闪存指南的架构，类型和产品

闪存的用途是什么?

闪存广泛用于存储和数据传输。在消费领域，闪存在一系列设备中都有一席之地，比如手机、相机和平板电脑。闪存的小尺寸和功耗优势使它非常适合在移动消费设备中使用。事实上，消费者应用程序已经帮助推动了闪存技术市场的增长。

闪存，这是一个经常可以与闪存，指任何使用闪存的驱动器、存储库或系统。在消费者层面，使用闪存的存储设备包括USB驱动器。在计算机系统中，由于缺少可移动部件而被称为闪存的固态硬盘在笔记本电脑中很普遍，在一些台式电脑中也可以作为硬盘驱动器的选择。

近年来，ssd也进入了数据中心。在这里，闪存的采用以企业级的形式继续扩大所有的flash数组．早期的闪存部署集中于加速I/ o密集型应用程序，这些应用程序仍然是闪存存储的热门候选对象。

阿曼达Regnerus如是说

Amanda Regnerus是美国信号公司(U.S. Signal)营销和产品开发副总裁，该公司是一家总部位于密歇根州大急流城(Grand Rapids)的云和定位服务提供商。他指出，虚拟桌面基础设施、需要低延迟的数据库和应用程序(如电子医疗记录系统)都是适合于闪存的工作负载。

她指出，在考虑将闪存作为存储选择时，“这些都是我们遇到的主要应用程序”。

InterVision是一家总部位于加州圣克拉拉和圣路易斯的IT服务提供商，该公司的架构师和现场首席技术官Sean McGrath补充道:“Flash将有助于对延迟敏感的应用程序、数据库，或者一般来说，任何具有高工作量和快速i /O要求的应用程序。”

肖恩·麦格拉思

然而，成本的下降和密度的增加使组织能够将闪存的使用从专门的用例扩展到一般的企业工作负载。较低的价格使数据中心在预期未来需求时能够更好地购买闪存。

McGrath说:“如果工作量需求较小，仍然有旋转磁盘的用例。”“但如果成本比较合适，那么问题就变成了，‘为什么不闪光呢?这样企业将来就可以证明他们的工作量。”

位于马萨诸塞州米尔福德市的市场研究公司企业战略集团(ESG)的高级分析师斯科特•辛克莱表示:“我们仍将看到企业部署磁盘和硬盘驱动器。”“我认为磁盘不会消失。我们只会看到flash越来越成为默认选择。”

Flash和数字企业

数字业务的兴起也促进了闪存的采用。在这些企业中，机器学习工作量和高级分析是需要更快数据访问的发展之一。

辛克莱说:“我们看到数据访问需求巨大。”“这为闪电提供了燃料。”

辛克莱说，ESG的研究表明，自认为是数字企业的公司与flash技术的更多使用之间存在一些关联。他指出，对于那些有效使用数据与业务成功紧密结合的企业来说，能够更快地使用数据将转化为更多的业务成功。

Sinclair说:“他们被flash等高性能基础设施解决方案所吸引。”“随着公司变得更加数字化，闪存性能的价值实际上会增加，他们愿意为这种性能付出更多。”

但与此同时，闪存的价格已经下降，这使得存储技术可以用于更多公司的更高比例的工作负载，包括已经倾向于投资闪存的数字业务。

“它有乘数效应，”辛克莱在谈到市场力量的趋同时说。

闪存的优点

速度是一个比较明显的因素闪存的优点与磁性介质相比。自由撰稿人和存储评论员Rich Castagna表示，flash远远超过了硬盘驱动器技术，尤其是在IOPS等领域。根据Castagna的说法，SSD的性能可以达到数万IOPS，而快速硬盘的性能可以达到200 IOPS。

闪存也可以证明比hdd(带有旋转盘片和其他运动部件的机械设备)更耐用。闪存的可靠性在移动设备市场中脱颖而出，因为移动部件不容易掉落。与hdd相比，ssd耗电更少，产生的热量也更少。

闪存的缺点

成本一直是，并将继续是使用flash技术的一个缺点。Castagna表示，以容量计算，闪存的成本是同等容量的硬盘的五到八倍。尽管闪存近年来已经缩小了与传统存储产品的差距，但价格仍是一些应用需要考虑的因素。

此外，闪存设备在沉重的写负载下会累积损耗——长期重复使用将不可避免地降低SSD的性能。hdd也会随着广泛使用而衰落，但闪存在这方面面临着不同的挑战。通常用于企业存储设备的闪存驱动器必须先删除旧数据，然后才能添加新数据。这个过程减慢了写入速度，增加了磨损。相反，hdd为新的写操作创建空间，而不是删除旧数据。

