Completando nuestra serie de artículos en 2018, el año pasado ha sido uno de los años más emocionantes en el espacio de SSD desde que los discos comenzaron a generalizarse. La competencia ha subido y los precios han bajado. Las tecnologías existentes como 3D NAND y NVMe ahora ofrecen todo su potencial, y las nuevas tecnologías como QLC NAND han tenido un buen comienzo.

3D NAND alcanza su paso en 64 capas

2018 fue el primer año completo en el que todos los principales fabricantes de flash NAND tenían una producción en volumen de NAND 3D de 64 capas o más. Las TLC 3D de 64 capas de las asociaciones Intel / Micron y Toshiba / SanDisk / Western Digital demostraron ser muy competitivas con la NAND de 64 capas de Samsung, lo que hace que los proveedores más grandes estén en igualdad de condiciones por primera vez en años.

Intel y Micron fueron los segundos en ofrecer 3D NAND después de Samsung, pero su generación inicial de 32 capas fue decididamente lenta y claramente no estaba lista para desafiar a la V-NAND de Samsung, aunque era lo suficientemente buena como para justificar la producción en masa. Mientras que su segunda generación hizo mucho más que duplicar el recuento de capas: el rendimiento y la eficiencia energética mejoraron significativamente.

Mientras tanto, Toshiba y Western Digital / SanDisk nunca enviaron un producto utilizando su primera generación de NAND 3D, y solo enviaron un producto de nicho único con su segunda generación, pero su tercera generación de 64 capas BiCS 3D NAND estaba lista para el horario de máxima audiencia. SK Hynix ha estado tratando de adelantarse al resto del mercado en la cantidad de capas (actualmente en 72), pero esto no ha sido suficiente y su NAND está viendo poco uso en los SSD, aparte de sus propios modelos . (SK Hynix 3D NAND ha sido más fácil de encontrar en tarjetas de memoria, almacenamiento USB y teléfonos inteligentes).

Con buenos rendimientos y una fuerte competencia, los precios de la memoria flash NAND comenzaron a caer en 2018. Y se espera que continúen bajando a principios de 2019, incluso con planes de los fabricantes para reducir o detener la expansión de la capacidad de producción. Todos los diseños de unidades de llave en mano actuales de los proveedores de controladores SSD se basan en 3D NAND y la transición desde el flash NAND planar ahora está completa para cada marca y segmento de producto.

Los precios de los SSD en general han estado cayendo más rápido que en cualquier otro momento en los últimos años, y todos los aumentos de precios causados ​​por la escasez durante la transición a 3D NAND se han borrado. Los SSD SATA sin DRAM de nivel de entrada ahora se han reducido a solo $ 20 por una unidad de 120GB, y las unidades de 1TB están comenzando a alcanzar los $ 100. Las unidades SATA convencionales de las mejores marcas son solo un 30-40% más caras, lo que significa que es probable que también alcancen los 10 ¢ / GB en 2019. Estos precios más bajos significan que también estamos empezando a ver muchas más opciones para SSD de 2TB para el consumidor, incluso antes. La introducción generalizada de QLC NAND. Hasta ahora, Samsung sigue siendo el único que intenta vender SSD de 4 TB en el mercado de consumo, pero es probable que esto cambie en 2019.

NVMe ya no es solo el juego de Samsung
El mercado de consumo de SSD NVMe creció significativamente en 2018, ayudado por varios nuevos lanzamientos de controladores SSD que desafiaron el dominio de Samsung en este segmento. Western Digital presentó su primer controlador NVMe interno con la segunda generación de WD Black y sus homólogos OEM . Combinado con un cambio de TLC planar de 15 nm a TLC 3D de 64 capas, el WD Black entregó las mejoras generacionales más significativas que jamás hayamos visto en una línea de productos SSD. Pero eso no fue lo más importante para sacudir el mercado de consumo de NVMe. Silicon Motion y Phison entregaron una nueva generación de controladores NVMe, y sus chips de gama alta también pueden desafiar a los controladores de Samsung. Por primera vez, las marcas de SSD que utilizan diseños de unidades llave en mano pudieron competir en este segmento del mercado, y unidades como la HP EX920 y ADATA SX8200 fueron siempre el mejor valor para el almacenamiento de alto nivel para el consumidor. Ahora solo hay un puñado de marcas de SSD que no ofrecen un competidor de alto nivel creíble.

La nueva generación de controladores SSD NVMe también brindó una gama más amplia de opciones de SSD NVMe de nivel de entrada, incluidas las unidades NVMe sin DRAM que utilizan la función de memoria de host de NVMe para evitar las peores consecuencias de un diseño sin DRAM. Sin embargo, todos los SSD NVMe de nivel de entrada siguen siendo significativamente más caros que los SSD SATA convencionales, y mientras tanto, los SSD NVMe de gama alta no son mucho más caros que eso, por lo que este segmento de productos no ofrece ningún valor razonable hasta el momento. Parte de esto parece deberse al ritmo de las caídas de precios en todo el mercado de SSD: las unidades NVMe de gama alta más populares han sido más receptivas con las caídas de precios que los productos NVMe de bajo nivel de entrada, por lo que los dos segmentos de productos Hemos visto una mayor superposición de precios de lo que probablemente veríamos si los precios fueran más estables.

