现在和未来,物联网都是大数据的主要来源,而 5G 必将全面激发物联网的潜力,不仅带来数据体量的提升,同时也将促使车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、无人机等新型应用创造新的数据维度。5G 元年之后,有一个问题我们不得不去思考,那就是数据如何存储?

 

统计数据显示,至 2020 年结束全球数据总量将达到 44ZB,在 5G、AI 等新兴技术的加持下,到 2025 年全球数据总量将达到 175ZB,增长三倍以上。美光科技移动产品事业部市场副总裁 Christopher Moore 在接受与非网采访时表示,美光将 5G 视为一种颠覆性技术。“5G 将以多种方式影响消费者和企业,包括手机、自动驾驶、无人工厂、AR/VR、智能边缘、人工智能,甚至是我们从未想象过的事物。这些都是我们关注的重要领域,我们的内存和存储产品是适合为整个 5G 应用提供支持的核心技术,因为最终它们都离不开数据。”

 

 

美光科技移动产品事业部市场副总裁 Christopher Moore

 

作为全球领先的存储产品制造商,美光将 5G 时代定义为存储的黄金时代。Christopher Moore 指出:“当今与日俱增的数据量使我们的内存和存储产品进入黄金时代。需求从未如此旺盛。我们率先为客户开发新的解决方案,使其从这些数据中获得更多的价值。”

 

DRAM 和 NAND 仍将是 5G 时代的“常青树”


业界对“4G 改变生活,5G 改变社会”这样的观点,最开始是嗤之以鼻的,然而在体验过 5G 更高网速,看到过 5G 在处理大量设备的优异表现和潜力之后,这个观点已经成为共识。

 

5G 数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络,最高可达 10Gbit/s,比当前的有线互联网要快,比 4GLTE 蜂窝网络快 100 倍;5G 有更低的网络延迟,更快的响应时间,低于 1 毫秒,而 4G 为 30-70 毫秒;同时,5G 具有超大网络容量,提供千亿设备的连接能力,满足物联网通信。

 

Christopher Moore 认为,5G 最关键的特性是大大缩短延迟。“对于路径上的每个计算、通信和内存 / 存储设备而言,满足这种端到端的延迟需求是一个巨大挑战。延迟需要提升一个数量级。以前是 1 秒,现在是 1 毫秒(ms)。以前是 1 毫秒,现在是 1 微秒(μs)。”

 

Christopher Moore 补充道,5G 网络的部署是智能边缘的关键使能因素——在不断增长的互联系统和设备中,被分析和汇总数据需要靠近捕获数据的地方。由于在低时延下有更多的数据带宽可供更多的设备使用,所以在智能设备之间、基础设施与智能设备之间可以进行更多的自主协调。1 毫秒的时延很重要,因为这可以实现在整个网络上的实时控制,从而消除了操作远程设备时的“视频卡顿”。

 

更大的数据规模,更低的延迟要求,5G 所赋能的各个应用都给存储产品提出了更高的要求。我们从采访中获悉,美光正在研究内存和存储领域的所有新技术应对这一新挑战,目标是通过在系统、操作系统和应用级别上引入与行业拐点相匹配的新技术。但 Christopher Moore 表示:“我们的研究(如下图所示)表明,DRAM 最适合低延迟易失性应用。NAND 最适合密集型高性能存储,尤其是业界在同时投资 TLC 和 QLC 的情况下。通过创新研发和大量的资本投资,未来十年,DRAM 和 NAND 将继续在层次结构的‘顶部’和‘底部’发挥作用。3DXPoint 技术跨入了非易失性能领域,从而在内存层次结构中开辟了新的一层。业界正在(使用称为 PMEM.IO 的东西)编写新的操作系统,以利用这一层,新的应用程序也正在编写,以便直接与该层(称为 DAX)进行对话。这些新的操作系统和应用程序将优化他们在 DRAM、NAND 和 3DXPoint 技术中的数据放置,满足 5G 带来的新应用需求。”

 


美光对各种存储技术的研究和对比

 

在 5G 推进的过程中,新兴存储技术确实时常出现,不过 Christopher Moore 认为新技术的应用还需要时间去验证。“就新兴技术而言,RRAM 是一种有趣的具有较低延迟的块存储技术,其高密度带来的经济性是否会促进大面积的市场部署还有待观察。STTRAM 是另一种新技术,但与 DRAM 相比,其延迟和能耗略高,可擦写次数较低,并且在密度方面存在实施挑战。STTRAM 具有易于与逻辑半导体工艺集成的优势。Logic+STTRAM 在业界的应用也还有待观察。新兴内存技术的研究和创新是令人兴奋的,但是要赶超 DRAM 和 NAND 还需要一段时间。”他对此讲到。

 

