PCIe 4.0+QLC 能给SSD带来什么变化？

台北电脑展上，AMD的7nm燃和X570系列主板的发布燃爆全场，正式意味着PCIe 4.0进入实用阶段，带宽直接从8GT/s翻倍达到16GT/s，带宽越大，能够瞬间传输的数据也就越多，所以NVMe 协议的 SSD才能做出容量更大，速度更快的产品，那么再加上QLC闪存，它们能在SSD身上碰撞出怎样的火花呢？又会对未来的SSD市场造成怎么样的影响呢？

我们都知道固态硬盘采用闪存颗粒NAND Flash作为存储介质，所以它是固态硬盘中最重要的构成部分，其好坏也就决定着固态硬盘质量的好坏，NAND Flash是目前最常见的存储芯片，当其存储密度不断提升的同时，成本也会变得越来越敏感，因为Flash闪存的成本取决于其芯片面积，所以如果可以在同一区域存储更多数据，Flash将更具成本效益。所以我们使用的NAND Flash从SLC发展到了现如今的TLC，以及即将大批量出货的QLC。

我们常见的闪存类型主要有SLC、MLC、TLC、QLC这几种，在SLC闪存中，每个存储单元仅存储一位信息，这使得读取单元格更快捷，因为磨损的影响小所以寿命比较长，但价格较较高；MLC闪存每个存储器单元存储两位信息，读取速度和寿命都低于SLC，但价格也便宜2到4倍；TLC闪存每个存储器单元存储3位信息，相比于前者更适合消费级使用，而QLC闪存则是每个存储器单元能够存储4位信息以存储更多的信息，所以我们可以看到目前采用QLC闪存的SSD容量基本都是TB起步，三星的860 QVO最高甚至可以达到4TB的容量。

除了三星以外，美光在QLC闪存方面也是动作频频，美光是最早大规模量产3D QLC闪存的厂商之一，根据其发布的财报数据来看，美光上季度用于固态硬盘的3D QLC闪存出货量环比增长了75％，足以可见QLC闪存的市场竞争力，毕竟它的价格优势是TLC和MLC闪存所无法比拟的。

SK海力士在今年6月推出了业内首款128层TLC 4D NAND Flash，并宣称已经开始批量生产，容量为1Tb，目前闪存制造厂商主要是集中提高96层3D NAND，而SK 海力士推出的128层4D NAND是目前业界最高的垂直堆叠高度，具有超过3600亿个NAND单元，在96层NAND的基础上堆叠多达32层实现128层堆叠，它最大优势是小芯片尺寸，使其能够实现1Tb超高密度的NAND Flash。同时，在1.2V时实现了1400Mbps的数据传输速率，可以为终端市场提供高性能和低功耗的移动解决方案和企业级SSD解决方案，预计将在2020年面世。

SK海力士全球销售与营销负责人Jong Hoon Oh表示 “SK海力士通过128层4D NAND确保了其NAND业务的竞争力，凭借该产品在业界的最高堆叠和容量密度，我们将在合适的时间为客户提供各种解决方案。”
QLC寿命和性能已无需担心

在2D NAND闪存时代，闪存制造厂商为了追求NAND容量的提升，需要不断提升NAND制程工艺，但在3D NAND时代，提升NAND容量靠的不是微缩制程工艺了，而是靠堆栈的层数，我们以TLC闪存为例，其问世于2D NAND闪存时代，遭遇了诸多寿命、性能上的考验，最初发布的TLC闪存P/E寿命只有100-150次，但是随着NAND技术的进步、纠错技术的改良，P/E寿命不断提升，逐渐被市场所接受并且发展成为主流，在3D NAND时代的QLC闪存在可靠性上跟2D NAND时代的TLC、QLC完全不同，P/E寿命已经不再是我们需要担心的问题。

目前主流的QLC闪存已经能够实现1000PE的寿命，这已经与TLC闪存SSD没有差距，并且目前三星、美光、英特尔等厂商的量产QLC闪存，均提供了3到五年的质保，所以不用对它的寿命存在担心。