Los SSD NVMe de alto nivel para el consumidor ahora ofrecen velocidades de lectura secuenciales de más de 3 GB / s, por lo que nos estamos acercando a los límites de un enlace PCIe 3 x4. PCIe 4.0 aún está lejos del mercado de consumo, por lo que podríamos estar ingresando en un período de uno o dos años, en el que el mercado de NVMe estará casi tan estancado como el mercado de SATA en cuanto a los números de rendimiento de ráfagas de primera línea. Sin embargo, aún hay mucho espacio para que los SSD NVMe continúen mejorando el rendimiento de E / S aleatorios y la eficiencia energética (que generalmente es peor que los SSD SATA).

Llega QLC NAND
Después de varios años de conversación, la memoria flash QLC NAND finalmente llegó al mercado en 2018. Al almacenar cuatro bits por celda de memoria en lugar de los tres bits por celda del flash TLC NAND actual, QLC NAND proporciona un gran impulso a la densidad de almacenamiento y mejora el resultado. precio por gigabyte. La dificultad de distinguir entre 16 niveles diferentes de voltaje en una sola celda de memoria trae importantes desventajas a la resistencia y el rendimiento de la escritura, pero la resistencia no es tan mala como se temía hace varios años: la mayoría de los SSD de QLC están calificados para aproximadamente 0.1 unidades de escritura por día Durante cinco años, aproximadamente un tercio del volumen de escritura de SSD TLC de bajo costo. Esto todavía es suficiente para usar QLC NAND como almacenamiento de propósito general, en lugar de tener que tratarlo como un medio de escritura, de lectura múltiple (WORM) con software y sistemas de archivos especializados.

Intel y Micron fueron los primeros en anunciar sus QLC NAND SSD, comenzando con el SSD empresarial SATA 5210 ION de Micron . Ambas compañías introdujeron unidades SSD NVMe de consumo con QLC NAND en el otoño utilizando el controlador NVMe de nivel de entrada SM2263 de Silicon Motion, y la primera unidad QLC empresarial de Intel también es una unidad SSD NVMe. El primer producto QLC NAND oficial de Samsung es el 860 QVO SATA SSD del consumidor. Toshiba y Western Digital (SanDisk) aún no han anunciado SSD de QLC, y es probable que estén esperando su segunda generación de QLC basada en 3D NAND de 96 capas antes de aumentar la producción de QLC.

En el mercado de almacenamiento empresarial, el rol de QLC NAND es claro: eliminar los discos duros de 10k RPM y comenzar a competir contra los discos de 7200 RPM. En el mercado de consumo, las cosas son un poco menos claras. Con un gran caché de SLC, los SSD de QLC con NVMe como Intel 660p y Crucial P1 pueden ofrecer un rendimiento de alto nivel con advertencias. Pero QLC puede demostrar ser más popular en el mercado de SSD SATA como alternativa a los SSD TLC sin DRAM en el impulso hacia 10 ¢ / GB.

QLC NAND está todavía en su infancia, y su crecimiento será una de las principales tendencias de almacenamiento que se observarán en 2019. Por el momento, no parece que QLC NAND canibalice las ventas de TLC NAND en un futuro próximo y En su lugar, estar agregando al mercado de SSD en general. Todavía existen algunas dudas sobre si vale la pena el problema de QLC, especialmente en los informes que indican que los rendimientos iniciales han sido tan bajos que el costo por GB de NAND QLC es apenas mejor que el TLC NAND.

Nuevos factores de forma para SSDs empresariales
Varios de los jugadores más grandes en el mercado de SSD se han involucrado en una guerra de formatos sobre la forma futura de los SSD en el centro de datos. Las SSD M.2 han demostrado ser demasiado pequeñas y demasiado limitadas por su suministro de 3.3 V y la falta de soporte de intercambio en caliente. Los SSD U.2 de 2.5 “son intercambiables en caliente pero son difíciles de enfriar, especialmente cuando se usan dos PCB apilados para permitir unidades de gran capacidad con docenas de paquetes flash NAND. La nueva primera ronda de nuevas propuestas de factor de forma fue la regla de Intel y la NF1 de Samsung El diseño de la regla se ha estandarizado como EDSFF, pero se ha transformado en una serie de variaciones vertiginosas . El NF1 de Samsung no ha sido recogido por ningún organismo principal de estándares y ha atraído la ira de PCI-SIG para reutilizar el M.2 conector de una manera que entra en conflicto con sus propios planes futuros para M.2, pero Samsung ha asegurado a varios socios que están desarrollando SSD NF1 o recintos / servidores.

