3D NAND时代,哪些技术可提升PCIe SSD性能?

时间:2024-04-04 19:11:21

3D NAND时代,哪些技术可提升PCIe SSD性能?

从图中不难分析出,NAND 3D TLC技术已成为行业的主流,同时也标志闪存从2D迈进了3D NAND时代。较2D NAND,3D NAND凭借颗粒立体式堆叠的方式突破了因晶圆物理极限而无法进一步扩大单Die可用容量的限制,从而实现了在相同大小的体积内存储颗粒总体容量的飙升。


同时,NVMe协议的普及应用,为PCIe SSD的性能提升再次带来飞跃,主要体现在低延时、可拓展性和安全性,这也是Memblaze PBlaze5性能能够大幅提升的秘密之一。

3D NAND时代,哪些技术可提升PCIe SSD性能?

多Lane = 性能可扩展

一方面NVMe设备和CPU直连,协议开销大幅减小,另一方面可以最大化利用CPU Lane资源,例如显卡使用 x16个Lane,网卡一般用 x4或者 x8个Lane,而PCIe SSD可以启用更多Lane资源,大多数PCIe SSD设备,包括Memblaze上一代PBlaze4 NVMe SSD最多支持 x4 Lane,而全新一代PBlaze5凭借NVMe的优势,最大可以支持 x8 Lane。再支持PCIe3.0,单个Lane的理论带宽可达1GB/s,支持Lane越多,性能越高。所以若设备支持 x16 Lane,总带宽将达16 GB/s。

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PBlaze5支持PCIe3.0标准,半高半长插卡形态还支持 x8 Lane,顺序读性能高达6.0GB/s,相比 x4产品顺序读性能翻倍。

多Plane写操作

作为Memblaze新一代PCIe NVMe SSD产品,PBlaze5在采用企业级3D-TLC NAND的同时,还支持多Plane操作技术,既提升了写性能,又提升了每瓦IOPS的能效利用率。

而说起多Plane概念,不得不提到Die,在这里简单介绍下。Die(晶粒)是以半导体材料制作成未经封装的一小块集成电路,通常情況下,集成电路是以大批方式,经过光刻等多項步驟,制作在大片的半导体晶圆(wafer)上,然后再分割成方形小片,这一小片就称为Die。

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在NAND结构中,自下而上的组成元素为Cell(存储单元)、Page(页)、B lock(块)、Die(晶粒,也称LUN)、Target、存储颗粒。如下NAND结构图,4个“Plane”集成为一个Die,并可以对4个“Plane”同时做并发工作,这一技术称为多Plane操作。在物理上多个Die会被封装成一个Target,共享一套控制信号线 。

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而不同的NAND厂商提供的“Die”封装所有不同,如单Die封装(SDP,Single Die per Package)、 两个Die的封装(Double Die per Package)、4 Die封装(QDP,Quad Die per Package)和8 Die封装(ODP,Octal Die per Package)。

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3D NAND时代,哪些技术可提升PCIe SSD性能?

多Plane操作为什么会提升SSD性能?多Plane操作通过指令对4个“Plane”同时进行并发工作(读、写、擦),来平衡“垃圾回收”和前端写入,从而确保SSD读写性能。“垃圾回收”通俗来讲,就是将存放在“Page”中的数据进行擦除,从而写入新的数据。但这些指令必须满足以下条件,方能事半功倍。

  • 访问相同的Die地址
  • 同一个Die中访问不同的Plane地址
  • 每个Plane中访问的Page地址必须一致

如下示意图,即可看出多Plane写和单Plane写的不同。如果SSD接收到64K的用户写请求,NAND Page大小为16K,单Plane写操作分别将切分的用户数据块(16K)写入不同Die中的Page;如果64K的写入符合多Plane写操作的条件,会同时写入同一个Die,不同Plane的Page中。这样一来,多Plane写操作充分发挥并发写能力,进而提升数据写入的速率。

3D NAND时代,哪些技术可提升PCIe SSD性能?

而除上述之外,Memblaze PBlaze5 SSD还拥有写回缓存、高性能FTL、闪存通道QoS保证、多核计算以及动态平滑等技术,确保新一代产品拥有出色的性能,进而助力企业数据中心业务效能的大幅提升。