寶存科技姜海：用匠心精神打造企業(yè)級SSD
近期，寶存科技產(chǎn)品研發(fā)副總姜海先生接受了國內(nèi)媒體專訪，不僅介紹了寶存科技新一代企業(yè)級固態(tài)硬盤，而且還解答了不少關于企業(yè)級SSD的相關知識以及行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，干貨頗多，對企業(yè)級SSD感興趣的朋友們不容錯過。
寶存科技產(chǎn)品研發(fā)副總——姜海先生
寶存科技著力打造國產(chǎn)企業(yè)級SSD品牌
寶存科技是一家中國本土公司，注冊在上海，著力打造國產(chǎn)企業(yè)級SSD品牌，立足并服務中國的數(shù)據(jù)中心及存儲市場。2011年創(chuàng)立，2015年由SMI收購成為全資子公司。 最開始做的是已經(jīng)規(guī)模部署的PCIe SSD，它是Open Channel的前身。
寶存科技新一代PCIe4.0企業(yè)級SSD將于今年12月份全面推出
談到寶存科技的產(chǎn)品，Gen3在大的數(shù)據(jù)中心都有比較規(guī)模的商用，Gen4的產(chǎn)品SP4E和SP4X包括NVMe標品、ZNS(Zoned Namespace)、Open Channel都會在12月全面的推出， SP4E容量包括1.92T/3.84T/7.68T, SP4X包括 1.6T、3.2T和6.4T.Gen5的產(chǎn)品也在規(guī)劃和部署，規(guī)劃在2022年底推出PCle5.0產(chǎn)品，預期會有更加亮眼的表現(xiàn)。
寶存科技的企業(yè)級SSD目前全部采用SMI主控
寶存自從被收購之后開始使用SMI主控，從PCle3.0到現(xiàn)在的PCIE4.0以及即將推出的PCle5.0的主控。近兩年，Gen3的產(chǎn)品有比較規(guī)模的部署，Gen4的產(chǎn)品今年會全面推出，Gen5產(chǎn)品也在開發(fā)中。
整體來講，寶存科技作為國產(chǎn)自有品牌及對企業(yè)級SSD的長期堅定的投入，依托自己的穩(wěn)定供應的企業(yè)級主控(包括即將出來全新企業(yè)級Gen5主控)，一線大廠的批量部署經(jīng)驗，在NAND掌控、管理、糾錯方面的豐富經(jīng)驗, 有對企業(yè)級應用深入的理解，在定制優(yōu)化領域軟件、固件的垂直整合的扎實理解和共同開發(fā)經(jīng)驗，經(jīng)過打磨的SSD驗證及生產(chǎn)、質(zhì)量把控體系，穩(wěn)定供應保障，堅持為本土企業(yè)級存儲及數(shù)據(jù)中心提供快速、優(yōu)質(zhì)的本地化、定制化技術服務。
寶存科技在行業(yè)內(nèi)擁有6大優(yōu)勢
(1)穩(wěn)定的長期的主控供應是寶存的一個優(yōu)勢。SMI在消費類市場上已經(jīng)有非常好的成績和市場的影響力，同時SMI在企業(yè)級主控和投入上也非常堅定，尤其是在Gen5這一塊是完全采用全新的架構，有母公司的全力支持，尤其是在近兩年業(yè)界缺芯片的情況下，寶存科技依然能夠保證主控穩(wěn)定的供應。
(2)寶存科技能提供全套的SSD解決方案。具備從主控到固件一直到驅(qū)動、產(chǎn)品驗證及和生產(chǎn)質(zhì)量把控，在完整方案的垂直整合上經(jīng)驗充足。
(3)第三個優(yōu)勢是，NAND Flash的使能和管理上屬于寶存科技很大的強項，寶存科技對于NAND的迭代及管理的各方面技術，都有非常扎實的成功經(jīng)驗和案例。
