儲存月報第93期：從FMS 2024大會看SSD技術新進展

隨著基於NAND快閃記憶體的固態儲存裝置，成為從個人端到企業端儲存應用的主流，因而快閃記憶體相關技術的進展，成了驅使儲存應用發展的主要動力，也讓原本只是做為產業專業論壇的快閃記憶體高峰會（Flash Memory Summit，FMS），影響力不斷擴大，成為整個儲存領域最重要的年度活動之一，在此匯集業界關鍵廠商與人士，探討與介紹快閃記憶體與儲存技術新進展，相關廠商也在會場展出最新的快閃記憶體技術、產品與應用解決方案，因而每年的FMS也成了觀察快閃記憶體技術發展的最佳指標。

接連舉行了十多屆FMS後，FMS主席Chuck Sobey今年1月宣布，將活動名稱從原先的「快閃記憶體高峰會」，改為「記憶體與儲存的未來」會議（the Future of Memory and Storage Conference），縮寫仍為FMS，藉此彰顯半導體儲存技術的擴展，將所有揮發性與非揮發性記憶體儲存技術與應用，都納入FMS議題。

甫於8月上旬舉行的FMS 2024，是FMS的第18屆，也是FMS更名後的首次正式活動，主要議題包括生成式AI、機器學習、資料分析、高效能運算（HPC）、CXL、UCIe/chiplet、車載與空間應用、冷資料儲存、歸檔儲存、可持續性和雲端運算解決方案等。

參展廠商則展出各式各樣最新儲存與記憶體產品，包括新世代SSD，儲存陣列、儲存伺服器與儲存叢集等解決方案產品，以及PCIe SSD控制器、加速器晶片等元件，還有結合AI處理能力與DRAM的AI記憶體晶片等特殊產品。

@小標：容量更大、速度更快，連接擴展更廣

從最基礎的SSD技術相關發展來看，我們在FMS 2024的展出產品中，看到3項關鍵進展：SSD容量達到122 TB等級，PCIe 6.0 SSD即將問世，以及光纖化的SSD介面，分別代表了SSD在容量、傳輸速度，以及連接擴展能力的重大進步。

100TB SSD時代來臨

SSD最大容量在去年中達到61.44 TB，短短1年多時間後，FMS 2024會場又出現多款122.88 TB的新一代SSD產品，讓通用標準規格SSD突破100 TB容量關卡。

事實上，Nimbus Data在2018年發表、2020年正式上市的ExaDrive DC SSD，就有100 TB容量款式，但Nimbus Data其實是以外形較大的3.5吋規格來換取高容量，容量密度其實沒有顯著進步。

在通用標準規格SSD產品中，三星早在FMS 2017的簡報中，便曾提出基於其第5代V-NAND技術的128TB SSD規畫，但遲遲沒有實際產品出現，在FMS 2022展出的PB級SSD解決方案中，才終於展出128 TB SSD樣品，隔年FMS 2023又展出容量更大的256 TB SSD樣品，但這些都是未賦予產品型號、未實際上市的工程原型。

在實際上市產品中，容量最大的是Solidigm於2023年中發表、61.44 TB的D5-P5336。到了今年6月與7月，WD與三星分別跟進發表61.44 TB容量的SSD產品Ultrastar DC SN655與BM1743，追上了Solidigm的容量。

而在今年FMS會場上，WD、三星與Solidigm，群聯（Phison）都發表容量翻倍、達到122.88 TB的新一代SSD產品。

WD的128 TB SSD產品，暫時稱為高容量QLC企業級SSD（High-Capacity QLC Enterprise SSD），是基於其BiCS 8 218層3D堆疊QLC技術。三星的產品則是61.44 TB的BM1743擴大容量版本，在U.2外型尺寸內整合了32顆1Tb QLC記憶體晶片（Die），一共提供128 TB總容量。Solidigm也展出61.44 TB容量的D5-P5336後繼產品，基於QLC記憶體、U.2外型與PCIe 4.0規格，容量達122 TB，預定2025年初上市。群聯的Pascari D200V最高容量也達到122TB，現場中展出的是61.44TB版本。

除了前述在FMS 2024展出的廠商，華為則在5月的產品發表會中，預告該公司儲存系統明年將能支援128 TB等級SSD。

截至目前為止，一共已有5家廠商展出或預告推出122 TB等級SSD產品，明年年中以前應該就能見到實際產品上市。這也意味著，SSD的容量增長較過去10年有了明顯增速。SSD容量是在2015年達到15.36  TB， 2018年提高到30.72TB，再過了5年才推進到61.44 TB，但接下來只相隔不到2年，就可望提高到122.88 TB。

