Статья: Итоги 2016 года: SSD-накопители

Если вам кажется, что мир персональных компьютеров давно утратил былую живость и стал похож на унылое болото, значит, вы попросту не знаете о том, что происходит нынче с твердотельными накопителями. Здесь нет совершенно никаких намёков на консолидацию игроков, на дуополию или на близкое к монопольному положение какого-либо из производителей. Напротив, SSD – это не только молодая и интересная отрасль, которая приносит в ПК свежую струю, но и к тому же крайне динамичный развивающийся рынок, с острой ценовой и конкурентной борьбой и очень быстро меняющейся ситуацией. Поэтому многие события на рынке SSD нередко превращаются в настоящую драму о борьбе новых технологий против старых, о соперничестве мелких производителей с гораздо более крупными, о масштабных поглощениях и коммерческих сделках, о взлётах и падениях, о ценовых играх и заботе об интересах пользователей, а заодно и о том, как стремительно может меняться картина происходящего в течение небольших отрезков времени.

Но 2016 год на рынке твердотельных накопителей несколько отличался от предыдущих. Хотя это и мало кто заметил, он дал ответы на многие вопросы, которые то и дело возникали раньше. И если в прошлогодних и позапрошлогодних итоговых обзорах мы с полной уверенностью могли говорить лишь о том, что случилось, а все прогнозы оставались лишь робкими (и не всегда успешными) попытками заглянуть в будущее, то теперь настал такой момент, когда многие развилки истории уже пройдены, и перед нами вырисовывается достаточно ясная картина твердотельного накопителя завтрашнего дня.

Тем не менее это не значит, что сюрпризов на рынке твердотельных технологий в ближайшей перспективе уже не ожидается. Напротив, в течение 2016 года три ведущих разработчика, компании Micron, Intel и Samsung, упорно выстраивали принципиально новые подходы к построению памяти для твердотельных накопителей. И плоды от этих ростков, которые на самом деле снова могут поменять на рынке SSD если не всё, то очень многое, ожидаются в относительно недалёком будущем. Но это тема отдельного разговора. Сегодня же наш материал выходит в серии «итоги», поэтому мы будем говорить о том, какие ответы на насущные вопросы про твердотельные накопители дал год прошедший.

⇡#TLC – это новая MLC

Любой разговор о том, что происходит на рынке твердотельных накопителей, неминуемо сводится к NAND-памяти. Флеш-память – основной компонент SSD, и именно он во многом определяет их производительность, цену и надёжность. И в этом отношении 2016 год стал переломным. Если год назад основным типом памяти для потребительских моделей SSD выступала MLC NAND, а TLC-память применялась лишь в бюджетном сегменте, то к сегодняшнему моменту ситуация в корне изменилась.

Объёмы производства TLC NAND в натуральном выражении обошли выпуск MLC-памяти ещё в конце 2015 года, и сегодня NAND-память с трёхбитовой ячейкой – это наиболее массовый и распространённый вариант. И хотя такое положение дел серьёзно расстраивает консервативных пользователей, которые считают, что TLC не может обеспечить достойную надёжность, на самом деле это уже далеко не так. В части характеристик трёхбитовой памяти произошли заметные изменения, и сегодняшняя TLC NAND имеет мало общего с той памятью, с которой нам приходилось сталкиваться на заре этой технологии. Нормы технологических процессов, применяемых при её производстве, перестали сокращаться два года тому назад. Поэтому сейчас планарная память выпускается по весьма зрелым 15/16-нм техпроцессам, которые отлажены до такой степени, что не только дают очень высокий выход годных кристаллов, но и гарантируют хорошее качество полупроводниковой структуры ячеек. В итоге сегодняшняя TLC NAND способна переносить в разы большее число перезаписей по сравнению с трёхбитовой памятью первых поколений, для которой гарантированный ресурс составлял лишь 500-1000 перезаписей.