(4)第四個優(yōu)勢是超過十年的一線大廠規(guī)模部署經(jīng)驗。做企業(yè)級SSD需要5至10年以上經(jīng)驗，不管是穩(wěn)定性、可靠性，各方面都需要點點滴滴的積累，才能達到企業(yè)級標準。這意味著，在打磨企業(yè)級SSD從一開始就需要在軟硬件架構設計、功耗、穩(wěn)定度以及白盒、黑盒的驗證，整套質(zhì)量體系要做的非常的完整，才能達到高品質(zhì)的要求。十年企業(yè)級產(chǎn)品部署中，寶存科技積累到了非常寶貴的經(jīng)驗和教訓，使寶存科技的性能品質(zhì)逐漸沉淀成為企業(yè)級高規(guī)格，應對整個數(shù)據(jù)中心對企業(yè)級SSD的可靠性、穩(wěn)定性和性能要求。數(shù)據(jù)中心對年化故障率要求為千分之二點五，這是非常高的要求，寶存科技一直不懈的以匠心精神致力于打磨我們的企業(yè)級SSD水準。
(5)第五點是和一線大廠在應用定制化領域(Open Channel)有非常成功的案例，并且近兩年已經(jīng)得到非常規(guī)模的量產(chǎn)。定制化領域中有蠻特殊的要求，需要在軟件層級、固件層級、主控層級、硬件方面都需要和客戶做協(xié)作，垂直整合上需要非常扎實的理解和客戶共同的開發(fā)經(jīng)驗以及對上層應用和對底層的實現(xiàn)的充分理解，包括對各種NAND Flash掌控能力，各方面的要求是非常高的。這些經(jīng)驗都充分在寶存科技正在開發(fā)Gen4 Zoned Namespace 產(chǎn)品有充分的體現(xiàn)。
(6)第六點，對于寶存科技來講整個商業(yè)模式會根據(jù)客戶和合作伙伴的訴求提供彈性化的本土服務，可以提供整盤，也可以根據(jù)客戶的需求做一些定制化Turnkey方案，甚至可以支持客戶做一些半定制化方案的部分(有一些部分寶存科技提供，有一些部分由客戶自己開發(fā))。
寶存科技企業(yè)級SSD的發(fā)展趨勢
在未來，包括5G、AI、自動駕駛、萬物互聯(lián)、元宇宙的概念是在國家大基建推動浪潮之下，整個數(shù)據(jù)中心會持續(xù)的擴張，也會帶來更多的企業(yè)級訴求。PCIeSSD會漸漸取代SATA SSD，容量會持續(xù)的增大。另外是SSD在溫熱數(shù)據(jù)層會漸漸取代HDD，即使在冷數(shù)據(jù)層的話，基于QLC的 SSD也會取得一些份額。寶存科技看到企業(yè)級的SSD封裝形態(tài)是以U.2作為主流，后續(xù)PCle5.0整個封裝形態(tài)會進入到E3.S，因為新的封裝形態(tài)在散熱方面、功耗方面、性能方面會優(yōu)于U.2。
另外NVMe標準演化在命令集、命名空間類型、傳輸方式漸漸成熟，基于數(shù)據(jù)中心和企業(yè)存儲的spec有融合的趨勢，進一步推動標準化及第三方的認證，新的spec像Facebook,Microsoft,HP及DellEMC定義的ClouldSSD Spec囊括了數(shù)據(jù)中心和企業(yè)存儲必備的各個維度的要求。在標準化的框架下，也吸納了Zoned Namespace, KV namespace允許針對應用的優(yōu)化及定制化。企業(yè)級SSD除了需要保證7x24高效穩(wěn)定的工作，保證高可用性及數(shù)據(jù)完整性外，穩(wěn)定優(yōu)異的QoS延遲之外，需要能支持云原生分布式存儲，性能要能隨容量及功耗線性增長。寶存后續(xù)企業(yè)級SSD會跟進CPU在Gen4/Gen5的迭代節(jié)奏，除了在NVMe標品持續(xù)發(fā)力之外，延續(xù)在針對應用優(yōu)化的定制化領域包括Zoned Namespace及Open Channel持續(xù)支援一線數(shù)據(jù)中心的軟硬一體化優(yōu)化進程。最近寶存科技發(fā)布了Gen4 SP4E/SP4X NVMe 標盤，OCS/ZNS Gen4的盤也會在近期全面進入可量產(chǎn)階段。
