儲存月報第81期：FMS大會揭示快閃記憶體技術最新進展

一年一度的快閃記憶體高峰會議（Flash Memory Summit，FMS），是NAND快閃記憶體與SSD軟硬體相關供應商展示尖端技術的重要場合，隨著快閃記憶體成為儲存應用的主流，FMS已不只是快閃儲存領域的技術論壇，而成為影響整個儲存業界、甚至整個IT應用領域的活動。

甫於8月上旬在加州聖塔克拉拉（Santa Clara）舉行的2023年FMS大會，相關供應商們的展出當前快閃儲存應用的最新進展，其中最引人注目的，便是SSD容量與密度規格的提升、效能與容量管理新技術，以及CXL擴展記憶體技術應用等幾個方面。

PB級SSD概念

目前市售標準規格SSD中，容量最大的是Solidigm在今年上半年推出的D5-P5336，在標準的2.5吋U.2規格，就能提供61.44TB的容量。若將非標準規格也納入，那麼早先幾年Nimbus Data基於3.5吋規格的ExaDrive DC SSD，能提供更高的100TB最大容量，目前而言，這2款SSD是當前市場上SSD容量規格的頂點。

三星在這次FMS大會則展出了256TB SSD的工程原型，一舉將SSD最大容量提高了2、3倍。這次展出的256TB SSD，可看做他們在去年FMS提出的PB級SSD概念的最新發展，試圖透過這個概念，在單一伺服器空間內提供數PB等級的儲存空間。

去年FMS三星在其PB級SSD解決方案中，展出了128TB SSD樣品，今年FMS則推出容量加倍的256TB SSD樣品，採用尺寸較大的E3.L外型規格，搭載了64顆V7製程的1Tb QLC NAND快閃記憶體封裝晶片（package），儘管這款SSD的尺寸較大，但儲存密度仍遠超過當前市售SSD，進而也在能耗方面大幅改善——三星宣稱，1臺256TB SSD的容量就抵得上8臺32TB SSD，能耗還能減少7倍。

快閃記憶體3D堆疊技術新高峰

相較於透過QLC來打造超大容量SSD的三星，SK hynix則是從3D堆疊技術著手，來提高SSD的容量規格。

目前實用化的3D堆疊技術中，層數最高的是SK hynix的238層，而市售產品中，美光剛在今年5月發表基於232層堆疊的SSD，則是目前市場應用最高3D堆疊數的SSD產品。

SK hynix在今年3月的ISSCC 2023大會中，就曾發表300層以上3D堆疊技術，不過當時只概略稱為「300+層」，而在這次FMS大會上，正式展出基於321層堆疊的NAND記憶體晶片樣本，聲稱透過321層堆疊技術，可讓單一TLC記憶體晶片（die）達到1Tb容量，相較於SK hynix既有基於238層堆疊的512Gb記憶體晶片，單一儲存晶片容量提高了一倍，預定2025年上半可投入量產。

SK hynix在FMS 2023展出的 321層3D TLC快閃記憶體晶片工程原型，這是目前最高堆疊層數的快閃記憶體，藉此可將當前快閃記憶體晶片的儲存密度提升一倍。

圖片來源-SK Hynix

SSD效能與管理技術新進展

SSD的循序存取吞吐量，透過引進PCIe 5.0，將突破PCIe 4.0時代的7到8GB/s上限，原則上應可提升2倍以上。但過去2年來問世的PCIe 5.0 SSD產品，傳輸效能最高只到10至14GB/s出頭，距大家預估的理想效能還有一些差距，我們已知傳輸效能最高的產品應該是Fadu的Echo，也只達到14.6GB/s。

而三星這次在FMS 發表的新款PCIe 5.0 SSD產品PM9D3a，可望成為第一款突破15GB/s傳輸效能門檻的SSD產品。三星宣稱這款SSD的循序傳輸效能比基於PCIe 4.0的上一代產品PM9A3高出2.3倍，後者的循序讀取規格可達6.95GB/s，依照三星宣稱的效能提升比例計算，PM9D3a的循序傳輸效能應可達到接近16GB/s的水準，將SSD的傳輸效能推上新的高峰。

