什么樣的數據架構才能滿足ZB時代數據存儲需求？ _數據存儲

2019年的存儲市場遇到了需求趨緩、價格下跌、庫存積壓等不利因素的影響，但并沒有影響存儲市場需求的不斷增長和產品技術的不斷提升。在不久前于深圳舉辦的閃存市場峰會(CFMS 2019)上，西部數據公司高級副總裁兼中國區總經理Steven Craig在大會上進行了ZB時代的數據存儲核心架構ndash;機遇、挑戰和階段的主題演講，在演講中Steven也對存儲市場的前景表示樂觀，他認為， NAND閃存市場將會在年底重拾上行之勢。

。圖1:西部數據公司高級副社長兼中國區社長StevenCraig認為NAND閃存將恢復上升趨勢。

存儲技術趕不上數據產生速度

我們現在的手機存儲容量一般是64GB ， 1ZB=1024EB=1024times1024PB=1024times1024times1024TB=1024times1024times1024times1024times1024GB ，即1040GB ，約1兆GB 。這是一個超級龐大的數字，預計到2023年，會產生103ZB的數據。StevenCraig進一步指出。這些數據主要來源于末端的邊緣數據、邊緣整合后的數據、云處理和轉換的智能信息。

在StevenCraig中，這些看似巨大的數據實際上只存儲了一小部分。例如， 2018年的數據存儲量在5ZB左右，預計占產生數據的15%左右，到2023年存儲的數據為12ZB左右，產生數據的11%左右，其他數據會消失，永遠不會回來。

存儲的數據這么少是有原因的，其中一個重要原因是我們的存儲技術和設備趕不上數據增長的新趨勢。因此， StevenCraig指出，我們必須改變思維模式，為未來更大的數據存儲做準備，準備相關技術。

圖2:2018年發生的數據為32ZB ，存儲的數據量為5ZB ，預計2023年發生103ZB的數據。

主流3DNAND閃存已經達到96層仍然不夠， QLC崛起

r隨著數據量的迅速增加，主流存儲技術也在迅速前進。3DNAND閃存從2014年的24層到2016年的48層、2017年的64層、2018年的96層和明年的1XX層，技術更新速度越來越快。

下圖3:NAND閃存技術的快速發展。

沒有， StevenCraig在主題演講中也提到，單純增加層數，看似簡單，但實際上并沒有幫助生產企業降低成本，而是增加了更多的成本，可能會出現錯誤。增加層數，意味著需要制造更多的晶圓，從而導致成本上升，他拿48層擴展到64層舉例說，當時的成本大概是8000美元每平方米。當然，我們可以通過規模化生產來降低成本。StevenCraig指出。

目前，擴大閃存的容量主要有三種方法：一是增加存儲孔密度;二是增加存儲單元密度;三是通過邏輯擴展增加比特密度。

圖4：增加閃存容量的三種維度。

三個維度增加容量的效果各不相同，從64層擴展到96層時，存儲孔密度增加約10%的存儲單元密度增加了68%的TLC比特密度增加了65% 。綜合這三種方法可以看出整個閃存容量的增加。StevenCraig在演講中表達。在

的邏輯擴展中，目前主流的技術是TLC ，但下一代是QLC ， QLC可以實現各存儲單元的4比特數據，預計到2025年QLC整體的市場占有率將增加到50% 。這包括企業級、消費級和移動級閃存應用。

下圖5:QLC與TLC增加的比特密度比較。

QLC具有可擴展、成本/TCO效益和優異的訪問和讀取性能等優點，未來可能會迅速崛起，但不是一帆風順地繼承TLC嗎？因為QLC也面臨著寫作限制等重要挑戰。

面對寫入限制挑戰的不僅僅是QLC ，還有重疊式磁記錄(SMR) ，該技術在制造技術方面的變動非常小，但可以大幅度提高磁盤的存儲密度。SMR盤將盤片上的數據磁道部分疊加起來，就像屋頂上的瓦片一樣。

SMR磁盤的讀書行為與普通磁盤相同，但其寫作行為發生了很大變化:不支持隨機寫作和當場更新寫作。這是因為SMR磁盤上新寫的磁道復蓋與之重疊的所有磁道，破壞其數據。換句話說，與傳統磁盤相比， SMR磁盤不再支持隨機寫作，只能按順序追加寫作。寫法的限制給想要使用SMR磁盤的存儲系統帶來了巨大的挑戰。

【什么樣的數據架構才能滿足ZB時代數據存儲需求？】

下圖6:西部數據公司產品市場部副社長朱海翔。

西部數據公司產品市場部副總裁朱海翔表示，分區存儲技術可以應對新興應用帶來的數據爆炸，幫助用戶在ZB級容量存儲時代保持具有競爭力的整體成本，實現更大的規模利益。

從西部數據6月發布區域存儲技術后，我們可以與世界上基本上所有的大型云服務提供商和大型OEM系統制造商合作，實現系統水平整體的智能數據安全，幫助最大的存儲密度朱海翔在媒體集團訪問時表示。

第二，從產品的特性來看，西部數據的產品有Hostlock ，插入系統或拔出系統時有握手的過程，如果握手不成功，就無法獲得數據。這是在軟件水平上實現的。該技術在SD卡上被稱為HostLock ，在HDD上被稱為ATA 。