我们都知道由于内部工作机制以及结构的原因，SSD的IO性能和4K性能要远好于机械硬盘，我们以三星的860QVO为例，在空盘的情况下读写也是双双到了500MB/s以上，4K性能约91K和86K IOPS，相当不错，这对日常的PC小文件以及游戏的读取速度非常有帮助，在写入数据超出其缓存区大小以后，速度为100MB/s左右，依然远远强于机械硬盘，所以在SLC动态缓存承受范围内，QLC闪存SSD的使用体验与TLC闪存SSD是没有区别的。

PCIe 4.0助力大容量QLC SSD普及

群联在新技术方面一直处于业界领先地位，旗下的PS3111-S11T搭配美光N18 64层堆叠3D QLC，S13T、E13T搭配东芝BiCS4 96层堆叠3D QLC，为存储厂商打造更大存储容量的QLC SSD做好了充足的准备。

群联QLC主控

TLC闪存目前占据着85%的NAND市场需求，由于制造成本的原因，MLC、SLC已经基本退出市场，这也就意味着QLC闪存的SSD已经开始面向市场，走进了寻常百姓家，毕竟实实在在的优惠价格摆在那里，更便宜的价格换来更大的容量，没人愿意拒绝。

我们现行的PCIe 3.0规范，信号速率为8GT/s，编码方式是128b/130b模式，即每传输128个Bit，需要发送130个Bit。那么，PCIe 3.0协议的每一条Lane支持 8 * 128 / 130 = 7.877 Gbps = 984.6 MB/s 的速率，一条PCIe 3.0 x16的通道，x16的可用带宽为 7.877*16 = 126.031 Gbps = 15.754 GB/s，双向带宽高达31.5GB/s。而PCIe 4.0，则是将这个带宽再翻一倍。带宽越大，能够瞬间传输的数据也就越多，这意味着新的芯片Lane４条就可以达到８条甚至16条的能力，所以NVMe 协议的 SSD才能做出容量更大，速度更快的产品。

让我们回到开头的PCIe 4.0 SSD，在今年五月份的台北电脑展上，群联发布了业界首款PCIe 4.0 SSD主控，PS5016-E16，这是群联目前的旗舰产品，也是消费应用市场上领先业界且唯一的 PCIe Gen4x4 NVMe SSD 控制芯片。

PCIe4.0 SSD主控

采用 28nm 制程且搭载最新的 96 层 3D NAND 闪存以及第四 代的 LDPC 纠错引擎，群联 PS5016-E16 控制芯片最高效能达到 5GB/s，这也是目前SSD所能达到的最快速度了。

技嘉也借着这次机会在台北电脑展上给我们放了个大招，展示了旗下8TB基于群联E16主控的PCI-e 4.0 AIC SSD，读取速度达到了15000MB/s。除此之外，美商海盗船，影驰，等都推出了基于群联PCI-e 4.0 E16主控的固态硬盘，读写速度均到了4.0GB/s以上，并且目前已经发售。

随着5G物联网时代的来临，预计在2-3年的时间，家庭使用场景下启用数据互联的设备将急剧增加，PC将有可能成为个人服务器和数据处理中心的存在，而个人PC数据处理中心需求也将会渐渐浮现，有不少科研机构预计了我们未来的存储使用场景，未来更可能是以500GB左右的TLC或者MLC闪存盘来做系统主盘，用2TB或者更大的QLC固态硬盘当做仓库盘这样便能完美的发挥各自优点，避开不足，而再加上PCIe 4.0的背书，势必将会给我们的使用体验带来巨大变革。

PCIe4.0 SSD虽然听着很美好，但它缺点也是实实在在存在的，因为目前要使用它的话需要升级一整套硬件，而且SSD本身的价格也相当昂贵，目前还只能远观，但随着个人PC数据吞吐的速度需求的增加，以及配套硬件的逐渐完善，产生规模效应后，成本将会进一步降低，到那时相信它就能飞入寻常百姓家了。