03.04 PCIe 4.0固態硬盤為何尚未普及?它在等更快的閃存

2019年,AMD第三代銳龍平臺將PCIE 4.0引入到個人電腦,但除了PCIe 4.0 x8接口的RX 5500XT之外,幾乎沒有顯卡會從PCIe 4.0當中明顯獲益。PCIe 4.0的實際優勢體現在高速固態硬盤身上。

PCIe 4.0固態硬盤為何尚未普及?它在等更快的閃存

下圖是群聯PS5016主控搭配鎧俠BiCS4閃存的PCIe 4.0固態硬盤,在不同PCIE版本下的測速。可以看到,從2.0到3.0的翻倍提升並沒有完整地出現在3.0到4.0的變化當中。

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其中的關鍵在於當前的閃存還不夠快,要展現PCIe 4.0甚至未來PCIe 5.0的帶寬優勢,需要更多數量的閃存芯片。也就是像下圖中所展現的那樣,PCIe 4.0固態硬盤需要1~2TB,PCIe 5.0固態硬盤需要2~4TB容量才能顯得充實。但現在還有很多用戶在尋找240GB甚至更低容量的固態硬盤。

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除了堆高容量之外,也可以採用更快的存儲介質來提升整體速度,比如Intel Optane中所用的3D XPoint,或者低延遲SLC閃存。理論上3D XPoint只需80GB容量就能用滿PCIe 4.0帶寬。

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但現實是英特爾的主控芯片不給力,Intel 905P連PCIe 3.0 x4的帶寬都用不滿。由於整個Optane生態是封閉的,沒有其他競爭者可以加入其中並促進其快速發展、降低成本。

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以鎧俠XL-Flash為代表的高性能閃存有望改變這一現狀。XL-Flash本質上是針對低延遲高帶寬應用設計的特殊NAND閃存。

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XL-Flash將使用SLC類型(而不是常見的TLC)、16-Plane(而不是常見的2Plane)、4KB Page(而不是常見的16KB)設計。單die容量128Gb(16GB),可使用2-die、4-die、8-die封裝,按照上文表格中的數據,僅需1~2個XL-Flash顆粒就可以充分利用PCIe 4.0帶寬、僅需3個XL-Flash顆粒就可以充分利用PCIe 5.0帶寬。

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除了讀寫帶寬優勢之外,XL-Flash的低延遲特性非常適合填補DRAM內存與TLC閃存之間的空間,它的讀取延遲不足5微秒,遠低於當前普通3D TLC閃存的80微秒水平。

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更重要的是鎧俠(原東芝存儲)對XL-Flash持開放態度,除了原廠固態硬盤之外,也會將XL-Flash提供給更多合作廠家使用。這無疑會打破英特爾傲騰的壟斷,推動高性能固態硬盤的迅速發展,讓人們徹底告別加載和讀條界面。

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