑戰(zhàn)是，每GB成本是HDD的5-6倍，這是目前取代HDD最大的障礙。HDD憑借成本上優(yōu)勢，依然占據(jù)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)總量的85%，主要應(yīng)用于溫存儲對象存儲和冷存儲歸檔存儲等業(yè)務(wù)中。
但未來從NAND成本角度來看，其堆疊層數(shù)依然可以繼續(xù)增加，帶來成本不斷的下降，其下降速度明顯大于HDD成本下降的速度，未來追上HDD每GB成本的3倍甚至1倍只是時(shí)間問題，我們終究可以等到這一天的到來，我們將答案留給時(shí)間。
a.性能對比：
QLC SSD順序讀性能是HDD的25倍，隨機(jī)讀性能是HDD的5700倍，平均延遲是HDD的1/23，性能方面完全碾壓HDD。
b.壽命和耐久度對比：
過去，用戶會認(rèn)為QLC SSD的壽命和耐久度較差，實(shí)際上QLC SSD的壽命和耐久度超出了用戶傳統(tǒng)的認(rèn)知。
首先QLC SSD具有更大的容量，能夠?qū)⒛p分散到更大的區(qū)域，企業(yè)級QLC SSD DWPD（每日寫入量，代表壽命的一種參數(shù)）可以做到0.5，而HDD DWPD只有0.09，是它的5倍多。
其次QLC SSD實(shí)際應(yīng)用下的耐用性要求通常遠(yuǎn)超出企業(yè)的預(yù)期，對于絕大多數(shù)企業(yè)用戶來說，因?yàn)?9%的系統(tǒng)最多只使用了其硬盤15%的額定壽命（2020年2月USENIX大會），大多數(shù)固態(tài)盤在使用的過程中，只會消耗一小部分固態(tài)盤壽命，因此轉(zhuǎn)向QLC SSD壽命上沒有風(fēng)險(xiǎn)。
c.UBER和AFR對比：
QLC SSD的UBER（讀取數(shù)據(jù)錯(cuò)誤比特率）是10-17，而HDD的UBER是10-15，是其的1/100。
年失效率或返盤率方面，USENIX研究發(fā)現(xiàn)，QLC SSD的平均年失效率（AFR）介于0.07%和近1.2%之間，機(jī)械硬盤為2.9%。通過比較這兩個(gè)數(shù)據(jù)，QLC SSD AFR相比機(jī)械硬盤低7.5到28倍。
來源：網(wǎng)絡(luò)
d.TCO對比：
數(shù)據(jù)中心的存儲TCO包括一次性采購費(fèi)用（CapEx）和運(yùn)營支出費(fèi)用（OpEx）。
一次性采購費(fèi)用基于有效容量的購買。有效容量以有效TB(TBe)表示，是經(jīng)過復(fù)制、容量利用和數(shù)據(jù)精簡后的實(shí)際可用存儲空間。
有效容量對TCO具有較大的影響，由于需要提供冗余，并滿足性能要求，用戶購買的總原始存儲在成本上具有乘數(shù)效應(yīng)。存儲解決方案提供商在描述每TB存儲成本時(shí)通常將有效容量作為宣傳點(diǎn)。
數(shù)據(jù)精簡是所存儲主機(jī)數(shù)據(jù)與所需物理存儲的比率，數(shù)據(jù)精簡可幫助用戶存儲超過物理硬件能力的更多數(shù)據(jù)，所以產(chǎn)生的有效容量會增加，或者大幅降低滿足“有效容量”要求所需的原始存儲容量
精簡數(shù)據(jù)有兩種方法：壓縮和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)，壓縮數(shù)據(jù)有壓縮比如2：1，重復(fù)數(shù)據(jù)刪除，將相同的重復(fù)數(shù)據(jù)在存儲中只保留一份， 這些技術(shù)某些僅在全閃系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，HDD中并未實(shí)現(xiàn)。
舉例來說，F(xiàn)acebook的Zstandard壓縮算法可實(shí)現(xiàn)超快的壓縮和解壓縮速度，遠(yuǎn)超機(jī)械硬盤的讀/寫能力，因而支持在固態(tài)盤上實(shí)時(shí)使用算法。此外，在VMware VSAN中，壓縮和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除功能僅在全閃存配置中提供。
運(yùn)營支出涵蓋電源、散熱和磁盤故障方面的成本，相比HDD，QLC SSD高出幾十倍的性能/功耗比，單盤大容量帶來單機(jī)架上采用更少硬盤數(shù)，以及更少的機(jī)架數(shù)帶來的更小的總功耗和占地空間，長期來看更低的單盤故障率，大幅降低了運(yùn)營支持。
最后：QLC應(yīng)用的未來思考
綜上所述，QLC NAND在消費(fèi)級和企業(yè)級SSD領(lǐng)域中異軍突起，找到一定的合適的應(yīng)用場景，用戶開始接受和擁抱QLC SSD，逐年采購比例的增長趨勢已經(jīng)確立，特別是大容量SSD應(yīng)用場景。
既然QLC在SSD領(lǐng)域已經(jīng)試水成功，未來進(jìn)軍消費(fèi)類嵌入式eMMC、UFS領(lǐng)域也不是沒有可能，目前已有原廠的UFS采用了QLC作為存儲介質(zhì)發(fā)布產(chǎn)品，這是一個(gè)開始，也是一種信號，或許不久的將來QLC在消費(fèi)級嵌入式產(chǎn)品有更多的新品發(fā)布。
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