混合闪存阵列，它结合了HDD和SSD存储，为组织提供了利用这两种技术各自的价格和性能优势的能力。混合阵列允许存储管理器将频繁访问的数据放置在更快的闪存上，并将访问频率较低的数据存储在hdd上。因此，数据中心可以提高热数据的性能，同时避免存储冷数据的flash成本较高。

也对NAND

闪存是一种非易失性存储技术，这意味着它不需要电力来保存数据。闪存有两种形式:NOR和NAND。两者都使用浮动栅晶体管作为存储数据的存储单元。

也没有闪存是第一个进入商业市场的闪光型，于1988年问世。并行NOR以并行方式连接存储单元，提供随机访问。NOR闪存的特点是数据读取速度快，擦除和写入速度慢。一般来说,和技术商店可执行的引导代码，并支持需要频繁随机读取小数据集的应用程序。

使用NOR flash在工业机器人、医疗设备、科学仪器、物联网设备和便携式消费品领域，技术顾问罗伯特·谢尔登表示。

NAND闪存紧随NOR一年后上市。NAND的读取速度比NOR慢，但擦除和写入新数据所需的时间更少。与NOR相比，NAND还以更低的成本提供了更高的存储容量，因此该技术的主要功能是数据存储。

事实上，NAND发展的一个关键目标一直是提高芯片容量和降低每位成本，使闪存与磁性存储设备相比更具竞争力。然而，基于这种技术的存储设备耐力的局限性．NAND闪存只能支持一定数量的程序/擦除(P/E)周期，即在写入新数据之前擦除数据的过程。存储供应商使用各种方法来减少P/E周期和平衡P/E负荷，以达到改善的目标NAND闪存耐久性．

闪存类型

NAND闪存被分为几种类型，它们是由每个闪存单元中使用的比特数来定义的。NAND闪存类型包括单级单元(SLC)，它在每个单元中存储一位;多级单元(MLC)，存储两位;三级单元(TLC)，存储三位;四电平单元(QLC)，存储四位;和五电平单元(PLC)，它存储5位。

每种闪存类型都有自己的特点、优点和缺点，这决定了如何以及在哪里使用它。

SLC:性能是有代价的
与其他NAND类型相比，SLC提供了最高的性能、耐久性和可靠性。然而，这些好处伴随着更高的价格。商业和工业应用程序在SLC采用者中名列前茅，因为这些部门的组织更愿意为其优势支付溢价NAND闪存类型．

一般来说，在存储单元中增加的每一个额外的比特都伴随着性能、耐久性和可靠性的降低SLC、MLC、TLC、QLC、PLC连续体。俄勒冈州比弗顿Dragon Slayer Consulting的创始人兼总裁Marc Staimer说，性能会受到影响，因为每增加一个比特就需要更多的时间读写单元。此外，他还指出，每增加一个比特就会降低一个数次的耐力:尽管SLC在flash表中以10,000个写周期居于首位，但PLC的额定写周期约为10个。

MLC, TLC:更便宜，更密集的工具
在每个存储单元中添加额外的位元的优点是更高的密度和更低的成本。MLC的价格对个人电脑等消费电子设备制造商颇具吸引力。然而，企业MLC提供了比消费级MLC更多的写周期，这使得它成为写密集型应用程序的一个选择。

与此同时，TLC提供了比MLC更高的存储密度，但以较低的性能、耐久性和可靠性为代价。它还在消费电子产品领域找到了一个利基市场。

QLC:适合读密集型工作负载
看着QLC vs. TLC NAND作为一个非此即彼的选择可能是错误的方式来考虑这些技术，它们可以被证明是互补的。的确，QLC技术的市场定位与TLC有所不同。咨询师和技术专家Kurt Marko援引美光科技的技术简报称，QLC NAND专注于高读负荷的工作，填补了TLC闪存和hdd之间的缝隙。

QLC的读取密集型特性使其适合于数据分析和机器学习等企业应用程序。布里恩•波西(Brien Posey)是一名作家，曾担任首席信息官。他指出，分析性工作通常需要阅读大量信息，但不会修改这些数据。其他可能的数据中心用于QLC NAND波西表示，其中包括媒体流，使用该技术的ssd具有承载视频文件的容量和速度，以及活动归档，数据保持在线和可访问。

但是几乎任何类型的数据存储，只要它们支持以读为主的应用程序，都是合适的QLC工作负载指出,谢尔登。他以NoSQL数据库为例，它包含大量的丰富数据和元数据，作为一种可以从QLC NAND中受益的技术。