Ещё одно важное изменение коснулось контроллеров, используемых в основе большинства TLC-накопителей. Хорошим тоном стало применение контроллеров с поддержкой LDPC ECC – сильных адаптивных алгоритмов коррекции ошибок, которые увеличивают вероятность правильного считывания данных из TLC NAND в несколько раз.

Такие контроллеры достаточно давно предлагаются компаниями Silicon Motion и Marvell, и они позволяют выпускать TLC-накопители с уровнем надёжности, сходным с надёжностью старых MLC-моделей.

Иными словами, массовое принятие TLC-памяти – это устойчивая тенденция, в основе которой лежит не только желание производителей увеличить норму прибыли. Таково одно из проявлений прогресса, благодаря которому SSD могут продолжить вытеснение с рынка магнитных носителей информации. Ведь TLC NAND обеспечивает более высокую плотность хранения данных и позволяет делать полупроводниковые кристаллы с более высокой ёмкостью. А значит, её внедрение открывает путь к наращиванию предельных объёмов и к дальнейшему снижению удельной стоимости твердотельных накопителей.

Впрочем, MLC NAND пока окончательно не утратила своей роли и не уподобилась нишевой SLC NAND. Да, TLC-накопителей на рынке заметно больше, однако память с двухбитовой ячейкой остаётся вполне естественным вариантом для флагманских моделей накопителей. MLC NAND может обеспечить примерно полуторакратное преимущество в латентности и многократное превосходство в пропускной способности при записи данных, поэтому она продолжает повсеместно использоваться в скоростных SSD с шиной PCI Express, а также в SATA SSD высокого класса, ориентированных на обслуживание значительных нагрузок.

Однако нет никаких сомнений в том, что доля MLC-памяти продолжит снижаться, и, более того, в перспективе ожидается приход на рынок ещё более плотной памяти по сравнению с TLC – QLC NAND. В ней в каждой ячейке предусматривается хранение сразу четырёх бит данных, и накопители на основе этой технологии уже находятся в разработке по меньшей мере у двух крупных производителей – у Micron и Toshiba.

Компании обещают, что внедрение QLC позволит существенно увеличить ёмкость твердотельных накопителей без особых потерь в производительности уже в течение ближайших двух-трёх лет. Как ожидается, это расширит сферу применения SSD в том числе и на хранение «холодных данных» и станет ещё одним гвоздём в крышку гроба традиционных жёстких дисков.

⇡#3D NAND: медленно, но верно

Другое направление увеличения плотности хранения данных в чипах NAND-памяти – переход с планарной на трёхмерную компоновку полупроводниковых кристаллов. 3D NAND – весьма многообещающая технология, и её повсеместного внедрения мы ждали именно в 2016 году. Но не получилось. На данный момент полномасштабным выпуском трёхмерной флеш-памяти для SSD могут похвастать лишь два производителя: Samsung и совместное предприятие IMFT (Micron плюс Intel). Что же касается SK Hynix и альянса Flash Forward (Toshiba плюс Western Digital), то к производству 3D NAND они тоже приступили, но, к сожалению, не для твердотельных накопителей.

В результате внедрение 3D NAND, несмотря на её перспективность, происходит крайне медленно. Безоговорочное первенство на этом фронте удерживает Samsung. Компания начала выпускать многослойную флеш-память ещё в 2012-2013 годах, и в 2016-м разработанная ей 3D V-NAND применялась в подавляющем большинстве накопителей Samsung. Причём речь в данном случае идёт уже о трёхмерной памяти третьего поколения, число слоёв в которой доведено до 48.

Благодаря этому Samsung удаётся удерживать первенство в наращивании ёмкостей SSD. Так, сейчас компания может предложить пользователям ПК массовые модели, ёмкость которых достигает отметки в 4 Тбайт, и серверные накопители с объёмом до 16 Тбайт. Нужно добавить, что не за горами и внедрение 64-слойной памяти, которая относится к следующему, четвёртому поколению. Появление накопителей на её основе ожидается в течение ближайших месяцев.

