物联网的发展导致无论消费性电子、企业、工业、汽车市场对 SSD 的需求都急速攀升,为 NAND Flash 内存、控制芯片、SSD 模块等供应链业者带来绝佳的成长机会,本活动邀集 SSD 领域重要厂商, 前瞻未来技术规格的演进与市场应用趋势。

以 NAND Flash 为基础的固态储存(SSD)势力版图全面扩张。 在 4K 影音、虚拟现实(VR)与扩增实境(AR),以及日益蓬勃的物联网智能感测等应用趋势驱动下,无论消费性电子、企业、工业、汽车市场对 SSD 的需求都急速攀升,为 NAND Flash 内存、控制芯片、 SSD 模块等供应链业者带来绝佳的成长机会,相关厂商无不卯足全力开发更高规格的新一代解决方案。

整体而言,2017 年 SSD 最大的变化在于技术规格的升级,如多信道 PCIe SSD 的快速崛起,以及读写效能、扩充性和省电方面的突破。 展望 2018 年,随着 3D NAND 内存良率与产能提升,与控制器、模块商技术精进,SSD 产品效能势将再写新页,市场渗透率亦将更形扩大。 本活动邀集 SSD 领域重要厂商,前瞻未来技术规格的演进与市场应用趋势。

物联网自 2014 年台积电董事长张忠谋的演讲中为业界所瞩目,但 IoT 这个名词最早可以追溯到 1999 年,大心电子副总经理陈志青表示,截至 2017 年广义的物联网装置达到 100 亿个, 不过预计 2020 年还将成长五倍达 500 亿个。 其中装置不断产生数据,而大量数据也带动储存需求,2017 年人类产生的数字数据约 25 皆字节(Zettabytes, ZB),「皆」代表 10 的 21 次方,2025 年更将产生 163ZB 的数据量。

IoT 驱动固态储存需求成长
在 IoT 的应用上,SSD 与传统的磁式储存相较,有效能佳(High Performance)、可靠度高(Reliability)、低耗电(Low Power)、弹性构装设计(Flexible Form Factor)等特点。 陈志青说明,在效能部分,SSD 的传输接口从 1990 年代采用 PATA,传输速度约 133MB/s,到 2006 年以后演进到 SATA/SAS 接口,传输速率提升为 6~12Gbps,2013 年以后再进化到 PCIe 接口加 NVMe 协议, Gen3 版本四信道架构可以提供 32Gbps 的速率,传输效能也较 SATA/SAS 翻倍。

在可靠度部分,Flash 为了维持数据完整性,建立了许多数据保护机制,如瞬间断电回复(SPOR)、错误检查及校正(Error Checking and Correcting, ECC)等,一般而言 SSD 的年故障率(AFR)在 1% 以下,磁式硬盘则约 3%。 运作可靠性部分,SSD 因为机械结构少,在抗震度、噪音甚至操作温度区间都有不错的表现。 另外,SSD 也透过监控软件监测储存单元的健康状况,降低非预期的当机状况。

控制器为 Flash 效能把关
而闪存 Flash 近几年效能不断提升,包括制程、储存单元、堆栈层数、立体结构、传输接口等全面性的进步。 不过也因为高速的发展,事实上,Flash 颗粒会出现越来越多瑕疵,必须靠更多管理机制的协助,维持其效能,群联电子创新技术研发事业群资深经理许江汉(图 2)说,这也是 Flash 需要搭载控制器(Controller)的主要原因。

Flash 控制芯片负责数据保护,许江汉解释,ECC 技术因应 Flash 容量的提升,并走向 3D 立体化半导体结构,也从过去的 BCH(Bose Chaudhuri Hochquenghem)发展到低密度奇偶修正码(Low Density Parity Check, LDPC)。 比起 BCH 算法,LDPC 拥有更高的解错效能,如(图 3)所示。 透过 LDPC 新一代错误修正技术,将能为 3D TLC NAND 带来更高的错误校验能力,进一步提升数据稳定性及 P/E Cycle,并搭配 RAID ECC 强化除错率。

未来 SSD 的发展朝向 M 型化的两端发展,许江汉进一步说明,高阶的 SSD 很多是应用在游戏上,制程采用非常先进的 1x 奈米(nm),控制器内建多核处理器,并采用可靠性较高的 MLC 内存颗粒,导入 OPAL 2.0 机密技术, 并搭载超级电容降低数据损失率。 低阶的 SSD 则以成本为重点,可能不搭载 DRAM,并分享系统的内存 HMB(Host Memory Buffer),同时也不搭载 AES 加密,只跑两信道、采用数据压缩技术节省空间,支持较低阶的内存,并使用更多 Cell 的颗粒。

工业应用高度客制化发展
工业应用在物联网时代也是有高度潜力与市场的应用领域,与一般消费性的应用相较,英柏得科技总经理林传生指出,工业应用 SSD 客户是企业,并有高度客制化的需求,产品生命周期要求较长,约是五~二十年,质量要求也较高, 要求长期技术服务支持,设计导入周期相对较长,应用领域则非常特定,作业环境也相当多元,并可能于严苛环境高温、低温、高震动与高尘环境下操作。

实际应用在如智能量表(Smart Meter)、测量仪器、售票机、工厂自动化、工业计算机 / 笔电、POS 系统、健康照护装置、安控产品、自驾车与服务器等。 汽车导入智能化与发展自架系统是近年非常热门的领域,操作环境也与工业应用类似,包括车用影音、导航系统,资通讯系统、先进驾驶辅助系统(ADAS)、行车纪录器、数字仪表与自驾车(Autonomous Driving System) 等,都具备高度潜力。

整体而言,工业与汽车应用未来将持续发展,同时也带动 SSD 在这些领域的应用与成长。 林传生认为,SSD 有各种不同的规格、接口、容量、制程、操作需求等,工业与汽车应用在每个层次都要仔细定义,依照应用需求选定规格,并仔细调教,让整个系统的效能与稳定性都达到标准,须注意的细节比消费性应用来的琐碎与严谨。

利基型应用关键在满足特殊需求
工业应用除了市场需求大,对于技术、稳定性的要求也较高,宜鼎国际工控 Flash 事业处副理林晨欢(图 4)说,相较于消费性应用,工业应用的 Flash 导入新产品的技术会慢一点,工控的内存颗粒预计在 2018 年才会采用 3D TLC 的产品,至于四 cell 的 QLC 可能还要晚于消费性应用导入的 2020 年,大概一到二年的时间。

在工业应用的模块类型上, M.2 相较于标准的 SATA 的 SSD 构装类型,林晨欢认为,M.2 模块可以设计成较小的模块,对于物联网的应用非常便利,同时其透过 PCIe 接口,可以提供高带宽传输,另外也支持多重接口与应用,设计上非常弹性与便利,相信是未来工业应用的趋势之一。

在各式不同应用的需求上,林晨欢举例,服务器的应用需要长时间运作,因为有大量数据需求,所以通常需要小体积与高容量的解决方案,同时智能数据保留(Excellent Data Retention) 技术与更长的产品寿命是这类应用的需求重点。 在比较特别的航天与军事应用上,首要重点就是安全(Security),包括数据的安全抹写(Secure Erase),也就是将数据完全消除,终极的方式就是用高电压将数据彻底烧毁完全无法回复。 另外如保护涂层(Conformal Coating)与 100%数据完整性(Data Integrity)等,都是其特别的需求。