三星在FMS 2024展出的QLC SSD產品BM1743，最大容量可達122.88TB。

圖片來源：Samsung

PCIe 6.0 SSD即將問世

相較於PCIe 4.0與5.0，PCIe 6.0實際應用到SSD上的腳步，相對慢了許多。以PCIe 4.0為例，自規格發表起，1年後就出現首批支援PCIe 4.0的SSD產品，在PCIe 5.0方面，自規格發表到第1批PCIe 5.0 SSD產品發表，相隔大約2年。

反觀PCIe 6.0，自2022年1月正式發布規格後，至今已有2年半，雖然陸續有廠商發表PCIe 6.0配套的開發測試用設備，以及中介片（Interposer）等元件，但仍未有包括SSD在內的任何周邊產品支援。

直到FMS 2024，才終於有PCIe 6.0 SSD產品消息傳出，美光表示，已經生產首款基於PCIe 6.0的資料中心級SSD，但他們並未提供這種新產品的詳細訊息，只提及支援PCIe 6.0的主機板與SSD可能明年初就能問世。

對SSD來說，PCIe 6.0最大價值便是提供加倍的傳輸頻寬。PCIe 4.0 SSD的循序讀取頻寬極限在7到8GB/s左右，PCIe 5.0 SSD則提高到12到14GB/s。而依據美光的資料，有了PCIe 6.0，可讓SSD擁有超過26GB/s的循序讀取速率。

光纖化的SSD介面連接技術

前面介紹的122 TB SSD與PCIe 6.0 SSD，都是在既有技術路線下的進步，鎧俠在FMS 2024展出的光學SSD介面，堪稱劃時代的技術進展，具有革新、甚至顛覆整個產業的潛力。

當前標準的伺服器內接式SSD連接架構，是透過伺服器主機板與背板上的PCIe電氣布線與介面，來連接SSD裝置，因而SSD的安裝也會受到伺服器機箱制約。若要跨越機箱限制，就必須透過外接介面與協定的介接與轉換，如透過外接式SAS介面，或嫁接在FC、乙太網路等實體通道上的NVMe-oF協定（如NVMe/FC、NVMe/TCP等），來存取外接儲存櫃內的SSD，又或是透過完全不同層級的傳輸協定如FC、iSCSI，來介接外接儲存設備。

而鎧俠在FMS 2024展出新作法，他們開發出將PCIe信號轉為光學信號，然後藉由光纖纜線來連接SSD的光學SSD技術，當中具備3個特點：

首先，這項技術是直接轉換最底層的PCIe信號，而不是協定層級的轉換，所以主機端可以像存取本地端 PCIe SSD，直接存取這種光學SSD，沒有協定轉換帶來的複雜性與延遲。在鎧俠的展示中，使用連接在SSD後端、一塊與SSD本體差不多大的原型電路板，將PCIe信號轉接到光纖纜線上，未來將發展更薄、更小型的連接頭來替代。

其次，透過光纖纜線，可讓主機端與SSD之間的距離得以大幅度延長，鎧俠目前展示的技術可提供40公尺連接距離，未來目標是100公尺。

第3，理論上也能用於GPU、CPU或其他周邊裝置，因而能透過光纖交換器，來連接與聚合這些設備，從而構成所有硬體資源徹底分解（disaggregation）、再按需組合配置的可組合式系統架構。

然而，光學PCIe介面技術最直接的效益是節能。其實，這原本是日本的新能源與工業技術發展組織（NEDO），所贊助的新世代綠色資料中心計畫相關成果之一，目標是實現40%的資料中心節能。而鎧俠的光學SSD介面技術，則能讓大量SSD儲存系統與伺服器主機進行遠距離的分隔布置，藉此將SSD放在機房中遠離伺服器主機高溫運作環境、相對涼爽的區域，不僅可節省冷卻功率，也有利於SSD運作（高溫有害於SSD的存取穩定性與耐久性）。

依照鎧俠的規畫，前述光學介面將被應用在PCIe 6.0、PCIe 7.0以後世代的SSD產品，但還沒有具體的產品化時間表。

鎧俠在FMS 2024展出的光學SSD介面技術，是將PCIe的電氣信號轉為光信號，透過光纖纜線來連接主機與PCIe SSD，藉此遠隔分離SSD與伺服器的安置位置，改善冷卻節能效果。

圖片來源：Kioxia