外行也來看門道：東芝的XL-FLASH是如何做到比SLC還要快的

劉龍濤 / 2019-09-16 16:1351633

提到SLC閃存，很多朋友的心態(tài)都是仰望的。畢竟在很多朋友認(rèn)識固態(tài)硬盤之前，SLC就已經(jīng)功成身退，被MLC閃存所取代。在3D TLC的世界討論3D SLC多少有著一些崇拜在其中。

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但是筆者要說的是，東芝近期在FMS閃存峰會上發(fā)布的XL-FLASH并非是簡單在BiCS 3D架構(gòu)下對SLC閃存的復(fù)刻，而是一次全新的技術(shù)革新。

作為閃存的發(fā)明者，東芝研發(fā)XL-FLASH的目標(biāo)是低延遲、高帶寬，于DRAM內(nèi)存和當(dāng)前3D TLC之間尋找新的技術(shù)層。XL-FLASH比普通閃存快，在具備較低讀寫延遲的同時還具備DRAM所沒有的斷電數(shù)據(jù)保持能力，它就像一個“內(nèi)存”與“硬盤”的結(jié)合體。

為什么選擇NAND結(jié)構(gòu)？

東芝是NAND閃存的發(fā)明者，憑借BiCS架構(gòu)在3D NAND閃存方面擁有著獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢。筆者認(rèn)為，在NAND閃存基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，一方面有助于降低全新架構(gòu)的研發(fā)風(fēng)險，另一方面也能直接找準(zhǔn)NAND閃存中的原有痛點(diǎn)所在，有的放矢地提升性能表現(xiàn)。

XL-FLASH與普通3D NAND有什么不同？

首先是4KB Page。很多朋友都知道固態(tài)硬盤會針對4KB讀寫進(jìn)行優(yōu)化，這是因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中操作系統(tǒng)對硬盤的讀寫以隨機(jī)訪問為主，其中隨機(jī)讀取的粒度又以4KB為多。但實(shí)際上3D TLC的一個Page頁有16KB容量。

Page大小會影響閃存性能。對于采用16KB Page的BiCS閃存而言，主機(jī)每讀取4KB數(shù)據(jù)，實(shí)際通過閃存接口傳輸?shù)街骺氐氖?6KB，增加了讀取延遲。同樣的，當(dāng)主機(jī)請求寫入4KB數(shù)據(jù)時，主控可能需要在SRAM緩沖區(qū)內(nèi)等待湊齊16KB內(nèi)容再行寫入，同樣影響效率。XL-FLASH采用4KB作為Page大小，直擊性能關(guān)鍵。

其次是128Gb die容量。對于普通消費(fèi)者來說，大家關(guān)心的是固態(tài)硬盤的整體容量，但對于制造商來說，單個閃存Die的容量關(guān)系到制造成本。對于SLC類型的閃存而言，128Gb的單die容量是一項(xiàng)了不起的成就，相比當(dāng)代主流3D TLC只降低1/2左右，但是性能和耐久度表現(xiàn)會有質(zhì)的提升。

最后是16-Plane架構(gòu)。多平面架構(gòu)可以提升每個閃存die之內(nèi)的并發(fā)性能，當(dāng)代3D TLC閃存大都采用2-Plane結(jié)構(gòu)，東芝在XL-FLASH中將這一數(shù)值大幅提升至16-Plane，目的很明確：瞄準(zhǔn)DRAM內(nèi)存級帶寬。

XL-FLASH與普通3D NAND有什么相同點(diǎn)？

XL-FLASH也會采用BiCS三維堆疊技術(shù)。

閃存提升存儲密度并降低單位容量成本的手段主要有制程微縮（目前已經(jīng)接近瓶頸期）、每單元存儲更多比特?cái)?shù)據(jù)（SLC->MLC->TLC->QLC）和3D堆疊三種，前兩種都會影響性能與耐久度。XF-FLASH在保持SLC結(jié)構(gòu)的同時，3D堆疊可以帶來成本優(yōu)勢，這是過去平面SLC閃存所無法得到的。

2/4/8die封裝。在我們直視可見的閃存顆粒之內(nèi)，可以同時封裝多個閃存die。對于XL-FLASH來說，128Gb/die、8die封裝傳遞出的信息是：單個XL-FLASH閃存顆粒可以提供128GB存儲空間。

單個顆粒的存儲容量對于在緊湊空間內(nèi)的存儲裝置至關(guān)重要，譬如超極本、二合一筆記本電腦甚至是手機(jī)平板。

XL-FLASH應(yīng)用以及同我們的交集

目前3D TLC依然還是家用SSD的主流，XL-FLASH瞄準(zhǔn)的主要是企業(yè)級和數(shù)據(jù)中心級高性能存儲中對于低延遲的需求、對于超大內(nèi)存容量的需求。未來隨著XL-FLASH成本的下降以及3D QLC的全面普及，相信XL-FLASH也會有機(jī)會作為QLC閃存的加速媒介進(jìn)入到個人電腦硬件當(dāng)中。

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