AI 和边缘计算的魅力无限


5G 时代,我们看到了 5G 和 AI 更紧密的结合。过往我们虽然知道两者都是能够改变时代的颠覆性技术,但更多是分开去讨论。现在我们知道围绕 5G 和 AI 会有非常大的创新空间,大量的行业、企业都会逐渐参与到这些创新中,这个过程会产生一个庞大的价值空间,而基于这个价值空间可以承载诸多产业生态。

 

Christopher Moore 指出:“我们发现最令人兴奋的领域是 AI。借助 5G,我们的设备能够即时处理 AI 任务所需的所有数据,使智能触手可及。在这里,内存和处理需求将发生变化,AI 应用将需要比现在更多的内存、存储和更快的速度,以适应 5G 带来的指数级增长的数据量。”

 

业界习惯将大数据归纳为 4 个维度,也就是 4 个“V”——Volume(大量)、Variety(多样)、Velocity(高速)、Value(价值)。前三个是特性,最后一个如其名,就是价值。5G 和 AI 的结合将彻底激发数据大爆炸,如何让 5G 时代的大数据实现价值,Christopher Moore 认为这正是美光的用武之地。

 

 

“美光技术将 3DNAND 的优点(高数据存储容量)和 DRAM 最突出的特性(超快速处理)结合起来实现 AI。这只是我们支持新兴 5G 应用的一个例子,我们还在探索更多。”他讲到,“对我来说,更令人兴奋的是我们还没看到的东西。我经常想到大学生坐在他或她的宿舍里编写一个新的应用程序,从而将如今的硬件推向极限。想象一下,大学生发明了下一种视频聊天、社交网络或电子商务模式,在几年前我们还无法想象,但如今我们却司空见惯。因此,当你问及 5G 以及移动内存和存储的未来时,我会感到非常兴奋。这就是为什么我每天都在工作,为构建实现未来的平台而努力。这个平台需要什么?1TB 的 UFS4.0 超高速存储?24GBLPDDR5x 内存?新的内存和存储技术?以 5G 为代表的颠覆性技术推动了这些创新。”

 

在此,他特别强调了近来的“科技红人”——LPDDR5。“我们相信 5G、人工智能和 LPDDR5 是三项使能技术,它们的融合对于消费者和社会来说恰逢其时。AI 在手机中已经很普遍,主要用于图像处理和相机功能。AI 处理需要非常快速地完成高度并行的数学计算,这非常适合 LPDDR5,因为它具有高速度和低功耗的特点。随着 5G 在中国乃至世界范围内成为标准,我们将看到更多应用通过超低延迟网络模糊了云与边缘设备之间的界限。同样,它们非常适合 LPDDR5 及其 6.4Gbps 的数据传输速度。LPDDR5 的另一个强项是,它能节省这些计算密集型设备的耗电。这不仅是由于它具有更低的组件功耗,还因为它有更高的传输速度,可以更快地将数据发送到应用处理器,从而使系统能够更快地进行计算并更频繁地进入睡眠模式。这三种技术的结合创造了一个令人惊叹的网络和硬件平台,让富有创造力的人们发明出我们从未想象过的应用。”Christopher Moore 表示。

 

我们刚刚提到了 5G 和 AI 将催生一个巨大的价值空间,而具体的实现过程中,边缘计算或者说是边缘智能化将会是主要的实现方式。在此框架下,将低时延业务、局域性数据、低价值量数据等数据在边缘端进行处理和传输,不需要通过传输网返回核心网,进而降低时延、减少回传压力、提升用户体验。“边缘计算无疑会给内存和存储带来巨大的影响,因为连接 5G 的边缘设备和物联网需要强大的计算能力,而这种能力过去只属于服务器、PC 和智能手机。”Christopher Moore 如此描述边缘计算对存储产品的影响。

 

在此,他列举了美光为应对边缘计算所采用的一系列措施:

在美光,我们通过为网络边缘提供可扩展的、高带宽、低延迟的存储和内存来解决这个问题。我们从 5G 的爆炸性发展中看到,这是在边缘设备中进行实时分析和处理以及处理快速增长的数据量所必需的。5G 和边缘计算的另一个挑战一定是功耗,研究表明 5G 基础架构与 4G 相比需要更多的电量,并且预测到 2030 年,信息和通信技术将消耗全球总能耗的 20%。因此,确保 5G 生态系统的各个层面从一开始就在其基础架构中进行能效设计是至关重要的。

 

在美光,我们一直在不断创新,以提高产品的能效、性能和速度,我们相信这些特性是密切相关的。一个例子是我们的低功耗 DDR5 DRAM。我们与小米合作,在其新的小米 10 智能手机中集成了这项技术。与前几代产品相比,LPDDR5 的能效提高了 20%以上,数据访问速度提高了 50%,使 5G 智能手机能够以高达 6.4Gbps 的峰值速度处理数据,这对于解决 5G 数据瓶颈至关重要。该功能非常适合边缘的其他设备,例如,帮助自动驾驶汽车在边缘实时计算和处理数据。还需要注意的是,边缘计算本身可以节省能源,因为在边缘进行数据处理,无需将数据发送回数百英里之外的数据中心,从而减少了能耗。

