电子发烧友网报道（文/吴子鹏）2016年，QLC SSD问世。最初几年，由于QLC闪存颗粒的耐用性和速度问题，QLC SSD饱受质疑，产品商业化落地遇到了非常大的阻力。截至目前，TLC SSD依然是市场主流。不过，人工智能、大数据、物联网等技术的飞速发展，对数据存储的容量、效率、成本提出了更高的要求，以性价比著称的QLC SSD终于迎来了机会。从SLC、MLC到TLC、QLC，再到未来的PLC，技术迭代的路径是非常清晰的。闪存技术迭代最大的魅力在于容量和容量密度越来越高，从而带来更出色的SSD性价比。挑战在于SSD的耐用性和性能会随着单元层数和每单元存储信息的增长而降低，因而企业级用户对QLC SSD的态度非常保守。过去几年，闪存颗粒厂商在QLC闪存颗粒方面迭代了3-4代产品，QLC闪存颗粒的寿命已经接近主流TLC闪存颗粒的水平，为企业级QLC SSD普及打下了坚实的基础。
闪存技术迭代之性价比和速度变化，图源：三星半导体解决了耐用性问题后，阻碍企业级QLC SSD普及的唯一障碍就是性能。针对这一点，英韧科技联合创始人、数据存储技术副总裁陈杰在接受电子发烧友网采访时表示，在推动QLC SSD落地的过程中，英韧科技的优势在于，全面深刻了解各大厂商QLC闪存颗粒的特性，在主控芯片上拥有前瞻性的技术布局和多代的技术迭代，两者的融合让英韧科技能够持续引领QLC SSD技术创新。官方信息显示，英韧科技是一家专注于存储技术，通过自主研发、赋能芯片设计和系统应用方案的高科技公司，致力于提供高稳定性、高可靠性、高耐用性、高安全性的国产存储产品，大幅度提高数据存储和传输效率。
充分释放QLC SSD大容量优势
2024年被定义为企业级QLC SSD普及的元年，将对QLC SSD整体市场发展有明显的带动作用。根据市场分析机构Omdia的预测数据，后续几年QLC SSD将呈现爆发式增长态势，到2027年QLC将占到整体NAND闪存市场份额里的46.4%，仅略低于TLC的51%；相较于2023年的12.9%，占比增幅高达33.5%。
数据来源：Omdia，电子发烧友网制图从SLC、MLC到TLC、QLC，单元层数显著增加，每单元存储的比特数也从1个变为4个。因此存储容量的变化是最为直观的，包括SSD总容量的提升以及闪存单die容量的提升。陈杰称，回顾TLC发展史，TLC单die容量提升的趋势是非常明显的。基于此，英韧科技早在2021年就预判到，QLC单die容量也会逐步提升，以提供更优的SSD性价比。
闪存技术迭代，图源：JEDEC博文容量提升之后，挑战也随之而来。TLC单die的容量范围是0-1Tb，QLC单die的容量则直接从1Tb起步。如果是相同容量的SSD，采用QLC颗粒的SSD在die数量方面，相较于采用TLC颗粒的SSD就会变少。因此，QLC SSD第一个要解决的性能挑战是如何提升单die的并行速度。好消息是，闪存颗粒厂商在QLC发展早期就已经获取到了这一信息，因此在die内和die间提供了多层的并行度——经过改进的QLC闪存颗粒，单die运行可以有6个隐藏的并行路径，能够显著提升QLC单die性能。SSD主要由闪存颗粒、缓存单元和主控芯片三部分组成。当QLC单die提供多层并行度功能之后，QLC SSD主控就需要支持这一功能。陈杰表示，英韧科技在2018年就预见到了这种情况，目前英韧科技的主控芯片能够让单颗QLC die拥有16个并行度，远超其他主控芯片厂商的水平（基本是提供6个并行度）。“在明年的某个时候，其他主控芯片厂商可能会推出支持8个并行度的主控方案，和英韧科技的方案相比仍存在明显差距，这是英韧科技前瞻性技术布局的一个代表性成果，能够给英韧科技QLC SSD设计提供非常大的自由度。”容量方面，单die容量2Tb的QLC是产业下一步布局的重点，将会在大容量和低TCO（总体拥有成本）等方面带来更大的优势。陈杰指出，得益于英韧科技和闪存颗粒厂商良好的合作关系，公司将会在2024年下半年拿到试产的2Tb QLC闪存颗粒，开始完成早期的测试和设计工作，也能够给闪存颗粒厂商提供专业的产品反馈，帮助他们更好地实现量产。企业级QLC SSD要解决的第二大挑战是：如果是同样的PCB设计，采用QLC闪存颗粒的SSD容量必然会更大，这便会出现大容量SSD设计的瓶颈，即如何高效完成逻辑地址到物理地址的转换。通常情况下，两种地址转换中间的线性地址是个32位的无符号数，即4G的地址空间，如果最小单元是4kb的话，那么总体容量就是16TB。想要进一步提升容量，改变线性地址的无符号数是一个方法，比如增加1位就会带来容量的显著提升，但这会导致之前对称的寻址结构被破坏。陈杰介绍说，英韧科技的做法是在改变线性地址时引入一种压缩的方法，可以将增加之后的33或者34位无符号数通过压缩的方式变为32位。需要特别指出的是，这是一种硬件压缩机制，让英韧科技企业级QLC SSD里面的主控芯片可以在增加地址空间的同时保持数据转换的完美结构。目前，市面上也有存储厂商的主控芯片在通过软件的方式来实现线性地址的压缩。由于是软件的方式，需要CPU进行计算，会额外增加CPU的负担和功耗，从而影响企业级QLC SSD的能效表现。这就延伸出企业级QLC SSD的第三大挑战：在大容量QLC SSD设计里，要实现高速的数据传输，主控芯片负载也是一个挑战。当前，NAND Flash的速度在快速提升，I/O接口速度从1200MT/s、1600MT/s，逐渐提升到了2400MT/s，甚至是3600MT/s。陈杰认为，要打造高速的SSD有三个要素，除了上面提到的主控和颗粒，两者之间的连接也很重要。
