闪存的未来预示着前所未有的速度和容量

三维NAND的未来

许多分析人士认为，供应商将继续为产品添加层三维NAND闪存直到它不再可行。目前，192层3D NAND预计将于2021年问世，256层设备预计将于2022年问世。Forward Insights总裁兼首席分析师Gregory Wong表示，他预计供应商将继续增加层数和钻头密度，同时降低总体成本。然而，“增加层数需要不断增加的资本支出、更高的流程复杂性和更长的处理时间，”他说。

Coughlin Associates总裁汤姆·考夫林（Tom Coughlin）同意，随着设备使用更薄的层和层串技术，层的数量将继续增加。但这些地层的厚度和沉积速度都有限制。“增加层数将导致更长的晶圆生产时间，需要额外的晶圆资本设备，最终需要新的工厂生产，”他说。

考夫林说，由于生产问题，3D NAND继续降低每GB成本的速度将下降，而无需额外的技术进步，最显著的是每单元使用多比特的能力。然而，每个单元的比特数越多，性能就越慢，因为需要更多的纠错，这也会降低单元的耐久性。要想成功，”常规垃圾收集将需要改变，特别是必须减少擦除/写周期，”他说，这将需要使用缓存写数据等方法。

从长远来看，内存和处理可以结合起来创建真正的内存内处理。

QLC和PLC NAND的未来

NAND闪存的未来不可避免地与每个单元的比特数有关。Wong说，在过去的一年里，四级单元(QLC) NAND(每个单元四个比特)的使用主要集中在个人电脑上，但这种情况即将改变。“今年，我们希望看到超大规模数据中心存储的QLC驱动器，并将其引入企业存储系统。”这似乎确实是事实。比以往任何时候都多的供应商在谈论工作或生产QLC设备.

然而，Wong表示，在flash设备中扩大比特密度和降低成本变得越来越困难。“尽管如此，NAND闪存仍将存在很长一段时间，因为目前还没有技术能够在比特密度和成本基础上与之竞争。”

存储网络工业协会(SNIA)董事会成员J Metz对QLC和下一代NAND闪存有另一种看法，五能级电池（PLC），每个单元有五位。尽管他认为这些技术是不可避免的，但他质疑市场将如何承受它们。随着三层电池（TLC）设备价格的下降，不确定一种形式的经济性是否会挤出另一种形式。

“问题不在于是否会出现一次性存储设备的用例(PLC最终将会出现这种情况)，而在于那些相同的用例——同样的生产资源——能否被现有技术所满足。”

尽管存在这些担忧，但随着新产品的定期推出，QLC仍有很大的发展势头。Objective Analysis公司的总经理Jim Handy说:“3D NAND的一些优点是，它在几代产品中保持了电池大小和电容的基本相同，这支持了良好的QLC的发展。”他还认为，PLC可能也是如此。

即便如此，闪存的未来可能会看到每个单元更多的位继续影响耐久性。这就是为什么QLC NAND在企业很可能仅限于读密集型工作负载，并仔细控制写操作。这对于PLC NAND来说更为真实。

然而，考夫林说，QLC和PLC NAND可以与单位单元（SLC）闪存配对，以创建混合SSD。“区域内存的想法可能有助于创造多种闪存技术，可用于集中在SLC闪存中写入和从QLC甚至PLC闪存中读取数据，”他说。大家一致认为，QLC和PLC NAND不太可能单独用于高性能应用。

NVMe的未来

随着越来越多的NVMe SSD进入数据中心将的NVMe整合到企业工作流中预计将呈指数增长。接口协议扩展了NVMe在整个网络中的性能和低延迟优势。我们已经在诸如Dell EMC PowerMax之类的产品中看到了NVMe的发展轨迹，它支持NVMe，为资源密集型应用程序提供更低的延迟和更快的响应时间。Handy说，他相信NVMe很可能成为一种标准的系统架构，使flash的使用快速增长。

Coughlin进一步预测，NVMe oF将成为主导的网络存储技术，“特别是在主存储应用中，但甚至在未来基于HDD的存储中也是如此。”Western Digital已经在其产品中包括了一个HDD存储盒OpenFlex体系结构，其中包括互连的NVMe。考夫林说，如果操作得当，NVMe oF可以提供接近NVMe存储设备内部带宽的网络存储性能。他补充说，的NVMe还使使用远程内存成为可能，创造了“新的虚拟化和抽象方法”。

Metz相信NVMe-oF打开了一个可能的部署选项的世界，直到现在，这是无法实现的。协议中的进步使得以更高的精度和粒度连接到媒体成为可能。分区名称空间Metz说，这项技术旨在以高效、高性能的方式将数据精确写入介质，非常适合QLC和PLC等对覆盖和写入周期高度敏感的介质。

存储类内存和其他新兴技术

随着英特尔DC持久内存的发布，未来存储类存储器（SCM）作为内存存储层次结构中的一层变得比以往任何时候都更有希望。Metz说，SCM将在创建这一新层方面发挥重要作用，部分原因是它可以减少数据在提交到内存之前可能存在风险的情况下的延迟量。

Metz还指出了SNIA的持久内存编程模型，该模型“为希望以块或文件模式寻址媒体的应用程序提供了大量扩展，并使用相同的媒体类型进行I/O或加载/存储语义。”这为希望直接寻址设备的应用程序开发人员提供了难得的机会，他说。

根据Handy的说法，SCM可以给内存存储层次结构带来一个新的层次。他断言供应链管理的未来汉迪说，这家公司每年可能会因此损失数十亿美元，但他补充说，他相信英特尔将通过销售更高价格的处理器来挽回损失。“没有其他供应商能够证明采取这一步骤是合理的，”他说。

但SCM的发展并不仅限于英特尔的持久内存模块。一些嵌入式芯片铸造厂提供基于诸如磁阻的内存考夫林说，除了其他新兴存储器外，还包括MRAM和电阻RAM。

根据考夫林的说法，MRAM将从自旋隧道转矩技术发展到自旋轨道转矩技术，速度将更快。“随着这些进步和MRAM的更小尺寸，我们看到它最终取代了处理器的低级缓存，甚至有可能用非易失性内存取代寄存器。因此，所有内存都可能成为非易失性内存，这可能对未来电子产品的设计、安全和编程产生巨大影响。”他说。

展望闪存的未来

Handy说，闪存将继续充当HDD和内存通道层之间的层，即使在存储级内存成为主流之后也是如此。他说：“与NAND闪存相比，持久性内存将更能取代动态RAM（DRAM），这与NAND SSD减少数据中心DRAM增长的方式类似。”。同时，存储技术，如NVMe和软件定义存储将被更广泛地采用，从更少的资源中挤出更多的生产力，他补充道。

非易失性固态存储器正在经历快速发展，这将从根本上改变我们执行计算的方式。Coughlin表示，这些变化将为5G物联网等边缘和终端应用提供低功耗设备，特别是依赖电池或太阳能电池的能源受限应用。技术他补充说，磁阻型RAM可能会像DRAM一样便宜，并最终取代它。“从长远来看，记忆和处理可以结合在一起，创造出真正的内存处理。”

无论如何，闪存和其他新兴的存储技术的未来仍然和以往一样充满希望。根据Metz的说法，我们正处于固态存储器“用例大爆炸”的开端，从单一的闪存寻址方法转变为“在需要时访问信息的非常灵活和可修改的过程”。随着比特密度、访问闪存设备的协议以及计算存储等领域的发展，“我们才刚刚开始看到这些可能性。”