SSD：AI時(shí)代擔(dān)當(dāng)重任

AI大模型催生海量存儲(chǔ)需求，SSD與HDD皆有望從中受益。其中，基于速度、低延遲、耐用性和節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，業(yè)界普遍看好SSD在AI時(shí)代下的發(fā)展。

無(wú)論是AI訓(xùn)練還是推理環(huán)節(jié)，SSD皆有機(jī)會(huì)擔(dān)當(dāng)重任。

全球市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)TrendForce集邦咨詢(xún)最新調(diào)查顯示，在AI模型訓(xùn)練過(guò)程中，SSD不僅負(fù)責(zé)儲(chǔ)存模型參數(shù)，包含不斷更新的權(quán)重和偏差，而且可以創(chuàng)建檢查點(diǎn)(check point)，以定期保存AI模型訓(xùn)練進(jìn)度，即使訓(xùn)練中斷也能從特定點(diǎn)恢復(fù)。上述功能都相當(dāng)依賴(lài)高速傳輸以及寫(xiě)入耐用度，因此客戶(hù)主要選擇使用4TB/8TB TLC（三層單元閃存） SSD產(chǎn)品，以滿足嚴(yán)苛的訓(xùn)練過(guò)程需求。

AI推理環(huán)節(jié)中，SSD可在推理過(guò)程中協(xié)助調(diào)整、優(yōu)化AI模型，尤其SSD可以實(shí)時(shí)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(qiáng)生成(RAG, Retrieval-Augmented Generation)和大型語(yǔ)言模型(LLM, Large Language Model)服務(wù)，而SSD可以?xún)?chǔ)存RAG和LLM參考的相關(guān)文檔和知識(shí)庫(kù)，以生成含有更豐富信息的響應(yīng)。

隨著更多生成信息是以影片或相片顯示，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量也相應(yīng)增加，因此，TLC/QLC（四層單元閃存） 16TB以上等大容量SSD便成為AI推理主要采用的產(chǎn)品。

TrendForce集邦咨詢(xún)預(yù)估，今年AI相關(guān)SSD采購(gòu)容量將超過(guò)45EB，未來(lái)幾年，AI服務(wù)器有望推動(dòng)SSD需求年增率平均超過(guò)60%，而AI SSD需求在整個(gè)NAND Flash（閃存）的占比有機(jī)會(huì)自2024年的5%，上升至2025年的9%。

AI促進(jìn)SSD創(chuàng)新與發(fā)展

AI帶來(lái)海量存儲(chǔ)需求的同時(shí)，也對(duì)存儲(chǔ)產(chǎn)品提出了新要求，高性能、大容量成為“剛需”，促進(jìn)SSD產(chǎn)品持續(xù)迭代升級(jí)，創(chuàng)新發(fā)展。

SSD一般由硬件組件與固件兩大部分組成，硬件組件包括主控芯片、存儲(chǔ)芯片（DRAM、NAND Flash）。其中主控芯片承擔(dān)數(shù)據(jù)的讀取、寫(xiě)入。由于AI應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)處理速度、準(zhǔn)確性、能效比以及安全性的高要求，相比傳統(tǒng)SSD，AI SSD對(duì)主控芯片的要求更為嚴(yán)格與復(fù)雜。

以高性能為例，AI SSD主控芯片應(yīng)具備極高的連續(xù)讀寫(xiě)速度和隨機(jī)訪問(wèn)性能。當(dāng)前AI SSD以支持PCIe 5.0為主流，未來(lái)將支持更高版本的接口，以及高帶寬的NAND閃存通道，以實(shí)現(xiàn)高達(dá)數(shù)十GB/s的讀寫(xiě)速度。

存儲(chǔ)芯片中，NAND Flash即閃存顆粒，是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的核心介質(zhì)，也是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的載體。當(dāng)前SSD使用的閃存顆粒包括TLC（三層單元）、QLC（四層單元）等，業(yè)界看好QLC SSD發(fā)展，除了因?yàn)槠渚哂懈�高容量和更快的讀取速度優(yōu)勢(shì)外，還因?yàn)樗�具有更�?yōu)的TCO總體擁有成本優(yōu)勢(shì)：憑借更高的存儲(chǔ)密度，優(yōu)化服務(wù)器和物理占用空間，并降低能源消耗等優(yōu)勢(shì)，在滿足高性能存儲(chǔ)需求的基礎(chǔ)上，QLC SSD可以幫助大規(guī)模數(shù)據(jù)中心降低TCO總擁有成本。