第三，從元器件的健康管理來看，以硬盤為例，西部數據有兩種健康管理。一是基于設備，西部數據可以根據設備上的數百種以上參數，通過人工智能預測硬盤何時損壞。這樣就可以提前進行維護、更換、轉移數據。

圖7：西部數據提出的分區存儲架構。

在演講中， Steven Craig還介紹了西部數據在分區存儲技術生態系統中的兩種硬盤，其15GB的SMR HDD硬盤已經批量出貨， 20TB的SMR HDD預計將在明年正式上市;ZNS NVMe SSD平臺也推出了一款產品DC SN340 。

StevenCraig認為， SMR和ZNS通過提供智能應用框架構成當前和未來ZB級數據時代的重要基礎。

下圖8:開源區域存儲生態。

三種新的存儲解決方案不僅滿足了多種物聯網和工業應用場景的需求

閃存技術的發展趨勢，西部數據還在本次CFMS2019中為工業4.0時代和物聯網設備設計提供了3種新的解決方案:iNANDIXEM132嵌入式閃存盤、IXLD342SD存儲卡和IXQD342中心

圖9:西部數據發布的工業和物聯網應用三種新解決方案:iNANDtixem132嵌入式閃存盤、IXtld342SD存儲卡和IXticroSD存儲卡

關于發表這三種工業級產品的原因，西部數據公司產品市場部長張丹說明們經過現在和未來ZB時代的數據分析和研究判斷，發現了數據的兩個趨勢。一個是數據云，二個是計算力。

數據上云很好理解，計算能力下降是指邊緣計算，今后將越來越多的計算能力放在邊緣，即邊緣計算能力越來越強，邊緣計算增強后，將創造許多新的商業模式這些不斷變化的物聯網和工業解決方案將實時生成大量數據。因此，為了適配增強的計算能力，以及由該計算能力推動的數據變化，我們推出了一些列配合邊緣計算的產品。張丹指出。

下圖10:西部數據公司產品市場部長張丹介紹西部數據系列產品。

雖然是邊緣存儲的需求，但物聯網和工業的應用場景太多，不同的應用場景對存儲的要求實際上不同。張丹根據存儲要求，將物聯網和工業的應用場景分為

二是工業網關、工業自動化和自動建筑應用場景。在這種情況下，可能沒有高頻數據流程的寫作，但要求高可靠性，因為存儲設備的工作環境非常嚴格，設備能否適用于嚴格、潮濕、多震、高海拔等不可控、不可抗力，甚至是特殊的應用場景，在設計中

三是物聯網模塊、智能醫療、自動銷售、嵌入式數據等新應用場景。這種應用場景不知道將來會發展到什么程度，還有很多未知的領域和數據鏈。

四是數字標志、銷售點、控制平臺等傳統應用場景。這種應用場景需要滿足可靠性、有效性、數據互通性、與平臺的合作性等需求。

總的來說，為了滿足這些不同應用場景下的物聯網和工業需求，存儲產品需要滿足溫度、壽命、可靠性等需求。

隨后，張丹詳細介紹了西部數據新推出的工業級存儲產品。

其中， iNANDix嵌入式閃存盤是西部數據首次為工業和物聯網設備應用設計的e.MMC嵌入式閃存盤，配備西部數據可靠性高的64層3DNAND技術，最大容量提高到256GB 。該產品有兩個版本的寬溫范圍，分別為-25degc至下85degc和-40degc至85degc 。

她特別提到， iNANDIX ， EM132嵌入式閃存盤是西部數據第一個基于3D技術的工業級產品，前兩代產品基于2D的MLC 。雖然采用的是3DTLC ，但這款閃存柜還是延續了其2D產品所需的3000次PE循環，支持最新的e.MMC5.0標準，隨機寫入速度可達200M/s以上。同時還支持高級運行情況管理、熱管理、智能分區、自動和手動閱讀更新等特性，以及達到JEDEC標準的數據保持力。

經過我們的設計， TLC可以達到3000次PE ，但在對耐久性有更高要求的新應用場景種類中，我們還可以通過智能分區特性將我們的部分或全部恢復到SLC ， SLC的壽命或讀寫次數達到10萬次/100k 。張丹進一步說明，智能分區的另一個優點是，在恢復SLC的過程中，可以實現純粹的物理分區和隔離。

、IX、LD342、SD存儲卡和IXQD342microSD也采用3DNAND閃存技術， SD存儲卡最高可提供512GB容量， microSD存儲卡最高可提供256GB容量。它們都有3000P/E循環，可以支持工業和物聯網設備的存儲需求。

這兩種產品具有運行狀況管理和熱管理等特性，同時存儲卡的地址具有主控制鎖定的功能，在一定程度上保證了數據的安全性，只有與主控制成功的主控制才能讀取存儲卡的數據。可以防止任何人閱讀公共照相機中存儲的數據。

產品展示

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圖11:西部數據顯示的IXLD342SD存儲卡和IXQD342microSD產品。

這兩種內存產品microSD卡只有食指指甲蓋的大小，最高厚度為1.1mm 。

下圖12:與NXP合作的demo 。

這個demo主要用于演示內存寫了多少次，以前工作過的最低溫度、最高溫度和現在工作過的溫度。它還有多長的使用壽命，開始了多少次等參數。

圖13:這里展示了西部數據發表的ZNSSD 。

此ZNSSSD主要面向區域存儲生態，目前采用TLC ，未來采用QLC 。