固态存储是未来｜浅析SSD架构的演进与创新技术-1

常见的SSD架构中，包括了SSD控制器、NAND颗粒、DRAM颗粒三大组件，SSD控制器的固件需要兼顾坏块管理、ECC纠错、垃圾回收GC、磨损均衡WL、NAND die介质管理、缓存交互等等。

随着时代的发展，SSD架构，也不断有新的挑战和需求。基于小编目前的看到的信息，总结大概有几个方面：

首先就是性能与功耗问题。

随着数据中心对存储设备速度要求的不断提升，SSD需要提供更高的IOPS（每秒输入输出操作次数）和带宽（GBPS），同时在保证高性能的同时必须有效控制功率消耗，实现单位性能所需的能耗降低（如IOPS/Watt或GBPS/Watt）。协议接口和NAND接口速率是最大助力点。

为了追求高性能，NVME/PCIE SSD是数据中心的高性能标配，NVME/PCIE SSD在数据中心的占比还在继续攀升。

pcie协议5.0还没完全普及，pcie 6.0 spec已经发布，pcie 7.0 spec也在路上了，这个世界都在狂奔。

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NAND ONFI接口速率也提升至了3600MT/s.

尽管NAND闪存接口速度不断提升，但由于命令和地址传输机制的局限性，实际应用中总线资源的利用率并未随速度提升而同步增长，反而出现了效率降低的问题，这对未来系统优化设计提出了新的难题。

当前，面对这一挑战，固态技术协会JEDEC正在深入讨论下一代协议的进化方向，除了继续提高接口速度外，还将优化命令和地址的传输模式，这无疑将给主控芯片的设计带来新的考验。

在Separate Command Address (SCA) 接口中，设计思路发生了根本性的变化。SCA接口将命令和地址信号与数据传输分离开来，增加了专门的CA（Command and Address）通道，而不是像传统接口那样混用I/O线传输命令、地址和数据。

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它的主要原理在于将传统的命令和地址（CMD/ADD R）信号与数据传输（DATA/DQ）信号分离到不同的通道上，即创建了专门的SCA CA通道用于命令和地址的串行传输，而DQ通道专注于数据的并行传输。

通过这种方式，SCA接口不仅简化了布线和电路设计，还优化了控制器与NAND闪存之间的交互，允许更高级别的命令交错执行，从而显著提升固态硬盘（SSD）的并行操作能力和整体性能。

其次，是容量的需求。

随着数据量的急剧增长，企业对存储空间的需求持续增加。这要求SSD不仅要有更大的存储容量，还要能在不牺牲性能的前提下，通过技术改进如3D NAND等提高闪存密度。不同NAND原厂 3D NAND Bit Density对比：

在2月份刚刚举行的2024年IEEE国际固态电路会议（ISSCC）上，三星也公布新一代QLC闪存芯片，采用280层堆叠设计，实现了每平方毫米28.5Gb的高密度存储。信息显示该闪存拥有1Tb的单Die容量，面积密度高达28.5 Gb/mm²（如下图，市面上的存储密度排行来看，三星这个存储密度排名第一），传输速率达到了3.2 GB/s，相较于当前市场常见的传输速度为2.4 GB/s的3D NAND闪存有了较大的提升。

此外为了QLC的普及，ZNS也是拼尽全力。在ZNS的场景下，不同应用按照Zone配置信息，相应存放业务数据。由于是Host管理数据的摆放和存取位置，会最大程度减少GC垃圾回收。降低SSD内部的写放大，提升SSD的寿命。

减少SSD的DRAM空间和去掉OP冗余空间，提升用户可用的容量。

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