与此同时，波西认为QLC可能是正确的选择对于企业台式机，提供中年性能提升。他指出，该技术价格适中，并使用集成写缓存来抵消QLC的性能限制。一个组织可以将台式机的老旧硬盘替换为基于qlc的SSD，显著提高性能。采用这种方法的企业可能还能够推迟他们的下一个桌面技术更新周期，从而在这个过程中避免成本——至少是暂时的。

一般来说,QLC NAND闪存提供每千兆字节成本更低的好处，使内存技术与其他闪存品种相比是一个负担得起的选择。在企业规模上，成本可能是组织采购的关键驱动因素。

位于密苏里州马里兰海茨的World Wide Technology的全球存储实践经理Scott Webb说:“特别是，QLC允许使用更高密度的闪存服务其他用例。“我们仍然需要软件和应用程序来解决低级别闪存续航时间缩短的问题，但我们已经开始看到这一点，而且相信需求只会越来越大。”

PLC:一个档案
最后，PLC闪存的续航时间有限，但每千兆字节的成本较低。因此，PLC的目标是档案应用和冷到冷的数据。Dragon Slayer Consulting的Staimer称，PLC闪存与其他write-once-read-many技术属于同一类。

3 d闪存

从平面到3D技术的转变是闪存制造商寻求提高闪存价格和容量特性的另一种方式。3 d NAND闪存多层垂直堆叠存储单元。这种分层单元的方法增加了SSD容量，降低了每千兆字节的成本。3D NAND被认为适用于任何使用平面NAND的业务或消费者场景。

在更小的物理空间中获得更高的容量是3D闪存的主要优势。制造成本上升是其主要缺点，但技术价格一直在下降。

3D NAND的另一个方面是电荷陷阱技术．许多3D闪存驱动器制造商使用电荷陷阱方法，这提供了比浮动栅电池驱动器更高的持久率。谢尔登说，电荷陷阱技术还支持更快的读写操作，降低能源消耗。

闪存与RAM

粗略地看一下闪存，可能会发现它的技术与RAM类似。毕竟,Flash和内存两者都采用固态芯片，并占据相同的固态存储类别。

但闪存和随机存储器在计算机系统中扮演着不同的角色，这取决于它们的性能、成本和制造方法。如上所述，Flash的主要用途是存储。另一方面，RAM对从存储器中检索的数据进行计算。

在价格和性能比较中，RAM比flash快，但成本更高。在两种类型的RAM中，静态RAM是最快和最昂贵的选择，通常用作计算机CPU的高速缓存内存。更慢、更便宜的动态RAM (DRAM)用作计算机的主要操作存储器。从一个历史的角度在美国，DRAM和NAND在2004年的价格跨界引发了闪存的广泛采用。NAND的价格当时跌破了DRAM的成本。

较便宜的闪存也不同于RAM，因为它是非易失的。闪存的低功耗、持久性和较低的价格使它适合作为SD卡、USB驱动器和ssd等设备的存储内存。

闪存标准

闪存标准超越了SLC、MLC、TLC及其后续的主要分组。内部和外部连接标准也值得注意，因为典型的连接方法正在开始转变。

至于内部连接，SAS仍然是领先的闪存互连技术，但据专注于存储和虚拟化的IT分析公司瑞士存储(Storage Switzerland)的前总裁乔治·克伦普(George Crump)说，供应商现在正在逐步用NVMe取代SAS技术。NVMe提供了优化与内存存储交互的好处。因此，闪存驱动器在等待I/O请求上花费的时间更少，这为NVMe取代SAS成为连接方法铺平了道路，Crump说。

另一个关键标准是NVMe-oF，支持光纤通道和以太网网络的版本。NVMe- of以外部连接为目标，提供了跨网络的内部NVMe的优势。

购买闪存时要考虑什么

顾问建议组织避免在考虑存储方案的早期阶段进行技术评估。

World Wide technology的Webb说:“在我们开始讨论任何技术或特定产品之前，重要的是要了解用例和客户试图达到的结果。”存储分层仍然非常重要，可以使用多个闪存层，以及传统的旋转磁盘和磁带。”

组织还应该考虑他们的数据访问习惯。

“大约80%的生产数据没有被定期访问，”Webb说。“我们希望了解客户的数据访问和性能需求，并从这个角度构建架构。”

此外，IT买家倾向于考虑更大的存储空间，而不是把闪存作为他们的主要关注点。

“通常情况下，存储解决方案的选择依赖于其他一些指标和功能，而不是闪光灯，”InterVision的McGrath说。

相反，存储决策是围绕数据管理、混合云策略和集成、工作负载处理、数据保护特性、多协议用例、快照、加密、虚拟集成和表示以及应用集成等因素做出的。

Webb指出:“在当今时代，各个厂商的性能和特性集可能非常相似。“客户现在感兴趣的最常见功能之一是云数据管理，这意味着他们在一个或多个公共云上拥有数据，在prem上，并在Equinix等与云相邻的提供商处托管。客户需要无缝且简单的管理体验。”

