固態(tài)硬盤（SSD）已是目前儲存產(chǎn)品市場的主流新技術(shù)，在今年臺北國際計(jì)算機(jī)展〈COMPUTEX TAIPEI 2017〉儲存產(chǎn)品專區(qū)中，我們可以發(fā)現(xiàn)自從2016年市場上使用3D NAND Flash技術(shù)搭配NVMe應(yīng)用的產(chǎn)品不斷增加后，SSD邁向了新紀(jì)元，將以更大的容量、更高的效能與更低的單位儲存成本逐漸取代著傳統(tǒng)硬盤〈HDD〉。深耕儲存產(chǎn)品測試領(lǐng)域多年、同時身為中華民國固態(tài)磁盤技術(shù)推廣協(xié)會（Solid State Drive Alliance，簡稱SSDA）成員的百佳泰，將在本篇文章中探討最新3D NAND Flash的技術(shù)應(yīng)用與傳輸界面〈ex: SAS/SATA〉大量改采PCIe/NVMe后對SSD市場造成之影響。

3D NAND Flash 與 PCIe/NVMe 的革命性突破

在SSD的內(nèi)部構(gòu)造中，閃存芯片顆粒是決定產(chǎn)品成本、使用壽命與讀寫速度的技術(shù)核心，共分為SLC、MLC、TLC三種類型。一般而言，SLC有著最快速的程序編程與讀取、使用壽命最長〈可抹寫次數(shù)最多〉、價格最高〈單位成本儲存容量較低〉，主要用于一些高端的軍工規(guī)或企業(yè)級SSD；MLC的速度、壽命、價格適中，是目前中高階企業(yè)級SSD的主流應(yīng)用趨勢；而低價SSD則普遍采用TLC顆粒，容量較高且價格相對低廉，但在性能、穩(wěn)定度與使用壽命上卻略顯不足。

在2016下半年度各大品牌開始采用可垂直堆棧數(shù)層儲存數(shù)據(jù)的3D NAND Flash技術(shù)使單位儲存成本大幅下降后，SSD便突破傳統(tǒng)平面式閃存的物理極限，擴(kuò)大了以往因顧及生產(chǎn)成本而受限的容量規(guī)格。舉例來說，威剛科技于COMPUTEX 2017中華民國固態(tài)磁盤技術(shù)推廣協(xié)會〈SSDA〉攤位所展出的「SU900」SSD，就是利用3D NAND Flash技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品，使其即便在使用MLC顆粒的狀況下，也可達(dá)到2TB的超大容量。

此外，3D NAND Flash制程技術(shù)也讓TLC SSD的可抹寫次數(shù)有所提升。在2D NAND Flash技術(shù)的時代，提升SSD的容量是要靠著微縮每個儲存單位，來增加儲存密度。然而微縮儲存單位的作法，卻也令SSD的可抹寫次數(shù)降低，造成容量較大的TLC SSD在耐用程度上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及SLC/MLC SSD。但在3D NAND Flash改采垂直立體的堆棧方式來擴(kuò)增容量后，每一層儲存單位微縮程度不需太大，使TLC SSD能在保持低廉價格的同時，也逐漸減少與MLC SSD在使用壽命上〈可抹寫次數(shù)〉的差距。

而NVMe的應(yīng)用更讓SSD突破了傳統(tǒng)SATA Gen3的最大帶寬限制，如SSD龍頭之一的東芝（TOSHIBA）于今年COMPUTEX在百佳泰攤位上首度曝光的「XG5」系列消費(fèi)級NVMe SSD，除了使用領(lǐng)先全球的64層3D堆棧技術(shù)使其在NAND  Flash芯片體積不變的情況下容量提升至1TB，更運(yùn)用PCIe Gen3 x4 通道，NVMe Revision 1.2.1，使「XG5」的連續(xù)讀取、寫入速度大幅提升至 3,000 MB/s 和 2,100 MB/s。這樣的連續(xù)讀取效能已是傳統(tǒng)6Gb/s SATA接口的5.4倍，連續(xù)寫入速度也快了3.8倍。