Относительно неплохо дело с 3D NAND идёт и у Micron. За прошедший год компания смогла наладить массовое производство 32-слойной памяти и начать её использование в твердотельных накопителях, ориентированных на массовый сегмент. Переход на новую технологию происходит у Micron весьма уверенными темпами. К концу года память с трёхмерной компоновкой обошла по объёмам производства традиционную планарную память. И это позволяет компании не только использовать 3D NAND в SSD, продаваемых под собственным именем и под дочерней маркой Crucial, но и поставлять трёхмерные чипы флеш-памяти на сторону. Их крупнейшими покупателями выступают фирмы ADATA и Transcend, в ассортименте которых уже появились основанные на многослойной памяти Micron модели.

Планомерное внедрение 3D NAND в собственные твердотельные накопители происходит и у Intel. Компания использует ту же самую технологию, что и Micron, и поэтому нет ничего удивительного, что к настоящему моменту она смогла представить несколько моделей SSD (в основном нацеленных на корпоративный и серверный рынок) на базе трёхмерной памяти. А если учесть, что Intel отказалась от развёртывания на своей NAND-фабрике планарного 16-нм полупроводникового процесса, это означает, что в скором времени компания наконец-то вернётся к применению в своих накопителях памяти собственного изготовления.

К сожалению, остальные производители полупроводников заметным прогрессом во внедрении 3D NAND похвастать пока не могут. Хотя Toshiba, Western Digital и SK Hynix запустили производство трёхмерной флеш-памяти ещё в начале 2016 года, в реальности не существует ни одного твердотельного накопителя, где бы она применялась. Проблема в качестве: память этих производителей пока годится только для использования в составе eMMC-, UFS- и eMCP-продуктов, но не для SSD, где требования к выносливости и стабильности ячеек гораздо выше.

Тем не менее в начале наступившего года SK Hynix планирует начать выпуск третьего поколения своей 3D NAND с 48 слоями, а Toshiba и Western Digital должны освоить массовое производство 64-слойной трёхмерной памяти BiCS3, которая и в том, и в другом случае для SSD должна подходить. И это значит, что 2017 год имеет все шансы стать переломным моментом, когда трёхмерная память всё-таки начнёт повсеместно вытеснять память с планарной структурой.

Кроме того, упомянуть нужно и про принципиально новые разработки, которые, вероятно, мы сможем увидеть в действии в новом году. Во-первых, это многообещающая память 3D XPoint, над созданием которой трудятся компании Intel и Micron. В её основе лежит технология PCM (память с изменением фазового состояния) благодаря которой ожидается примерно 10-кратное снижение латентностей, трёхкратное увеличение выносливости, четырёхкратное увеличение скоростей записи, трёхкратный рост скоростей чтения и 30-процентное снижение энергопотребления по сравнению с продуктами на традиционной NAND.

Правда, при этом никто не обещает низких цен – речь идёт лишь о том, что продукты на базе 3D XPoint будут продаваться дешевле DRAM-памяти аналогичного объёма. А потому очень похоже, что 3D XPoint-накопители первого поколения, для которых Intel собирается использовать марку Optane, а Micron – QuantX, первое время будут иметь небольшую ёмкость и смогут позиционироваться лишь в качестве кеширующего посредника для дисковой системы. А это значит, что говорить о массовости продуктов на базе 3D XPoint не придётся ещё долгое время.

Перспективными и принципиально новыми проектами в сфере 3D NAND занимается и компания Samsung, которая ведёт разработку технологии Z-NAND. К сожалению, известно про неё гораздо меньше, чем про 3D XPoint, но тем не менее первые накопители Z-SSD на основе Z-NAND Samsung намеревается вывести на рынок в наступившем году. И в это вполне можно поверить: в Z-NAND не применяются никакие новые физические принципы, и, судя по всему, эта память представляет собой нечто похожее на трёхмерную многослойную SLC NAND. При этом разработчики обещают, что латентность у Z-NAND не будет уступать латентности 3D XPoint, а пропускная способность окажется даже выше.

