在AI+大數(shù)據(jù)時代浪潮下，存儲領(lǐng)域爆發(fā)新的市場需求，其中在AI訓(xùn)練過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的QLC NAND SSD風(fēng)頭正盛，這意味著NAND閃存或?qū)⒂瓉硇碌陌l(fā)展契機。

探究QLC NAND，真正魔力

目前來說，閃存主要分為NOR和NAND閃存，其擴容方式主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)、邏輯兩種。從NAND閃存上看，結(jié)構(gòu)方面，目前NAND閃存已從2D升級到3D，從空間上改變提升閃存容量，增加堆疊層數(shù)的同時達到優(yōu)化成本的效果。其次是邏輯上，即提升存儲單元存儲的位數(shù)，從而提高閃存存儲容量和降低成本。目前，閃存技術(shù)從只能存儲1bit數(shù)據(jù)的SLC、MLC（2bit）、TLC（3bit）發(fā)展到能存儲4bit數(shù)據(jù)的QLC，后者便是下文中將要探討的存儲技術(shù)。

從原理上看，QLC全名為Quad-Level Cells，指的是每個存儲單元(Cell)可記錄4個位(bit)的NAND閃存。每個單元有著自身的標準尺寸，相較于傳統(tǒng)的SLC、MLC、TLC，QLC技術(shù)可以實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)密度，從而在相同空間內(nèi)存儲更多的數(shù)據(jù)。

圖片來源：十銓科技官網(wǎng)

與SLC NAND閃存相比，QLC NAND閃存可以67.5%的芯片尺寸存儲相同數(shù)量的信息，不過業(yè)界稱，若想進行更多運行和讀取的操作，就要增大單元狀態(tài)的密度。相應(yīng)地，由于單元狀態(tài)之間的空間狹窄，更大的密度會使性能降級并出現(xiàn)讀取錯誤的可能性，這將影響設(shè)備的壽命。

圖片來源：SK海力士官網(wǎng)

從優(yōu)勢來講，業(yè)界數(shù)據(jù)顯示，QLC閃存的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：容量上，QLC相較于目前主流的TLC閃存顆粒，理論上QLC存儲密度提升了33%；成本上，在同一片晶圓切割相同數(shù)量的閃存顆粒情況下，QLC閃存的存儲容量高于TLC約33%左右，對比下來，QLC單位存儲容量的成本也就低于TLC閃存，具有更低成本的優(yōu)勢；在TCO上，相較于傳統(tǒng)的HDD，以QLC閃存為存儲介質(zhì)的SSD，具有更低的TCO，TCO是一個綜合成本的考量，包括存儲密度、可靠性及功耗等；而在寫入性能方面，QLC相比其他技術(shù)略微遜色，但在讀取性能方面尚佳。

但QLC技術(shù)仍面臨著一些挑戰(zhàn)，業(yè)界分析稱，由于數(shù)據(jù)存儲在更多的電荷層中，這增加了數(shù)據(jù)的脆弱性，對錯誤校正和數(shù)據(jù)保護提出了更高的要求。QLC存儲設(shè)備通常需要更先進的錯誤校正算法和更強大的數(shù)據(jù)保護機制，以確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。不過隨著技術(shù)的不斷進步，未來可以預(yù)見QLC技術(shù)將在存儲領(lǐng)域扮演越來越重要的角色，將為整個信息產(chǎn)業(yè)帶來革命性的變化。

QLC NAND，正打入AI SSD主戰(zhàn)場

目前SSD使用的NAND閃存顆粒包括TLC、QLC等。QLC NAND已成功進軍消費級SSD、企業(yè)級SSD領(lǐng)域，當(dāng)前市場上浮現(xiàn)出大量的QLC SSD產(chǎn)品。

企業(yè)級QLC SSD擁有大容量、低成本、低TCO、讀取性能尚可等亮點特性，目前備受應(yīng)用市場熱愛。例如以ChatGPT為代表的智能AI大模型、以及正流行的視頻點播、短視頻應(yīng)用等，據(jù)悉包括大數(shù)據(jù)、云存儲、人機交互HCI等大量以讀取密集型為核心的新場景新應(yīng)用，正在部署和應(yīng)用QLC SSD。

其中，許多數(shù)據(jù)中心大量部署了成本較低的HDD，但HDD無法滿足現(xiàn)代工作負載對數(shù)據(jù)更快讀取訪問速度的需求。從劣勢上看，HDD占據(jù)數(shù)據(jù)中心的較大面積，會增加空間、電源、散熱和替換方面的成本。相比較HDD，企業(yè)級QLC SSD更加輕便，性能更高，功耗更低，容量更大。據(jù)業(yè)界數(shù)據(jù)，QLC SSD順序讀性能是HDD的25倍，隨機讀性能是HDD的5700倍，平均延遲是HDD的1/23，性能方面遠超越HDD。

