Что происходило с SSD в 2018 году

https://www.anandtech.com/show/13752/anandtech-year-in-review-2018-ssds
  • Translation


Прошлый год в истории SSD оказался самым интересным с тех пор, когда эти устройства пошли в массовое потребление. Увеличилась конкуренция и уменьшились цены. Существующие технологии, типа 3D NAND и NVMe, выдали свой полный потенциал, а новые технологи, типа QLC NAND, взяли неплохой старт.

3D NAND показывают всё, на что способны, с 64-мя слоями


2018 стал первым полным годом, когда основные производители NAND флэш-памяти массово изготавливали 3D NAND с 64-мя слоями или более. 64-слойные 3D TLC, которые производят совместно Intel/Micron и Toshiba/SanDisk/Western Digital, хорошо показали себя в конкурентной борьбе с памятью от Samsung, что впервые уравняло шансы крупнейших поставщиков.

Intel и Micron вторыми после Samsung стали выпускать 3D NAND, но их первое 32-слойное поколение было очевидно медленным и явно не было готово бросить вызов V-NAND от Samsung, хотя оно было достаточно хорошим, чтобы его можно было производить массово. А вот второе поколение уже не просто удвоило количество слоёв: быстродействие и энергоэффективность серьёзно увеличились.

Тем временем Toshiba и Western Digital/SanDisk не выпускали продукцию на основе первого поколения 3D NAND, а второе поколение выпустили в виде нишевого продукта. А вот третье поколение 64-слойного BiCS 3D NAND подготовилось к схватке. SK Hynix пыталась обгонять остальной рынок по количеству слоёв (сейчас у них 72), но этого оказалось недостаточно, и их NAND редко используется в SSD, кроме их собственных моделей. Его легче найти в картах памяти, USB-флэшках и смартфонах.

Благодаря активному производству и серьёзной конкуренции цены на NAND в 2018 начали падать. Ожидается их дальнейшее падение в начале 2019 года, даже несмотря на планы производителей по замедлению выпуска или остановке его расширения. Все современные готовые схемы накопителей от производителей SSD-контроллеров рассчитаны на 3D NAND и переход от плоской NAND уже завершён во всех продуктовых сегментах и у всех брендов.

В среднем цены на SSD падали быстрее, чем за любой из предыдущих годов, а все увеличения цен, вызванные нехватками в период перехода на 3D NAND, уже исчезли. SATA SSD начального уровня без DRAM стоит уже от $20 за 120 Гб, а накопители объёмом в 1 Тб уже приближаются к $100. SATA накопители для массового использования от популярных брендов идут дороже всего на 30-40%, что означает, что рубеж 10 центов за 1 Гб они пройдут в 2019-м. Понижение цен означает увеличение вариантов потребительских SSD объёмом в 2 Тб, даже до широкого распространения технологии QLC NAND. Пока что Samsung только начинает пытаться продавать свои SSD на 4 Тб на потребительском рынке, но в 2019-м ситуация должна будет поменяться.



NVMe перестало быть полем игры только для Samsung


В 2018-м значительно вырос потребительский рынок NVMe SSD, чему поспособствовал выход нескольких новых контроллеров, бросивших вызов доминированию Samsung в этой области. Western Digital представила свой первый собственный контроллер со вторым поколением WD Black и его OEM-копиями. Вместе с переходом от плоской 15 нм TLC к 64-слойному 3D TLC, WD Black выдала наиболее значительные улучшения из всех, что мы видели в продуктовой линейке SSd. Однако это не стало крупнейшим потрясением рынка. Silicon Motion и Phison выдали новые поколения NVMe контроллеров, и их флагманские чипы тоже способны бросить вызов контроллерам от Samsung. Впервые SSD-бренды, использовавшие готовые схемы накопителей, смогли соревноваться на этом рынке, и такие накопители, как HP EX920 и ADATA SX8200 стали лучшим вариантом для потребительских запросов высокого уровня. Осталось очень немного брендов, не предлагающих для них конкурента.