⇡#Цены больше не падают, и даже наоборот

В течение последних лет мы привыкли к устойчивой тенденции: цены на SSD должны планомерно снижаться. Действительно, производители памяти постоянно вводят в строй новые производственные мощности и внедряют новые технологии, которые позволяют наращивать плотность хранения данных в устройствах NAND. Благодаря этому объёмы выпуска флеш-памяти (в мерах ёмкости) ежегодно увеличиваются примерно на 40 процентов, что на протяжении последних лет являлось веской причиной для непрерывного снижения удельной стоимости флеш-памяти, а следовательно, и SSD. Однако в 2016 году этот механизм сломался, и испортила его, как это ни странно, компания Apple.

Дело в том, что рынок SSD поглощает лишь около 40 процентов производимых отраслью чипов NAND. Остальное же потребляется рынком мобильных устройств. Поэтому происходящее там может оказывать очень сильное влияние на рынок SSD. Так и случилось. В середине 2016 года спрос на чипы NAND скачкообразно вырос, причиной чего стало решение Apple удвоить объёмы памяти в iPhone 7. Это решение повлекло за собой ответную реакцию со стороны многих других производителей смартфонов, поэтому совершенно неудивительно, что на рынке флеш-памяти возник дефицит, который вылился в заметный рост цен.

Начиная с середины 2016 года цена на кристаллы NAND возросла почти на треть. И естественно, это не могло не повлиять на стоимость твердотельных накопителей, флеш-память в которых – это один из основных компонентов. Пока, конечно, о симметричном подорожании SSD речь не идёт, и в течение прошедшего года цены по большей части всего лишь не падали. Но так продолжаться не будет. К концу года накопители всё-таки подорожали на 6-10 процентов, если говорить о MLC-моделях, и на 6-9 процентов – в случае TLC-моделей. Причём это – далеко не разовая акция. Прогнозы говорят о том, что в течение нескольких следующих месяцев стоимость SSD вырастет ещё на 20-25 процентов относительно сегодняшнего уровня, и нет никаких причин в это не верить.

Сложным периодом для SSD видится весь предстоящий год. Ожидается, что спрос на чипы NAND в течение года продолжит расти и в конечном итоге вновь увеличится на 45-50 процентов по сравнению с прошлым годом. Объёмы же производства NAND при этом могут быть подняты лишь на 30 процентов ввиду того, что производители памяти, за исключением Toshiba и Intel, приостановили запуск новых производственных мощностей, а отладка технологии многослойной памяти, которая позволяет увеличить выход продукции за счёт увеличения её плотности, происходит значительно медленнее изначального плана. То есть дефицит флеш-памяти как минимум сохранится, а в худшем случае – ещё и усилится.

Всё это, естественно, скажется и на экспансии SSD. Понятно, что изначально сформулированные цели по замещению твердотельными накопителями традиционных механических винчестеров теперь достигнуты быть не могут. Кроме того, перестанет расти и пользовательский спрос на SSD большого объёма. Да, 256- и 512-гигабайтные твердотельные накопители за последние два года стали более популярны, чем 128-гигабайтные, а средняя ёмкость продаваемых SSD к настоящему моменту увеличилась до примерно 360 Гбайт, но дальнейшего смещения пользовательского интереса в сторону более вместительных моделей накопителей по меньшей мере до 2018 года теперь ждать не приходится. Не снизится до уровня полутерабайтных HDD и стоимость 128-гигабайтных моделей твердотельных накопителей. То есть массовое внедрение SSD в недорогих компьютерах и ноутбуках, которого ждали в 2017 году, очевидно, теперь отодвинется на более поздний срок.

Следующая страница →