 

就安全性而言,随着边缘技术的兴起,在数据的生成位置对数据进行精确地保护非常关键。更具体地说,就是将安全性直接嵌入闪存硬件中,在系统级保护数据。我们通过独有的 AuthentaTM 技术解决这个问题。这项技术通过基于硬件的信任根为边缘设备提供芯片级安全性,保护 5G 设备免受未经授权的访问和恶意软件的侵害。这种芯片级的安全性非常重要,因为如今,闪存已成为许多黑客创建高级持续性威胁的目标,这些黑客威胁可以伪装自己,逃离高级别代码的攻击。通过在内存中移动基本的安全原语,让保护存储在内存中的代码和数据的完整性变得更加简单。

 

5G 时代,变革的不仅是手机


上面的文字中,我们更多是从技术层面分析了 5G 对于存储产品的影响,下面我们转移视角到市场应用层面。从 1G 到 4G,主要解决的是人与人之间的沟通,而 5G 将解决人与物、物与物之间的沟通,成为物联网时代的钥匙。在这个过程中,5G 引爆的热门应用将覆盖人们生活的方方面面。

 

对于手机产品而言,5G 将会让手机各项性能都大大提升,而背后的数据产生、处理和储存会给存储产品带来极大的挑战。Christopher Moore 指出:“5G 手机的娱乐需求、社交需求、系统需求和拍摄需求都需要更高的系统容量,12GB LPDDR5DRAM 和 256GB UFS3.1NAND 是全性能手机的最低要求,这些产品现已以分立封装的形式上市。我们目前正在对我们的多芯片封装 uMCP 12GB LPDDR5+256GB UFS3.1NAND 进行出样,让中低成本手机也能够拥有这些功能。”

 

他用具体的例子进行了解释,“5G 将在手机上实现前所未有的游戏体验,这需要更多的 DRAM。下载整部高清电影并传输到电视需要更多 NAND 存储。5G 将使未来的视频流更加身临其境,使用户可以实时选择摄像机角度和其他内容,再次推动了对更多 DRAM 的需求。使用 108MP+摄像机并录制 8K 视频内容,在社交媒体上与朋友共享,这既需要大量的 DRAM 对数据进行编码,也需要大量的 NAND 保存数据以便以后共享。”

 

5G 改变的不仅是手机,在探讨 5G 应用场景的时候,人们总是喜欢分为 eMBB(增强移动宽带)、uRLLC(高可靠低时延连接)和 mMTC(海量物联),而在这个“铁三角”下有众多应用,包括自动驾驶、智能家居、智慧医疗、智能制造等等。因此,在非手机应用场景中,5G 引发的大数据的 4V 特性会更加凸显,这对存储产品而言是不小的挑战,也是必须要把握的机遇。这部分我们分场景来看:

 

- 无人工厂
目前 COVID-19 的疫情让无人工厂应用在全世界广泛开展,那么我们现在就不会面临全球工厂关闭和供应链中断。5G 对于无人工厂应用绝对是关键性的,想象一下,一名操作工业机械的工厂工人而言,滞后有多危险。

 

5G 在这里至关重要,因为 5G 能让更多的机器实现互连,原因有以下三个:
·超低延迟,远低于 4G(1ms 对 10ms)
·每平方公里的连接增加 10 倍(100 万对 10 万)
·数据速率提高 20 倍(20Gb/s 和 1Gb/s)

 

在低延迟下,可以有更多设备使用更大的数据带宽,所以智能设备之间以及基础设施与智能设备之间可以有更多的自主协作。

 

- 远程手术
疫情期间,如果远程外科手术已经被广泛应用,那么我们就不必像现在这样,让医生和其他疾病患者面临感染这种疾病或推迟手术的风险。远程医疗现在已经可以通过 5G 网络实现,在 2019 年有了多次演示。一家医院的医生可以通过实时操作联网手术工具而为几百英里之外的另一家医院的病人进行手术。另一项创新是通过网络远程监控机器人外科医生。通过这些手段,医生可以更有效地治疗众多患者,将他们的专业技能扩展到更广泛的地区,并使更多的人可以接受手术治疗,挽救生命。

 

-AR/VR
Christopher Moore:据我所知,当今最流行的 AR/VR 应用是游戏。当然,我的孩子每天都在玩 Pokémon Go!但是,借助 5G 提供的超低延迟,会出现更多的企业级应用。在当前的 COVID-19 环境中,很明显,我们迫切需要远程教育、远程医生操作,甚至需要远程机械师帮助修车。这些概念与人工智能的结合更加令人兴奋。想象一下,一个四岁的孩子坐在虚拟教室里跟一位为他 / 她专设的基于 AI 的老师学习阅读,而课程是老师为孩子量身定制的?这个场景变成现实已经不远了。