存儲(chǔ)廠商卷技術(shù)，多款創(chuàng)新產(chǎn)品亮相

今年以來(lái)，為持續(xù)滿足AI市場(chǎng)需求，多家大廠推出相關(guān)QLC SSD、PCIe 5.0/6.0等創(chuàng)新產(chǎn)品，AI SSD市場(chǎng)力量進(jìn)一步壯大。

三星與西部數(shù)據(jù)兩家公司近期展示了高容量QLC企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤(pán)，容量高達(dá)128TB級(jí)別。

三星BM1743與上一代產(chǎn)品相比，在I/O性能方面提高了4.1倍，數(shù)據(jù)保留率提高了，連續(xù)寫(xiě)入的能效也提高了45%。連續(xù)讀取速度為7.5GBps、寫(xiě)入速度為3GBps、隨機(jī)讀取IOPS達(dá)到160萬(wàn)、16KB隨機(jī)寫(xiě)入IOPS達(dá)到4.5萬(wàn)。西部數(shù)據(jù)QLC企業(yè)級(jí)SSD基于BiCS 8 閃存打造，容量依賴(lài)于QLC技術(shù)，特別適用于處理“快速AI數(shù)據(jù)湖和容量密集型性能應(yīng)用”。

美光近日宣布成功開(kāi)發(fā)業(yè)界首款用于生態(tài)支持的PCIe 6.0數(shù)據(jù)中心固態(tài)硬盤(pán)，屬于其9550 NVMe SSD系列。顆粒和主控未知，順序讀取速率達(dá)26GB/s，與美光9550系列PCIe 5.0數(shù)據(jù)中心固態(tài)硬盤(pán)（14GB/s）相比，提升了85.7%。

今年6月，SK海力士宣布開(kāi)發(fā)完成支持PCIe5.0 x8接口的“PCB01”固態(tài)硬盤(pán)，將于今年內(nèi)開(kāi)始量產(chǎn)并向市場(chǎng)推出。該款產(chǎn)品面向AI PC，與上一代產(chǎn)品相比，PCB01的功耗效率提升了30%以上，可大幅提升大規(guī)模AI計(jì)算的穩(wěn)定性。同時(shí)，SK海力士在該產(chǎn)品上應(yīng)用了SLC緩存（SLC Caching）技術(shù)。該技術(shù)使部分NAND閃存存儲(chǔ)單元能夠以高速的SLC模式運(yùn)行，其不僅有助于提升AI應(yīng)用的速度，還能提高普通PC的工作速度。

圖片來(lái)源：SK海力士

Microchip、慧榮科技等公司則對(duì)外展示了PCIe 5.0 SSD主控芯片。

Microchip Flashtec NVMe 5016配備16條獨(dú)立閃存通道，兼容從SLC到QLC的各種NAND閃存，支持至高3200MT/s閃存接口速率，外置緩存方面則支持到4 Ranks的DDR5-5200。該主控可實(shí)現(xiàn)14GB/s的順序讀取速率，隨機(jī)讀取也高達(dá)3500K IOPS，同時(shí)僅需1W功率即可支持超過(guò)2.5GB/s的傳輸速率，能以更低能耗提供更高帶寬。
 

圖片來(lái)源：Microchip
 

慧榮科技SM2508采用臺(tái)積電6納米EUV工藝，專(zhuān)為AI PC和游戲主機(jī)設(shè)計(jì)，支持八條NAND通道，每通道速率高達(dá)3600MT/s，提供高達(dá)14.5 GB/s的順序讀寫(xiě)速度和2.5M IOPS的隨機(jī)性能。據(jù)悉相較于PCIe Gen 4產(chǎn)品，其性能提升達(dá)2倍，同時(shí)功耗控制在7W以?xún)?nèi)，預(yù)計(jì)將于今年第四季度開(kāi)始量產(chǎn)。