Новое поколение контроллеров NVMe SSD также предлагает более широкий спектр опций NVMe SSD начального уровня, включая DRAMless NVMe накопители, использующие опцию NVMe Host Memory Buffer, помогающую избегать самых худших последствий схемы DRAMless. Однако NVMe SSD начального уровня всё ещё сильно дороже распространённых SATA SSD, а NVMe SSD высшего класса не особенно дороже обычных, поэтому этот сегмент пока не имеет особой ценности. Возможно, частично это происходит из-за скорости падения цен на рынке SSD: более популярные NVMe накопители высокого класса дешевеют быстрее, чем NVMe начального уровня, поэтому эти сегменты пересекаются по ценам сильнее, чем в случае, если бы цены были более стабильны.

Потребительские NVMe SSD высокого класса обеспечивают последовательную скорость чтения свыше 3 Гб/с, так что мы приближаемся к ограничениям по скорости PCIe 3 x4. PCIe 4.0 ещё далеко от выхода на потребительский рынок, поэтому нас может ожидать период из года-двух, когда рынок NVMe будет таким же малоподвижным, как рынок SATA. Однако NVMe SSD ещё есть куда стремиться в плане случайного IO и энергоэффективности (которая обычно не дотягивает до показателей SATA SSD).

Прибытие QLC NAND


После нескольких лет болтовни, в 2018-м флэш-память QLC NAND, наконец, вышла на рынок. QLC NAND хранит по четыре бита на ячейку памяти вместо трёх битов у TLC NAND, что даёт неплохой прирост к плотности хранения и уменьшает стоимость единицы объёма памяти. Сложность в различии 16-и разных уровней напряжения в одной ячейке памяти приводит к серьёзным недостаткам в быстродействии и выносливости на запись, но они уже не настолько плохие, какими были несколько лет назад: большая часть QLC SSD гарантирует порядка 0,1 записей диска в день в течение пяти лет [Drive Writes Per Day, DWPD – мера выносливости SSD; это допустимое количество циклов перезаписи всего диска в сутки на протяжении гарантийного периода / прим. перев.] – это в три раза меньше, чем у сегодняшних недорогих TLC SSD. И этого уже достаточно для использования QLC NAND в качестве накопителя общего назначения, не пытаясь использовать его как накопитель класса «одна запись много чтений» [write-once, read-many, WORM] при помощи специального софта и файловых систем.



Intel и Micron первыми объявили о выпуске QLC NAND SSD, начав с Micron 5210 ION SATA SSD. Обе компании выпустили пользовательские NVMe SSD с QLC NAND осенью, используя контроллер начального уровня SM2263 от Silicon Motion. Первым NVMe SSD от Intel также был QLC накопитель. Первым продуктом QLC NAND от Samsung был потребительский 860 QVO SATA SSD. Toshiba и Western Digital (SanDisk) пока не объявляли о выпуске QLC SSD, и, скорее всего, ждут второго поколения QLC на основе 96-слойной 3D NAND.

На рынке профессиональных накопителей роль QLC NAND ясна: убить жёсткие диски с частотой вращения 10 К RPM и начать конкурировать с дисками на 7200 RPM. На потребительском рынке ситуация более запутанная. С большим кэшем SLC такие QLC SSD с NVMe, как Intel 660p и Crucial P1 могут предложить большую скорость, но с некоторыми оговорками. Но QLC могут стать более популярными на рынке SATA SSD в качестве альтернативы для DRAMless TLC SSD в своём стремлении к цели стоить по 10 центов за Гб.

QLC NAND пока находится в зародыше, и её рост будет одной из главных тенденций 2019 года. Пока что не похоже, чтобы QLC NAND смогла сильно повлиять на продажи TLC NAND в ближайшем будущем; скорее всего, она просто будет вносить лепту в рост рынка SSD. Есть ещё сомнения по поводу того, стоит ли QLC того, чтобы бороться с её проблемами, особенно с учётом того, что стоимость гигабайта QLC NAND практически не отличается от стоимости для TLC NAND.