隨著SSD容量與效能的持續提高，如何妥善運用與管理這些儲存空間與效能，也成為廠商們的研發與宣傳重點。

例如這次三星在其展出的PB級SSD概念，就宣稱引進2項新的管理技術，首先是稱作傳輸流量隔離（Traffic Isolation）的管理技術，可為存取SSD的前端VM，個別設定傳輸流量上限，確保個別VM都能獲得足夠的傳輸流量。

更重要的，則是稱作「彈性資料放置」（Flexible Data Placement，FDP）的新技術，與另一項管理技術「分區命名空間」（Zoned Name Space，ZNS），並列為NVMe規範近期新引進的2大儲存空間管理技術，可減少寫入放大，有效改善壽命與效能。目前WD有部分SSD產品已採用ZNS技術，三星去年在FMS展出的128TB SSD也宣稱支援ZNS，而三星今年更進一步支援FDP技術，應該是最早採用這項技術的SSD產品。

更成熟的CXL擴展記憶體應用

為了克服現有伺服器架構的記憶體傳輸頻寬瓶頸，Intel與其盟友們正在積極推動CXL記憶體互連共享架構，讓CPU能在既有的記憶體傳輸通道外，再藉由CXL嫁接在PCIe 5.0（與未來的PCIe 6.0）上的額外傳輸通道，獲得更大的記憶體傳輸頻寬，進而還能透過CXL的介接，建立CPU與PCIe周邊裝置之間的共享記憶體池。

過去2年來，陸續有不少廠商推出CXL相關元件與周邊產品，目前最成熟的產品類型是CXL記憶體擴充卡，過去2年來便先後有三星、SK hynix，以及臺灣的SMART Modular Technologies（世邁科技），推出這類產品，而美光在FMS 2023大會也展出了該公司的CZ120 CXL記憶體擴充卡，正式加入這個領域，可提供128GB或256GB容量。

更進一步，CXL現在也開始從個別元件產品，逐漸形成完整的應用解決方案。在FMS 2023大會中，便出現2組十分引人注目的CXL解決方案。

首先是三星的解決方案，早在2021年，該公司便發表了CXL記憶體擴充卡產品，不過，只有CXL記憶體模組並無法構成完整的應用方案。而這次FMS大會中，三星與MemVerge等廠商合作，共同展出2TB容量的CXL記憶體池解決方案，在1臺H3 Platform的2U伺服器上，透過XConn的XC50256 CXL 2.0交換器晶片，連接8組三星的256GB CXL記憶體擴充卡，再透過MemVerge的軟體，可在8臺主機間動態分配這個2TB的記憶體池。

另一家韓國廠商Panmnesia，展出容量高達6TB的CXL記憶體池解決方案，這是我們迄今聽聞過最大容量的CXL記憶體池解決方案，比同場展出的三星方案還要大上3倍。Panmnesia解決方案的硬體採用模組化架構，包含2組CPU模組、3組CXL交換器模組，以及6組1TB記憶體模組，共同組成一個記憶體資源池。

三星、MemVerge等廠商在FMS 2023合作展出的2TB CXL記憶體池，可在一臺2U機箱安裝8組CXL記憶體卡，組成2TB容量的共享記憶體池，並在8臺前端主機動態共享這些記憶體資源。

圖片來源-三星

臺灣廠商的身影

臺灣的2家SSD與元件供應商慧榮（SliiconMotion）、群聯（Phison），也在FMS 2023大會展示最新產品。

慧榮展出MonTitan SSD開發平臺、新的消費端PCIe5.0 SSD控制器，與號稱全球首款支援SR-IOV功能的車載SSD控制器。群聯則展出IMAGIN+設計服務平臺、新的PCIe 5.0 SSD控制器、全球首款無DRAM架構（DRAM-Less）的PCIe 4.0 SSD控制器，還有新款消費端PCIe 5.0 SSD產品，以及高耐用性的企業端PCIe 4.0 SSD產品。

慧榮（SiliconMotion）與群聯（Phison）等臺灣SSD元件供應商也在FMS 2023大會中展出最新產品，照片為慧榮的展出攤位。

圖片來源：慧榮