隨著QLC的在性能、層數(shù)逐步改進，QLC SSD的成本的漸漸降低，大容量QLC SSD會漸漸在一些層面上和一定程度上在冷數(shù)據(jù)上獲取HDD的份額。QLC SSD在retention上尤其是offline retention過長上存在數(shù)據(jù)恢復的問題，這種取代必需要求系統(tǒng)不掉電或掉電時間可控。寶存科技與各家數(shù)據(jù)中心都在這些領域調(diào)研QLC SSD系統(tǒng)化落地的機會。
寶存科技看到PCle4.0部分數(shù)據(jù)中心從2021年下半年逐漸開始部署PCle4.0 SSD，整體上來講PCIe 4.0SSD本身采用在今年和明年會是大的趨勢，因為整體來講不管CPU頻率和本身各個計算資源的能力，以及網(wǎng)絡的速度都在同步的提升，所以我們看到大家導入PCle4.0的態(tài)度是比較積極的，只是有一些供應鏈導致PCle4.0導入速度受到影響，但整體的趨勢是不變的。寶存的Gen4 SSD SP4E/SP4X會在12月全面推出，寶存科技看到Gen4 SSD在各方面包括功能性能、QoS都比Gen3做了很多優(yōu)化。PCle5.0服務器的引入會在明年的Q1左右，整體上看到PCle5.0規(guī)模的部署會從2023年開始，寶存PCle5.0產(chǎn)品是2022年底提供CS，整個量產(chǎn)的節(jié)奏是適配服務器規(guī)模部署的節(jié)奏。
如何看待SSD的順序讀寫性能在不斷提升，而隨機讀寫性能卻提升不明顯?
首先第一個點順序讀寫性能是明顯提升的，順序讀寫性能應該是最容易做的關卡，隨機性能要是能夠提升，主要是主控，包括算法上需要革新的設計，這個設計本身來講首先你的CPU數(shù)量及處理能力要夠。第二個部分包括對NAND的plane數(shù)也是有要求的，隨著NAND的密度增大之后，需要AIPR保證同一個DIE能夠接受多個數(shù)據(jù)并發(fā)。對NAND的選擇，通道數(shù)和主主控各個控制層面、數(shù)據(jù)層面都必須不是瓶頸，才能夠在隨機性能上進步。之所以看到SSD隨機性能沒有進步的話，是因為主控的架構沒有發(fā)生太大的變化。
寶存科技看好PCle5.0的發(fā)展前景
寶存科技近期把PCle4.0的產(chǎn)品性能比Gen3有非常大的提升，大家可以關注具體的spec在PCle5.0時整個來講，包括最近的OCP也在展示新的PCle5.0平臺，PCle5.0可以看到在明年Q1就會陸續(xù)推出作為樣品，整個PCle5.0可以看到不僅是存儲、網(wǎng)速、加速卡、內(nèi)存的擴展各方面東西，都會往PCle5.0量級上靠，寶存科技對PCle5.0的前景是非?？春玫?。從技術領域來講，為什么寶存覺得PCle5.0好呢?首先是PCle5.0的主控也是全新打造的，完全真正意義上主控的架構，寶存科技在功能的豐富性上面或者性能的競爭力上面，以及包括QoS服務質(zhì)量上，還是能耗比各個維度，包括對最新功能支持程度上，寶存科技認為都是處于領先的主控，所以我們預期在PCle5.0產(chǎn)品大家一定會看到比較亮眼的表現(xiàn)。