SSD基本框架，图源：《Coding for SSDs – Part 2: Architecture of an SSD and Benchmarking》论文当前，行业内普遍的做法是对8bit数据分别编码，靠时钟对8bit去分别采样。不过在高速传输中，细微的偏差就可能被放大，导致传统做法里数据传输的眼图会非常小，传输效果很差。英韧科技的做法是，能够以其中1bit为基准，分别对其他7bit进行相位调整，可以用补偿的方式分别抵消8bit数据路径上的损耗，显著改善接收端信号的强度和可靠性。这就是为什么英韧科技企业级QLC SSD可以轻松跑到2400MT/s，甚至是更高的速度。通过这样的优化，英韧科技的主控以及PCB设计方案能够轻松实现具有高速传输特性的大容量企业级QLC SSD。从主控角度来说，英韧科技这一做法表面上是增加了主控的功耗，但实际运行效果并非如此。为了以更高的能效完成8bit数据传输的调优，英韧科技的主控芯片产品通过精细化的监测，只有在传输有用数据时才会进行补偿。因此，英韧科技的主控芯片和企业级QLC SSD能够提供行业领先的待机功耗和平均功耗。总结而言，QLC闪存颗粒厂商在产品迭代中对QLC耐用性的优化，让企业级用户无需再为QLC SSD的寿命问题担心，这给企业级QLC SSD普及打下了坚实的基础。同时，英韧科技自研的第三代4K LDPC纠错技术可以全面覆盖市场上的所有QLC NAND，进一步提升这些QLC NAND的耐用性。在高速、大容量企业级QLC SSD打造方面，英韧科技通过前瞻性的技术布局，解决了die内、die间的传输问题，相关技术的表现显著优于行业当前水平，为英韧科技打造行业领先的企业级QLC SSD产品扫清了障碍，相关产品将于今年下半年问世。
企业级QLC SSD需求迅速攀升
在QLC SSD快速落地的过程中，企业级QLC SSD是一股重要的力量。2024年之前，QLC SSD在消费级存储领域已经形成一定规模的出货。2024年是企业级QLC SSD开始普及的元年，比如在生成式AI等应用的推动下，以合理的TCO取代机械硬盘（HDD）便是刚需，因而企业级QLC SSD拥有一个巨大的产业蓝海。TrendForce预测，2024年企业级QLC SSD的出货量将达到30EB。TrendForece在研报中指出，AI推理服务器由于写入次数并不频繁，主要以读取为主，将会是企业级QLC SSD落地的重点方向，过往这些服务器主要以采用HDD为主。英韧科技数据中心BU总经理邓涤指出，相较于传统的HDD，企业级QLC SSD拥有几大明显的性能优势：高速读取能力和低延迟：QLC SSD能够提供1200MT/s、2400MT/s甚至更高的传输速度，在读取速度方面有明显的优势；高能效比：由于不需要旋转磁盘和移动读写头，QLC SSD的能效更高；高可靠性：由于不受物理部件的磨损和机械故障的威胁，QLC SSD的耐用性更好；
低TCO：能源、维护和空间已经成为数据中心的主要成本挑战，采用QLC SSD能够拥有更低的TCO。
从产品容量来看，当前通用服务器所采用的HDD主要存储容量是16-24TB，企业级QLC SSD可以轻松覆盖这一容量区间，并且能够实现64TB的企业级QLC SSD，为AI推理等应用节省存储部署空间，进一步降低TCO。邓涤表示，通过企业级QLC SSD取代传统HDD也是英韧科技产品落地的一大方向。同时，英韧科技也会给更多的企业级用户送样，以挖掘更广泛的企业级QLC SSD应用。比如，在沟通中记者了解到，除了取代HDD，ZNS SSD也是QLC SSD一个重要的应用场景，这是一个高度定制化的场景。ZNS SSD即分区命名空间固态硬盘，是在OC（Open Channel，开放通道）SSD的基础上发展而来的，将闪存转化层FTL从SSD内部交给更上层的Host，用户可以根据自己的需求制定FTL。从英韧科技收获的市场信息来看，ZNS SSD用户对采用QLC NAND方案的意愿是非常高的，英韧科技内部正在推进PCIe 5.0接口+QLC NAND方案的打造，以更好地满足ZNS SSD需求。邓涤强调，“英韧科技作为一家提供企业级QLC SSD产品的厂商，对于我们而言，无论是什么样的应用，我们要做的工作都是一样的，即提供性能领先的QLC SSD产品。”
结语
得益于闪存颗粒厂商在QLC NAND方面的产品迭代，QLC NAND的寿命已经接近主流TLC NAND，为注重产品寿命的企业级QLC SSD应用创造了条件。英韧科技通过前瞻性的技术布局，解决了企业级QLC SSD在die内、die间的传输问题，让QLC SSD性能也不再是弱项，充分释放了QLC SSD的大容量潜力。2024年是企业级QLC SSD普及的元年。正如TrendForce在研报中提到的，当前企业级QLC SSD的供应商仍较少，具有明显的市场蓝海属性。英韧科技的企业级QLC SSD产品凭借该公司前瞻性的技术布局，性能上有明显的领先优势，有望在QLC SSD需求爆发中抢夺市场先机，赢得更大的市场蛋糕。