Hasta ahora, no hay una resolución clara para la guerra de formatos, pero eso no ha impedido a muchas compañías avanzar con el desarrollo y la implementación. Es probable que estos nuevos factores de forma nunca aparezcan en el mercado de consumo, y los primeros adoptantes en el centro de datos son usuarios a gran escala que tienen un volumen suficiente para que no sean dependientes de las tendencias generales del mercado para obtener los SSD fabricados en el factor de forma de su elección .

Tecnologías RIP, IM Flash, 2006-2019

Intel y Micron decidieron en 2018 romper su asociación de larga data para el desarrollo de la memoria flash. IM Flash Technologies (IMFT) se formó en 2006, poco antes de que los SSD se convirtieran en la corriente principal, y ha sido un jugador importante en casi toda la historia del mercado de SSD. IMFT fue el segundo proveedor de flash NAND que trajo 3D NAND al mercado, y su desarrollo de la memoria XPoint 3D ha estimulado a sus competidores a responder con otras memorias de baja latencia para almacenamiento de alta gama, incluido el Z-NAND de Samsung y el anuncio más reciente de Toshiba. de XL-Flash .

Esta separación es un cambio importante en el panorama competitivo de la industria del almacenamiento de estado sólido, pero no ocurre de la noche a la mañana: la separación de IMFT se anunció en varias fases. Las dos compañías ya habían trasladado la fabricación de flash NAND a sus propias fábricas, pero la I + D seguía siendo un esfuerzo compartido centrado en IMFT en Lehi, Utah. A principios de 2018, Intel y Micron anunciaron que su I&D flash NAND divergiría después de la finalización de la generación de 96 capas, que se lanzará al mercado en 2019. Varios meses después, se anunció una división similar para el desarrollo de XPoint 3D , para surta efecto después de terminar la segunda generación de 3D XPoint en la primera mitad de 2019. Micron está comprando la parte de Intel de la fabulosa Lehi donde se produce 3D XPoint, por lo que Intel tendrá que comprar obleas de Micron hasta que puedan aumentar la producción en uno. de sus propias fabs.

Intel y Micron probablemente tomarán sus futuros desarrollos de memoria en direcciones muy diferentes. Es probable que Intel se centre únicamente en el almacenamiento empresarial, donde están trabajando hacia una estrategia para dividir sus productos entre 3D XPoint para el rendimiento y QLC NAND para la capacidad; Intel podría ser el primer fabricante de NAND en abandonar el TLC, pero probablemente solo si pueden hacer que el 3D XPoint sea mucho más asequible que su primera generación. Por el contrario, el negocio NAND de Micron es mucho más amplio: es un proveedor importante para SSD de consumo y empresa de su propia creación y su NAND es utilizado por muchas otras marcas de SSD, así como aplicaciones en mercados móviles, industriales e integrados. Los planes de Micron para 3D XPoint aún no están claros. No han lanzado ningún producto con 3D XPoint de primera generación y, a la larga, pueden estar planeando cambiar el enfoque a una memoria no volátil completamente diferente que será solo suya.

Un nuevo competidor en el horizonte: Yangtze Memory Technologies Co.

Tsinghua Unigroup de China tiene una filial llamada Yangtze Memory Technologies Co. (YMTC, por sus siglas en inglés) que está tratando de ingresar al mercado 3D NAND. Como un participante tardío en el mercado, su hoja de ruta está significativamente por detrás de la competencia y requiere que realicen una serie de iteraciones de tecnología de ritmo muy rápido para ponerse al día. Desarrollaron 3D NAND de 32 capas en 2017 y actualmente están muestreando 3D NAND de 64 capas con una producción en serie prevista para finales de 2019. Desde allí planean saltarse el nodo de 96L y saltar a 128L en 2020 para alcanzar a los jugadores más establecidos. La diferencia clave que distingue a la NAND de YMTC es un método de fabricación novedoso con el nombre de Xtacking : en lugar de colocar los circuitos de control periférico bajo la matriz de memoria flash (implementada por primera vez por Intel y Micron, y en la hoja de ruta para todos los demás), YMTC los convierte en dos. Partes del chip en obleas totalmente separadas. Afirman ser capaces de unir juntas de obleas terminadas y de periféricos en un solo paso del proceso. Su NAND 3D de 64 capas es la primera demostración de esta tecnología.

Además de permitir un tamaño de troquel en general competitivo y pequeño, el diseño Xtacking de YMTC tiene algunas otras consecuencias que los ayudarán a ponerse al día. Al fabricar los circuitos periféricos y la matriz de memoria por separado, YMTC puede desacoplar un poco el desarrollo de los dos diseños e iterar un poco más rápidamente. Los circuitos periféricos también se pueden construir en un proceso lógico tradicional en lugar de en un proceso de memoria; actualmente están utilizando un proceso lógico de 180 nm maduro y, por lo tanto, muy barato. YMTC planea hacer que las velocidades de IO extremadamente altas sean un sello distintivo de su NAND 3D mediante el uso de muchos planos por troquel. Esperan alcanzar 3Gb / s desde un solo dado, mientras que los jugadores 3D NAND existentes están comenzando a moverse más allá de 1Gb / s.


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