技術(shù)革新對于企業(yè)級SSD用戶之影響

以上提及的3D NAND Flash新技術(shù)讓單位成本下降；NVMe的應(yīng)用加大了帶寬的使用，將使過去因成本考慮而未使用SSD、或目前是以HDD和SSD互相搭配使用的用戶、增加升級現(xiàn)有硬設(shè)備之意愿。舉例來說，網(wǎng)絡(luò)交易次數(shù)頻繁的商家可藉由購入SSD來加快服務(wù)器〈Server〉的數(shù)據(jù)處理速度以減少用戶的等待時間；或利用SSD較穩(wěn)定、耐用的特性來減少企業(yè)的總持有成本(TCO)?？梢灶A(yù)見未來在企業(yè)應(yīng)用面上，SSD將逐漸分食HDD市場。

然而，市面上的企業(yè)級SSD、服務(wù)器操作系統(tǒng)、及硬設(shè)備種類可說是五花八門，使用者在面對以上各項(xiàng)主要對象相互搭配時，SSD是否會發(fā)生效能降低、錯誤率上升、或甚至無法驅(qū)動等兼容性問題，是各大廠商都需面臨的挑戰(zhàn)。在各式Server平臺運(yùn)作時的應(yīng)用程序Workload表現(xiàn)也考驗(yàn)著這些新型的企業(yè)級NVMe SSD。以網(wǎng)絡(luò)交易平臺主要使用的Database Server為例，由于同一時間將有「多位使用者」在「同個交易平臺網(wǎng)站」上消費(fèi)，事務(wù)數(shù)據(jù)是以隨機(jī)方式大量產(chǎn)生的高負(fù)載狀態(tài)，NVMe SSD能否維持其快速的Random Read/Write IOPs，便是Database Server使用者相當(dāng)重視的效能。

此外，企業(yè)用Server對其選購的SSD能否維持長時間的穩(wěn)定運(yùn)作也相當(dāng)重視，一般來說，我們可以透過穩(wěn)定性測試〈Stability Test〉來了解SSD的穩(wěn)定性。在以下的測試案例中，我們對兩種相近規(guī)格〈A廠牌v.s. B廠牌〉的企業(yè)級NVMe SSD在相同的服務(wù)器與操作系統(tǒng)中，創(chuàng)造9種不同的數(shù)據(jù)負(fù)載量〈由高負(fù)載到低負(fù)載依序?yàn)?K 100/0 RW; 4K 100/0 RW; 0.5K 100/0 RW; 8K 65/35 RW; 4K 65/35 RW; 0.5K 65/35 RW; 8K 0/100 RW; 4K 0/100 RW; 0.5K 0/100 RW〉來了解A牌與B牌SSD在連續(xù)五次運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的反應(yīng)延遲時間〈Latency〉。

A牌企業(yè)級NVMe SSD

B牌企業(yè)級NVMe SSD

從上表可以看出，A牌SSD在連續(xù)5次處理9種不同數(shù)據(jù)量的過程中，反應(yīng)延遲時間短且穩(wěn)定〈介于0.02-0.1毫秒間〉，圖形因而呈現(xiàn)著較為平穩(wěn)且無太大波動的狀態(tài)。反觀B牌SSD不但平均反應(yīng)延遲時間較長〈介于0.05-0.2毫秒間〉；同種數(shù)據(jù)負(fù)載量在不同回合所需要的反應(yīng)延遲時間差異也較大〈ex:觀察連續(xù)五回合的紫色十字狀定點(diǎn)聯(lián)機(jī)而成的曲線圖，在第一回合只需0.05毫秒的反應(yīng)延遲時間，卻在第二回合需要0.2毫秒〉，圖形因此有著較大的波動。藉由上述的測試報(bào)告，企業(yè)級SSD制造商可更全面的了解其產(chǎn)品質(zhì)量在市場上的定位針對弱點(diǎn)加以改進(jìn)來增加市場競爭力。

事實(shí)上，3D NAND Flash技術(shù)與NVM-e的應(yīng)用除了將使企業(yè)用SSD需求大幅提升外，對消費(fèi)市場上的一般使用者亦影響深遠(yuǎn)。

SSD搶搭電競熱潮，進(jìn)攻一般消費(fèi)市場

新世代玩家對于游戲感官刺激及內(nèi)容豐富度近乎苛求，造就了高規(guī)格電競PC及其周邊升級零件市場的大幅度成長。過去，玩家由于對SSD的價格、質(zhì)量與效能尚有疑慮，會選擇優(yōu)先升級核心零件如CPU、內(nèi)存，或顯示適配器等來提升其PC效能。然而對于配備已非同日而語的現(xiàn)代玩家來說，整體的游戲流暢度，除了游戲在執(zhí)行中是否會遞延〈lag〉外，另包括安裝、啟動游戲、及過關(guān)加載其他場景的時間也漸受重視，而SSD在這些面向的數(shù)據(jù)處理速度上，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)HDD的，消費(fèi)者也因此對SSD有越來越高的期待。