Новые форм-факторы для профессиональных SSD


Несколько крупнейших игроков на рынке SSD участвуют в войне форматов, касающейся будущей формы SSD в дата-центрах. M.2 SSD оказались слишком мелкими и ограниченными в возможностях из-за питания в 3,3 В и отсутствия возможности горячей замены. 2,5" U.2 SSD можно менять на лету, но тяжело охлаждать, особенно при использовании парных плат для увеличения объёма накопителей с десятками NAND чипов. В первом раунде новых предложений Intel Ruler и Samsung NF1. Схема Ruler стандартизирована в EDSFF, но расползлась на огромное количество вариантов. NF1 не использует пока ни одна организация, занимающаяся стандартами, и этот вариант уже навлёк на себя гнев PCI SIG из-за повторного использования коннектора M.2, конфликтующего с её планами на M.2, однако Samsung уже договорилась c несколькими партнёрами, разрабатывающими NF1 SSD или корпуса для них.

Пока что исход войны форматов не ясен, но многие компании это не останавливает, и они двигают вперёд свои разработки и внедрение. Эти новые форм-факторы, вероятно, никогда не появятся на потребительском рынке, а их ранними пользователями будут крупные компании, не зависящие от рыночных тенденций, и, благодаря своим объёмам, способные заказывать себе SSD в любом форм-факторе.



Покойся с миром, IM Flash Technologies, 2006-2019


В 2018-м Intel и Micron решили прекратить своё давнее партнёрство по разработке флэш-памяти. IM Flash Technologies (IMFT) была сформирована в 2006-м вскоре после того, как SSD начала набирать популярность, и была одним из основных игроков в течение всей истории рынка. IMFT была вторым поставщиком NAND, выведшим 3D NAND на рынок, а её разработка памяти 3D XPoint подстегнула её конкурентов к выпуску других типов памяти с малой задержкой, включая Samsung Z-NAND и, позднее, Toshiba XL-Flash.

Этот разрыв отношений серьёзно меняет конкурентный ландшафт индустрии твердотельной памяти, но он не произойдёт мгновенно: он пройдёт в несколько фаз. Две компании уже перенесли производство NAND флэш каждая на свои фабрики, однако разработка и исследование по прежнему остаются общим делом, и ведутся в офисе IMFT в городе Лихай шт. Юта. В начале 2018-го Intel и Micron объявили, что начнут вести разработки и исследования раздельно после того, как закончат 96-слойное поколение памяти, которая должна появиться на рынке в 2019-м. Несколько месяцев спустя было объявлено о разделении разработки 3D XPoint, которое произойдёт после окончания разработки второго поколения 3D XPoint в первой половине 2019-го. Micron выкупает долю Intel в фабрике в Лихай, где производят 3D XPoint, поэтому Intel придётся покупать у Micron подложки, до тех пор, пока компания не наладит производство в одной из своих лабораторий.



Разработки новой памяти в Intel и Micron, вероятно, пойдут по очень разным путям. Intel, вероятно, сконцентрируется на накопителях для промышленного использования, и они работают над стратегией, разделяющей продукты между 3D XPoint, обеспечивающей быстродействие, и QLC NAND, обеспечивающей объём. Intel может стать первым производителем NAND, который откажется от TLC, но только, если у неё получится сделать 3D XPoint куда как более доступной, чем первое поколение. Бизнес компании Micron в области NAND гораздо шире: она главный поставщик потребительских и промышленных SSD собственного изготовления, а её NAND используется в продукции других брендов SSD, а также на мобильном, промышленном рынке и рынке встраиваемой электроники. Планы Micron на 3D XPoint пока неизвестны. Они не выпускали продукты с первым поколением 3D XPoint, и в долгосрочной перспективе могут планировать перенести внимание на совершенно другой тип энергонезависимой памяти, которого больше ни у кого не будет.



Новый конкурент на горизонте: Yangtze Memory Technologies Co.


