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外行也来看门道:东芝的XL-FLASH是如何做到比SLC还要快的

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  提到SLC闪存,很多朋友的心态都是仰望的。毕竟在很多朋友认识固态硬盘之前,SLC就已经功成身退,被MLC闪存所取代。在3D TLC的世界讨论3D SLC多少有着一些崇拜在其中。

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  但是笔者要说的是,东芝近期在FMS闪存峰会上发布的XL-FLASH并非是简单在BiCS 3D架构下对SLC闪存的复刻,而是一次全新的技术革新。

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  作为闪存的发明者,东芝研发XL-FLASH的目标是低延迟、高带宽,于DRAM内存和当前3D TLC之间寻找新的技术层。XL-FLASH比普通闪存快,在具备较低读写延迟的同时还具备DRAM所没有的断电数据保持能力,它就像一个“内存”与“硬盘”的结合体。

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    为什么选择NAND结构?

  东芝是NAND闪存的发明者,凭借BiCS架构在3D NAND闪存方面拥有着独到的技术优势。笔者认为,在NAND闪存基础上进行创新,一方面有助于降低全新架构的研发风险,另一方面也能直接找准NAND闪存中的原有痛点所在,有的放矢地提升性能表现。 

   XL-FLASH与普通3D NAND有什么不同?

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  首先是4KB Page。很多朋友都知道固态硬盘会针对4KB读写进行优化,这是因为现实中操作系统对硬盘的读写以随机访问为主,其中随机读取的粒度又以4KB为多。但实际上3D TLC的一个Page页有16KB容量。

  Page大小会影响闪存性能。对于采用16KB Page的BiCS闪存而言,主机每读取4KB数据,实际通过闪存接口传输到主控的是16KB,增加了读取延迟。同样的,当主机请求写入4KB数据时,主控可能需要在SRAM缓冲区内等待凑齐16KB内容再行写入,同样影响效率。XL-FLASH采用4KB作为Page大小,直击性能关键。

  其次是128Gb die容量。对于普通消费者来说,大家关心的是固态硬盘的整体容量,但对于制造商来说,单个闪存Die的容量关系到制造成本。对于SLC类型的闪存而言,128Gb的单die容量是一项了不起的成就,相比当代主流3D TLC只降低1/2左右,但是性能和耐久度表现会有质的提升。

  最后是16-Plane架构。多平面架构可以提升每个闪存die之内的并发性能,当代3D TLC闪存大都采用2-Plane结构,东芝在XL-FLASH中将这一数值大幅提升至16-Plane,目的很明确:瞄准DRAM内存级带宽。  

  XL-FLASH与普通3D NAND有什么相同点?

  XL-FLASH也会采用BiCS三维堆叠技术。

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  闪存提升存储密度并降低单位容量成本的手段主要有制程微缩(目前已经接近瓶颈期)、每单元存储更多比特数据(SLC->MLC->TLC->QLC)和3D堆叠三种,前两种都会影响性能与耐久度。XF-FLASH在保持SLC结构的同时,3D堆叠可以带来成本优势,这是过去平面SLC闪存所无法得到的。

  2/4/8die封装。在我们直视可见的闪存颗粒之内,可以同时封装多个闪存die。对于XL-FLASH来说,128Gb/die、8die封装传递出的信息是:单个XL-FLASH闪存颗粒可以提供128GB存储空间。

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  单个颗粒的存储容量对于在紧凑空间内的存储装置至关重要,譬如超极本、二合一笔记本电脑甚至是大发排列3平板。

   XL-FLASH应用以及同我们的交集

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  目前3D TLC依然还是家用SSD的主流,XL-FLASH瞄准的主要是企业级和数据中心级高性能存储中对于低延迟的需求、对于超大内存容量的需求。未来随着XL-FLASH成本的下降以及3D QLC的全面普及,相信XL-FLASH也会有机会作为QLC闪存的加速媒介进入到个人电脑硬件当中。

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