關(guān)于SSD以及HDD兩種硬盤在游戲執(zhí)行時的表現(xiàn)，我們也透過以下測試結(jié)果來加以分析，測試的樣本分別為一HDD以及不同廠牌、規(guī)格之SSD來執(zhí)行，兩種硬盤皆安裝了最低需求容量40GB的熱門第一人稱射擊游戲Call of Duty: Ghosts來了解其在效能上的差異： 

由上表可知，基本安裝容量需求40GB的游戲在傳統(tǒng)SATA Gen3接口HDD〈藍(lán)色直方圖〉和四種不同廠牌之SATA Gen3 SDD（紅、綠、紫、灰色直方圖），在安裝時間上平均差了2倍以上（19分鐘v.s. 平均7分鐘）；與最新NVMe Gen3 x 4 SSD（橘色直方圖）更相差將近10倍（19分鐘v.s. 2分半鐘），更遑論日后更高容量需求的游戲大作，高容量游戲在HDD硬件上執(zhí)行，必定會較SSD硬件的數(shù)據(jù)加載時間更長，進(jìn)而會影響到使用者體驗(yàn)。

看準(zhǔn)這股對于SSD需求的趨勢，各大品牌也在今年的臺北國際計(jì)算機(jī)展中紛紛推出以最新技術(shù)3D NAND Flash打造的消費(fèi)型NVMe SSD。除了前述的Toshiba 64層3D TLC NVMe SSD「XG5」系列外，威剛科技也于會中展出多款專為職業(yè)玩家設(shè)計(jì)的「XPG」系列電競用SSD。此外，創(chuàng)見信息更于今年加入卡位，推出最新的3D MLC NVMe SSD「MTE 850」，期望搶占電競市場大餅。

然而，新型的NVMe消費(fèi)級SSD也將面對諸如兼容性或功耗表現(xiàn)等挑戰(zhàn)。由于市售來自各廠牌的PC系統(tǒng)、平板計(jì)算機(jī)、RAID、芯片組以及操作系統(tǒng)有近千種，制造商在產(chǎn)品上市前，應(yīng)透過嚴(yán)格的兼容性測試來確保其能在市場的多元產(chǎn)品組合下仍能發(fā)揮應(yīng)有的功能與效能。此外，NVMe SSD有自動切換功耗狀態(tài)的功能，能使設(shè)備在不同工作需求下〈閑置／低度/中度/高度運(yùn)轉(zhuǎn)〉切換至不同的用電模式〈Power Status〉，除了可提升移動設(shè)備〈筆電、平板計(jì)算機(jī)〉的續(xù)航能力，也為其電池帶來更長的使用壽命，對市場上的一般消費(fèi)者來說，可謂尤其重要。但就像在兼容性上可能遇到的挑戰(zhàn)一樣，NVMe SSD的不同耗電模式也可能因?yàn)榕c系統(tǒng)不兼容而無法被準(zhǔn)確辨認(rèn)或驅(qū)動，因此，廠商應(yīng)透過完整的功耗測試，來避免日后可能發(fā)生的消費(fèi)糾紛。

結(jié)語

從今年臺北國際計(jì)算機(jī)展的觀察中可看出，3D NAND Flash技術(shù)與NVMe的應(yīng)用在不久的將來全面取代傳統(tǒng)2D NAND Flash、SATA Gen3接口后，SSD將以快速、穩(wěn)定、耐用、大容量等特性與日漸平民化的價格席卷企業(yè)級用戶市場。在消費(fèi)市場方面，全球電競熱潮也正帶動著SSD成為一般用戶必備的計(jì)算機(jī)周邊升級零件之一。未來，百佳泰還是會持續(xù)與SSDA各家廠商合作，用最專業(yè)的測試咨詢服務(wù)為您的產(chǎn)品把關(guān)，增加市場競爭力，與您一同迎接固態(tài)硬盤產(chǎn)品與技術(shù)的新時代。