不過針對QLC SSD的市場攻向，不少人認為，QLC SSD并非是為了取代TLC SSD，而是與HDD相爭。雖然QLC SSD相比較TLC SSD性能和壽命更低，但大容量和性價比的優(yōu)點仍讓業(yè)界刮目相看，QLC SSD被看作是TLC SSD的補充，更適合讀取密集型和部分讀寫混合型業(yè)務(wù)，比如人工智能、內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)、機器學(xué)習(xí)ML等。

在AI應(yīng)用中，TrendForce集邦咨詢指出，SSD應(yīng)用于AI推理服務(wù)器，可在推理過程中協(xié)助調(diào)整、優(yōu)化AI模型，尤其SSD可以實時更新數(shù)據(jù)，以便微調(diào)推理模型結(jié)果。AI推理主要提供檢索增強生成(RAG,Retrieval-Augmented Generation)和大型語言模型(LLM,Large Language Model)服務(wù)，而SSD可以儲存RAG和LLM參考的相關(guān)文檔和知識庫，以生成含有更豐富信息的響應(yīng)。此外，隨著更多生成信息是以影片或相片顯示，其數(shù)據(jù)存儲量也相應(yīng)增加，因此，TLC/QLC 16TB以上等大容量SSD便成為AI推理主要采用的產(chǎn)品。

目前，三星、SK海力士旗下Solidigm、西部數(shù)據(jù)、鎧俠等在QLC SSD領(lǐng)域占據(jù)重要地位。從動態(tài)上看，Solidigm已開發(fā)并交付了D5-P5336 61.44TB QLC SSD等產(chǎn)品，Solidigm SSD D5-P5316的耐用性水平產(chǎn)品遠遠超過了HDD。

西部數(shù)據(jù)已將重心轉(zhuǎn)往PCIe界面產(chǎn)品開發(fā)，并擴大與第三方主控廠商合作PCIe 5.0，推出QLC大容量產(chǎn)品。例如今年6月，韓國SSD主控廠商FADU宣布，與美國西部數(shù)據(jù)建立合作伙伴關(guān)系，雙方將合作開發(fā)下一代企業(yè)級SSD技術(shù)“FDP”。

三星已開始量產(chǎn)1Tb QLC的第九代V-NAND存儲器，這將使其能夠提供全系列先進的SSD解決方案，滿足AI時代的需求。三星稱，隨著企業(yè)級SSD市場快速增長，對AI應(yīng)用的需求不斷加強，三星將通過QLC和TLC的第9代V-NAND存儲器來鞏固其領(lǐng)先地位。

鎧俠第八代BiCS FLASHTM 2Tb QLC已開始送樣，全新的QLC產(chǎn)品架構(gòu)可在單個存儲器封裝中堆疊16個芯片，為業(yè)界提供領(lǐng)先的4TB容量，將推動包括人工智能在內(nèi)的多個應(yīng)用領(lǐng)域的增長。除2Tb QLC之外，鎧俠還推出了1Tb QLC版本。相較于容量優(yōu)化的2Tb QLC，1Tb QLC的順序?qū)懭胄阅苓€能再提升約30%，讀取延遲提升約15%。另外，1Tb QLC更適用于高性能領(lǐng)域，包括客戶端SSD和移動設(shè)備。

QLC SSD，似一輪春風(fēng)

針對QLC SSD的未來發(fā)展，近期多位業(yè)界人士均表示，看好QLC SSD，并強調(diào)對于數(shù)據(jù)中心、云存儲服務(wù)提供商、需處理海量數(shù)據(jù)的企業(yè)而言，它無疑是一個福音。

QLC Enterprise SSD供應(yīng)商Solidigm亞太區(qū)銷售副總裁倪錦峰此前表示，目前AI使得HDD局限性愈發(fā)明顯，公司QLC SSD可突破HDD在AI領(lǐng)域的限制，大幅度提升AI存儲功耗效率，幫助生態(tài)系統(tǒng)更加完善。

三星表示，AI模型規(guī)模持續(xù)擴大，訓(xùn)練數(shù)據(jù)量成比例增長，導(dǎo)致對更高存儲容量的需求增加，同時推理應(yīng)用也需要大量數(shù)據(jù)庫存儲，從而推動64TB至128TB SSD需求的上升，三星的QLC企業(yè)級SSD出貨量在2024年下半年預(yù)計會比上半年增長三倍。

QLC SSD逆勢增長，業(yè)界認為它或許可以成為NAND閃存市場的翻盤利器。針對QLC將帶來的影響，TrendForce集邦咨詢表示，北美CSPs（云端服務(wù)業(yè)者）已開始在Inference AI Server（推理用人工智能服務(wù)器）大量采用QLC Enterprise SSD，尤其是大容量規(guī)格，并預(yù)估，QLC將貢獻2024年NAND Flash位元出貨量20%，此比重2025年將再提升。

此外，未來，QLC或?qū)⑦M軍消費類嵌入式eMMC、UFS領(lǐng)域，據(jù)悉目前已有原廠的UFS采用了QLC作為存儲介質(zhì)發(fā)布產(chǎn)品。業(yè)界機構(gòu)預(yù)測，2025年大容量QLC Enterprise SSD（企業(yè)級固態(tài)硬盤）將崛起、智能手機將采用QLC UFS（通用閃存存儲）。