У китайского холдинга Цинхуа есть дочерняя компания Yangtze Memory Technologies Co. (YMTC), пытающаяся пробиться на рынок 3D NAND. Поскольку она припозднилась, её план развития серьёзно отстаёт от конкурентов, и ей нужно очень быстро пройти несколько технологических этапов, чтобы нагнать тех, кто впереди. В 2017-м они разработали 32-слойную 3D NAND, а сейчас работают над 64-слойной 3D NAND, которая должна появиться на рынке в 2019-м. После этого они хотят перепрыгнуть 96 слоёв и сразу выйти на 128 в 2020-м, чтобы нагнать более старых игроков. Ключевое отличие NAND от YMTC состоит в новом методе производства, который компания назвала Xtacking: вместо того, чтобы располагать периферийные вспомогательные цепи под массивом флэш-памяти (как сначала сделали Intel и Micron, а потом запланировали себе все остальные), YMTC производит две части чипа на отдельных подложках. Она утверждает, что способна объединять законченные периферийную подложку и подложку с массивом на одном производственном шаге. Её первая 64-слойная 3D NAND является первой демонстрацией технологии.

Кроме того, что такой процесс позволяет делать матрицу небольшого размера, он даст YMTC ещё несколько преимуществ, которые позволят компании догнать конкурентов. Изготавливая периферию и массив памяти отдельно, YMTC может разделить разработку двух этих схем и продвигаться быстрее. Также периферийные цепи можно изготавливать при помощи традиционного логического процесса вместо процесса изготовления памяти – в данный момент они используют хорошо развитый и потому дешёвый логический процесс на 180 нм. YMTC планирует сделать главной особенностью своей памяти чрезвычайно большую IO-скорость, используя по нескольку плоскостей на одну матрицу. Она надеется достичь скоростей в 3 Гб/с с одной матрицы, пока другие игроки на рынке только начинают преодолевать планку в 1 Гб/с.
Share post

Similar posts

Comments 34

    +3
    большая часть QLC SSD гарантирует порядка 0,1 записей диска в день в течение пяти лет
    Это означает ресурс менее 50 ТБ для ССД объёмом 256 ГБ.

    У китайского холдинга Цинхуа есть дочерняя компания Yangtze...
    С учётом рассчёта выше для матёрых вендоров, надёжность первых китайских чипов страшно себе даже представить.
    Хоть иди на барахолку и впрок закупайся б/у SSD корпоративного или серверного класса. Несмотря на их б/у-статус, похоже, что стоящая там MLC доживёт до какой-нибудь ELC с восемью битами в ячейке :-\
      0
      Я ради интереса прикинул, сколько у меня проживёт накопитель на 3D TLC, вышло примерно 100 лет при 40 записываемых в год терабайтах (это в несколько раз больше, чем «обычное» домашнее использование, но у меня немного необычные сценарии). После этого перестал думать об MLC, потому что уже лет через 30 мне гарантированно некуда будет этот накопитель воткнуть, да и незачем.

      А после того, как китайцы в ноябре отдавали 250-гиговые 860 EVO по 2 тысячи с хвостиком рублей…
        0
        Не понял откуда 100 лет получилось. Вроде ~1000 терабайт ресурс.
          +2
          Реальный в тестах у моей модели — 6000 терабайт, так что я даже преуменьшил.
          А 860 EVO в тех же тестах вынес 3000 терабайт.

          Если, например, Samsung выпустит накопители на QLC-памяти, пусть и с вдвое меньгим ресурсом, но значительно дешевле, то нет никакого смысла их избегать. Ну проработает не 100 лет, а 50. Через 50 лет меня уже и на свете не будет.
            0
            Толку с этой выносливости в бесконечных тестах? Что-то мне подсказывает, если диску, на который записали 3 ПБ, полежать недельку без питания — с него уже ничего не прочитаешь.
            Производителем заявлено 100 ТБ — из них и нужно исходить, а не надеяться, что оно и дальше нормально будет работать.
              0
              Что-то мне подсказывает, если диску, на который записали 3 ПБ, полежать недельку без питания — с него уже ничего не прочитаешь.
              Когда кажется — креститься надо. Толк большой — количество перезаписей сейчас больше чем надо у хороших моделей
              Производителем заявлено 100 ТБ — из них и нужно исходить, а не надеяться, что оно и дальше нормально будет работать.
              Ага, производители винчестеров тоже много что заявляли, и? Исходить нужно из того, что бекапы стоит хранить по системе 3 2 1.
              0
              Официальный сайт с вами не согласен *
              Warrantied TBW for 860 EVO: 150 TBW for 250 GB TLC
              Warrantied TBW for 860 PRO: 300 TBW for 256 GB MLC