整個PCle5.0中可以看到CPU存儲的結(jié)構體系，包括高速緩存、加速卡、GPU、DPU、SSD速率進一步提升，性能各方面的優(yōu)化。包括這些性能增加了之后，整個功耗也增加了以后，里面意味著U.2會向E3.S演化，也是為了在功耗散熱方面有更多的優(yōu)化，甚至會看到后面會用液冷的方式實施。所以后面看到PCle5.0伴隨的不僅僅是硬件架構的變化，甚至會促使到軟硬件協(xié)同一體，包括云計算的存儲、基礎架構上都會發(fā)生比較大的變化。這個變化在2023年以后才能真正把PCle5.0變化的實質(zhì)動能呈現(xiàn)出來。
寶存科技在未來不會推出M.2和SATA接口的企業(yè)級SSD
這兩個領域不會是未來的趨勢，寶存科技會比較集中在PCIe，SP4E和SP4X的Gen4 SSD的尺寸形態(tài)是U.2，PCle5.0是SP5E、SP5X這個部分產(chǎn)品會有U.2漸漸向EWXE3.S過度。(英)E1.S Gen4在北美現(xiàn)在用的比較多，國內(nèi)Gen4 SSD主流是U.2,在Gen5會向E3.S演化，SATA接口盤會漸漸被PCIE SSD取代，因為它的介質(zhì)是一樣的，成本是類似的，SATA的接口本身卻限制了盤的性能，所以它被PCIE SSD取代是大勢所趨。
關于IFPS
IFPS是隨著元宇宙一起提出來的，整個協(xié)議可以允許你的文件和數(shù)據(jù)是一種去中心化的方式進行存儲，可以通過特定的CID確定文件的內(nèi)容本身對于安全性和多副本訪問的可靠性上面，這是蠻好的提升。但是這個概念，到目前為止更多停留在概念和初始發(fā)動的階段，沒有形成很成熟的生態(tài)。對于企業(yè)級的SSD來講并不影響SSD部署的部分，因為這個部分整體概念是上層，文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)進行切分和存儲的概念。對于SSD本身來講老老實實的把數(shù)據(jù)能夠支持存儲，它的性能可靠性能夠把持得住，另外里面也設置到分層存儲的概念能夠支持得到，整體上來講這個部分不涉及到底層存儲的硬盤實際的創(chuàng)新和操作。
關于元宇宙
說實話這是一個新的概念，元宇宙、星際文件系統(tǒng)和區(qū)塊鏈有一些相關的概念，在大基建基礎上看到元宇宙是萬物互聯(lián)和數(shù)據(jù)隨時能夠訪問，可能對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的架構會產(chǎn)生一些沖擊和演化。但是對存儲本身會產(chǎn)生哪些挑戰(zhàn)，會有演化的訴求。但這個時間點不敢評論有哪些機遇和挑戰(zhàn)，相信這個概念的產(chǎn)生是先對上層基礎架構的定義會產(chǎn)生很大的沖擊，之后才會到底層硬件布局、存儲布局、軟件協(xié)同部分。至于會產(chǎn)生什么樣的變化，需要一些時間才能慢慢的沉淀出來。
關于PLC閃存
寶存科技現(xiàn)在還沒有做過任何PLC的樣品，當然也談不上相關測試數(shù)據(jù)和壽命的評點。整體來講，企業(yè)級存儲的整個探索和布局當前是集中在TLC/QLC上的，甚至QLC只是集中在溫冷數(shù)據(jù)上的布局，QLC在企業(yè)級使用中是最開始的階段。PLC的企業(yè)級探索為時尚早。整體看下來PLC它比QLC只多了25%的容量，但它的壽命、誤碼率(擦寫次數(shù)及數(shù)據(jù)保持上都會遠遠弱于QLC)和性能的表現(xiàn)會遠遠弱于PLC以及，即使現(xiàn)在，所以PLC估計到2025年才會真正進入到企業(yè)級視野，同時PLC要用到企業(yè)級也需要非常強勁的主控來適配，包括誤碼的糾錯能力及性能保障。在PLC無法承載企業(yè)級的性能訴求的情況下，上面一定要有其他層級比較高性能的部分作為緩存。所以現(xiàn)在PLC應該是初期概念的階段，包括樣品的部分還沒有看到，所以估計要到2024年底、2025年初才可能看到PLC企業(yè)級的東西出來。