 

 

虚拟现实(VR)已成为真正的现实,而 5G 更将其提升到一个全新的高度。5G 的低时延和快速数据传输速率可实现无时延的逼真体验,即使在转头时也不会卡顿。现在,您可以虚拟性地坐在身在异国的好友旁边,和他 / 她一起观看你们最喜欢的球队的比赛,如同亲临现场。您可以宅在家中惬意地参观梵蒂冈博物馆。即使您不会游泳,也可以乘独木舟沿着亚马逊河旅行!

 

- 无人机灭火
美国国家公园管理局已经开始使用无人机来帮助扑灭野火。一旦 5G 网络部署到位,无人机就可以为搜救任务提供实时反馈。它们可以通过每秒多次测量风速和温度,从而实时提供野火如何蔓延的信息。通过运行机器学习算法来汇总这些信息并提供最佳响应,这将改变灭火的游戏规则。

 

5G 元年之后,所有这些应用都将会在我们的生活中从概念走向现实,最终完成普及,成为人们生活中的重要一环,亦如手机、汽车等。Christopher Moore 指出,美光将采用丰富的解决方案助力这些智能边缘设备的快速发展。“美光的解决方案可以在边缘捕获数据并将其汇总到附近的存储节点中。美光的图形 DRAM 通过快速传递大量数据,使逼真的虚拟现实体验成为可能。美光的低功耗 DRAM(LPDRAM)解决方案是最适合那些最看重电池续航能力的小型设备。美光的托管 NAND 解决方案为代码和数据提供了紧凑的非易失性存储。美光的固态硬盘(SSD)具有高容量和出色的性能,可进行汇总数据分析。美光的深度学习加速器(DLA)平台提供了一个易用的推理引擎,能够以较低的功耗在边缘进行深度学习。”他讲到。

 

从市场应用的角度来看,中国市场是领先的、巨大的。根据中国产业信息研究院给出的数据,预计 2025 年全球 5G 连接数为 13.6 亿,渗透率 14%,其中中国 5G 连接量预计为 4.54 亿,渗透率预计在 30%左右。如果单纯看手机市场,中国到 2025 年 5G 手机的渗透率将达到 60%。应用带动产品,因此中国市场对于非常看重 5G 的美光而言,重要性是不言而喻的。对于中国的 5G 市场,Christopher Moore 给出了这样的分析:全球排名前六位的手机制造商中有四家在中国,并且他们还在不断扩大自己在全球的市场份额。随着 5G 在中国的快速部署,这些 OEM 厂商正在采用更具差异化的解决方案,从而在 5G 市场中赢得竞争力。他们正通过采用更高的产品规格来实现更出色的用户体验,如高分辨率相机和显示器,以及数据密集型应用程序等,这些都需要更多、更快的内存和存储,同时具有更低功耗和更小封装尺寸,而这正是美光所长。中国的移动市场正处在令人兴奋的发展阶段,我们在这里看到了巨大商机。

 

他表示:“在过去的两年中,美光科技真正致力于与存储和内存业务一起拓展我们在中国的移动业务。例如,我们已经扩展了产品线,包括多芯片封装(MCP)产品,以更好地满足中国手机制造商的独特需求。此外,由于美光的客户正在为中国的 5G 建设提供支持,因此,中国运营商的 5G 部署也为美光提供了不断增长的巨大商机。我们将继续寻找适当的机会加速内存和存储的增长,最大程度地满足中国市场的需求。”

 

美光就是数据所在的地方


在受访中 Christopher Moore 讲到了这样一句话:美光就是数据所在的地方(Micron is where the data lives)

 

这句话的背后不光光是产品形态的创新,在产品工艺上美光同样起到了带动作用。2019 年 8 月,美光宣布将开始使用 1Z 纳米工艺进行 DRAM 颗粒的生产。“解决大型数据集问题和 5G 近乎即时响应的需求给底层硬件带来了巨大压力,必须确保即使在最繁重的使用条件下也不会损失性能。作为第一个在 1Z 节点上量产的供应商,当我们考虑这项领先技术所带来的回报时,这是一个关键点。我们也已开始对基于 1Z 制程的 DDR5 进行出样,为实现 5G 的下一代以及更先进的技术奠定关键基础。DDR5 特别适合处理来自快速扩展的数据集和数据密集型应用中的高级数据中心工作负载,它将内存性能提高了 85%以上,并且提供现代数据中心需要的更高的可靠性、可用性和可维护性。”

 

就像有人的地方就有江湖一样,有数据的地方就会有存储,5G 元年之后便是存储的黄金时代。