              Если верить данным из публикации про QLC, 0.1 перезапись в день на 5 лет получается что гарантия на 1 перезапись в 0.5 года или ~183 дня, а это означает что ресурс ячеек не сильно больше 183 или 25 TBW для 128 гигового диска.
              Учитывая вышесказанное MLC >1171, TLC>600, QLC>183 следующий мой диск будет снова на MLC.
                0
                Официальный сайт говорит про гарантированный ресурс, а не про тот, что вы получите на практике. Именно для этого и проводят тесты на выносливость, в противном случае в них не было бы смысла.

                Хотя, конечно, это был бы рай для производителя любой продукции, если бы пользователь по окончании гарантийного срока или гарантированного ресурса послушно выбрасывал вещь и покупал новую.
            0
            Вот здесь ребята интересные тесты тестируют: 3dnews.ru/938764/page-3.html
            Я по их рекомендациям нашел древний Кингстон uv300 (в упаковке) — пока живёт, с ноября 18-го (90 Гб всяких кэшей и временных файлов). PLEXTOR LiteOn MU 3 в таком режиме сдох на третьем месяце.
            0
            Зачем? Может, проще и дешевле будет купить три новых накопителя и поставить их в raid1 со spare?
            Цена то только за год в два раза практически упала.
            0
            Похоже классические диски скоро остануться в истории.
              0
              Мелкие, до 0.5-1 Тб, скорее всего да — вполне выгодно брать SSD таких размеров вместо HDD.
              Но вот с большими объемами пока вопрос — SSD больших размеров пока стоят слишком уж дорого и что-то не особо наблюдается чтобы цена на них ощутимо уменьшалась.
                0
                Год назад и 256 были «очень уж дороги».
              0
              Угу, сам в ноябре 2018 купил пару ссд на 500гиг (Evo-860+CX500) при стоимости меньше 110$ вместе.
              Цены достаточно резко пошли вниз
                0
                Где купили, если не секрет?
                  0
                  Германия, в магазине (59+49 евро были)
                0
                Обычного пользователя ресурс не сильно должен беспокоить. В теории и ССД должны быстро сдыхать, и батарея Теслы приходит в негодность в лучшем случае уже через 10 лет, и экран телефона/монитора должен выгорать.

                На практике же, обычный пользователь с его сценариями использования такой деградации не испытывает — скорее устройство планово проапгрейдит чем заметит существенные проблемы со старым. Такое впечатление что производители перестраховываются.
                  0
                  Уже опять? 5 (скоро 6) лет назад я купил vertex4. Вместо обещанных 5 он проработал 2 и внезапно перестал определяться. Было очень неприятно.
                  +5
                  Intel и Micron объявили, что начнут вести разработки и исследования раздельно после того, как закончат 96-слойное поколение памяти
                  Вы, собаки, лучше сделайте чтобы SSD не дохли резко без предупреждения, а после исчерпания ресурса ячеек переходили в режим RO, а не дохли намертво.
                    0
                    Ячейки так может и делают, только вот дохнет контроллер, естественно внезапно и без предупреждения.
                      0
                      А что с ним случается?
                        0
                        Перестает запускаться/определяться. На уровне железа даже предположить не могу что в чипе происходит в этот момент.
                          0
                          Ничего с ним не происходит. Это обычный ARM процессор, который стоит в мульёнах телефонов, роутеров, и работает, пока пользователь не выкинет аппарат.
                          Проблема в том, что иногда умирают ячейки со служебной информацией, а прошивка оказывается к такому не готова и падает где-то внутрях в assert(0). Вся проблема в алгоритмах и кривости программистов, писавших прошивку.
                            0
                            Не обязательно кривости, просто сэкономили время и деньги на этой части разработки.
                        0
                        Ячейки тоже дохнут, но контроллер при этом ни жу-жу.
                      0
                      В декабре тоже заметил (случайно) что цены знатно пошли вниз, если верить разным сервисам, которые мониторят цены, то выходит меньше чем за год потеряли почти
                      два раза в цене:




                      1Тб очень даже привлекает теперь по цене

                      пс. слежу именно за сата для старого ноута
                        +1
                        SLC->MLC->TLC->QLC… Ресурс следующего меньше, чем ресурс предыдущего.
                        Запланированное устаревание же!
                        +
                        Шутка, если что.
                          0
                          В прошлом году захотел заменить в домашнем компе 2TB Seagate Constellation ES.3 на такого же объема WD Black NVMe. Основная идея была — избавиться от движущихся частей в компе (вентиляторы не в счет). Системный диск — Samsung 960 EVO NVMe 250GB.

                          Ходил, думал, считал… А потом пошел и купил WD Black 6TB 7200rpm 256MB. А лет через пять заменю его на SSD такого же объема. Каким он будет — TLC, QLC или более «тонким» — не важно, для домашнего использования любой подойдет.
                            0
                            А что скажете про APPLE SSD SM0256L? Они демонстрируют достаточно высокую производительность. У них какой тип памяти?
                              0
                              Я месяц назад писал что ssd стали дешевыми и мне тогда заявляли что нет, все еще дорого и вообще, ты не прав.
                              На черную пятницу самсунг продавал свои 860 evo 1tb за $130. Это не самый топовый ssd, конечно, но это из сегмента высшего класса накопителей. Потом, уже можно купить ssd 120gb за $20. Недавно выбрал когда понадобился для малины.
                              Но есть и негативный момент в этом всем. Если раньше можно было отодвинуть себя от массового пользователя с помощью ssd и получить колоссальный прирост производительности, то теперь у многих уже стоят ssd и разработчики начинают ориентироваться сразу на ssd, другими словами, класть болт на производительность. На горизонте пока не прослеживается ssd 2.0, значит придется страдать вместе с пользователями.
                              Та же самая ситуация с процессорами: у многих уже 4/6-ядерные процы в виде старых i7 или новых i3/i5. Нельзя как в 2012 купить условный 3770 и забыть на годы про процессор, пользуясь программами которые сделаны для пользователей с процессорами на порядок слабее. Даже покупка сегодня 9900k 5ггц уже не дает того отрыва который был тогда.
                                0
                                На горизонте пока не прослеживается ssd 2.0
                                NVMe вообще-то.
                                  +1
                                  Даже не знаю как ответить. Давайте начну с того что у меня под систему стоит samsung 970 pro 512gb. С одной стороны, это действительно очень быстрая штука с которой можно кидать гигабайты «туда-сюда» за секунды. С другой стороны, работа с мелкими файлами мало отличается от «бытовых» ssd. Хорошо это демонстрируют игры: загрузка с hdd 60 секунд, с ssd 25 секунд, nvme 24 секунды.
                                  У интел есть интересный образец 900 серии, но с мелкими файлами там всего лишь на 20% лучше nvme. Не 2000% и даже не 200% за +300% к цене и -150% к обычному чтению/записи.
                                  0
                                  Хм. В десктопе стоит 3550, купленный летом 2012-го. 2 года назад поставил систему на ССД, памяти добавил до 24 Гб (хотел до 32, но и эту занимать особенно уже нечем). Никаких проблем с производительностью. Я что-то делаю не так?
                                    0
                                    Зависит от требований, так-то можно и на пеньках сидеть и будет нормально, простите за каламбур :) Ваш процессор, например, будет захлебываться в новых играх и вряд ли выдаст стабильные 60 кадров.
                                    Касательно требований, я бы хотел запуск ide не за 15 секунд, а за 5, реиндексацию тяжелого проекта не 20 секунд, а 10. Или холодную загрузку этого проекта вместо 5 секунд 1 секунду.
                                    Причем процессор 8700k явно бы справился, а ssd слишком слаб на мелких файлах.

                                Only users with full accounts can post comments. Log in, please.