再稍微補充一下，QLC相當于一個存儲門含四個點，它的電壓總共是16級。PLC相當于一個門電路中放的是5個比特(bit)，意味著它的電壓要分成32個層級，才能區(qū)別出5個比特，一個單元要存儲32個不同等級的電壓，意味著精確的控制，里面的電子數(shù)量工藝要求非常高，也很容易出現(xiàn)問題。PLC在企業(yè)級中有幾個部分需要做，一個是主控上需要非常強勁，第二個部分上面因為有一些更強勁的存儲介質(zhì)來做PLC的緩存。
關于寶存科技企業(yè)級SSD的散熱技術
Gen4 SSD包括軟硬件在設計架構的初期是考慮到封裝形態(tài)和U2功耗的限制，所以整體上來講這個部分的功耗及發(fā)熱量會滿足數(shù)據(jù)中心及企業(yè)存儲的要求。通常在企業(yè)級應用，有比較完備的功耗散熱系統(tǒng)比如U.2盤會有一個金屬外殼，盤片包括在內(nèi)部選擇和設計上都會根據(jù)熱學原理進行仿真和優(yōu)化，包括導熱貼能夠把熱傳導到外殼上面，外殼通過液冷或者環(huán)境里面的風把它給帶走。整體上來講，寶存科技看到在Gen4的狀況之下，其實對于散熱來講并沒有產(chǎn)生質(zhì)的增加和變化，最新的散熱技術沒有太大的要求。將來看到PCle5.0會看到散熱技術一些新的要求，包含新的封裝形態(tài)E3.S/E3.L可以超過U.2的25瓦，可以到40瓦到70瓦性能、功耗及散熱上(比如從風冷變成液冷)需要較多的考量。
關于企業(yè)級SSD數(shù)據(jù)安全方面的策略
整體上來講，現(xiàn)在SSD通常支持加密的部分。加密通常來講有兩方面加密的概念，第一方面是數(shù)據(jù)加密，數(shù)據(jù)本身通過密鑰的方式加密，必須要拿到鑰匙才能解出來。另外涉及到芯片加密的概念，即使數(shù)據(jù)加密了，但是別人把中間的固件篡改了，它是完全有機會把你的數(shù)據(jù)讀走的，所以里面涉及到芯片加密，一開始運作時必須要檢測硬件/固件是不是原生廠商的，如果有破壞的話完全沒有辦法啟動。整體上來講數(shù)據(jù)安全方面，如果在終端層級上存在這兩個問題，數(shù)據(jù)加密和芯片加密，現(xiàn)在大家更多做的東西是數(shù)據(jù)加密，但是芯片加密上還需進一步完善。
關于寶存科技在存儲產(chǎn)品壽命和可靠性方面的舉措
企業(yè)級SSD對壽命本身有明確的定義。整體來講存儲產(chǎn)品的壽命，最多的東西來決定于所有硬件部件壽命最短板地方，現(xiàn)在看起來整體講要看壽命的話，更重要的因素是在于NAND的壽命上。除了對硬件本身的壽命要有一定的要求外，其他靠主控和固件怎么盡量延展它的壽命，大家已經(jīng)比較熟悉了延展壽命有一些磨損均衡、NAND管理算法和超強的糾錯能力，還配合了保證壽命的同時怎么樣保證性能和QoS，為了數(shù)據(jù)不丟就會去重試，這些重試會對性能進行影響?？煽啃院w的東西比較多，設計軟硬件做架構設計的時候的綜合考量，另外主控內(nèi)部的設計在各個數(shù)據(jù)路徑和控制路徑上都要有一些各方面的保護，甚至需要有一些端到端的保護防止靜默數(shù)據(jù)丟失的狀況，掉電保護，過溫保護，主控、固件件設計，BOM(包括NAND)選擇，測試質(zhì)量把控、生產(chǎn)把關，能夠把軟、硬和偶然出現(xiàn)的問題都給清除掉，主控的檢錯能力及固件錯誤處理算法和，這是統(tǒng)一考慮的東西。
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