当终于到了深入研究闪存选项细节的时候，买家有几个细节需要权衡。一个这样的考虑:SSD的形式因素．在企业闪存发展的早期，2.5英寸SATA的形式因素成为SSD供应商寻求缓解hdd到SSD过渡的流行。SATA标准是为HDD数据传输而创建的。咨询师谢尔登指出，广泛使用的SATA格式可以让组织机构更逐步地采用新硬盘，2.5英寸的尺寸使得SSD可以轻松地装入笔记本电脑或台式机驱动器。

一个较小的SATA SSD形式因素，称为mSATAmini SATA的目标是笔记本电脑、笔记本电脑、平板电脑和其他功耗受限的设备。根据Sheldon的说法，M.2的外形是mSATA的后继，它提供了更小的SSD外形，比mSATA驱动器提供了更高的性能和更大的存储容量。

ssd还可以采用插入计算机PCIe主板插槽的插件卡的形式。

市场转向nvme高性能固态硬盘技术是闪存买家应该评估的另一个方面。咨询师Marko表示，直接连接到PCI系统总线的NVMe ssd在企业中越来越普遍。依附于HDD外形因素和接口的ssd并没有充分利用NAND闪存的潜力。

NMVe ssd提供了SATA驱动器的优势，因为NVMe协议为非易失性半导体存储器，如NAND闪存，Marko指出。随着NVMe作为闪存盘和阵列的互连方式越来越受欢迎，NVMe-oF产品已经开始为基于nvme的共享存储提供可行的选择，他补充道。NVMe-oF技术生态系统处于不断变化的状态，但新罕布什尔大学互操作性实验室(University of New Hampshire InterOperability Laboratory)等资源可以帮助评估者识别符合标准的产品。

供应商和产品

NAND闪存供应商他们向市场提供的产品各不相同。据前首席信息长波西说，一些制造商提供通用闪存，而其他公司专注于特定的市场细分。

一些供应商提供一系列产品，包括企业和消费者应用程序。例如，英特尔(Intel)以企业级计算为目标，推出了Optane Persistent Memory NAND闪存产品和Optane DC ssd。但它也提供面向客户端设备和消费者部门的NAND存储设备。Kioxia生产企业、客户和数据中心SSD，而三星的SSD产品组合面向企业和消费者市场。

至于市场营销，厂商可能会把闪存产品卖给其他厂商，这些厂商将闪存技术嵌入到他们的存储产品中，或者以他们自己的品牌销售存储设备。美光科技(Micron Technology)等供应商采用了这两种方法。

供应商NAND闪存产品的可变性也体现在定价上。虽然降低成本是一般的规则NAND闪存价格在美国，任何给定时间的实际模式都有点难以确定。存储市场分析师对NAND定价趋势的短期和长期预测各不相同。周期性的供应过剩和短缺导致NAND价格波动。此外，宏观经济趋势和全球事件(如2020年冠状病毒大流行)可能影响闪存需求，从而影响定价。

闪存的未来

的闪存的未来Sheldon指出，随着厂商推进增加3D NAND闪存层数量和增加比特密度的计划，该公司正指向更大的容量。其他预期的趋势包括企业存储中越来越多地使用QLC驱动器，至少对于读密集型工作负载是这样。

与此同时，NVMe和NVMe- of等技术的发展将继续推动闪存向充分实现其更高性能潜力的方向发展。flash的发展也将影响其他技术，如存储类内存(SCM)。SCM代表了一种新的企业中的存储/内存层谢尔登指出，该系统的目标是支持对延迟敏感的应用程序。

斯科特-辛克莱尔

ESG的Sinclair表示，采用NVMe-oF将“提供……利用更多存储类内存和低延迟媒体类型的能力。”

然而，闪存的进步也揭示了其他性能障碍，比如CPU阻塞点．Dragon Slayer Consulting的Staimer认为，CPU并没有跟上NVMe和NVMe- of的性能提升，并指出SCM只会加剧这个问题，因为它给CPU带来了更大的负载压力。

辛克莱说，闪存的进化表明瓶颈并没有完全消失——它们只是去了别的地方。消除存储媒体和网络的性能障碍可能最终将压力转移到应用程序和软件开发人员身上。

“他们是否优化他们的应用程序以利用这种高性能的基础设施?”辛克莱问道。“随着我们的发展，这将是一个真正有趣的问题。”