KIOXIA：Flash发展历程与E3.S接口趋势
KIOXIA：Flash发展历程与E3.S接口趋势
全文概述
KIOXIA自1987年发明NAND闪存以来，一直是全球领先的供应商，其产品覆盖广泛的应用场景，包括服务器、存储和超大规模数据中心。公司通过不断技术革新，例如3D闪存技术和BiCS FLASH™系列，保持了行业领先地位。特别是在推出E3.S小型形式因素SSD上，KIOXIA展现了其对优化企业级存储解决方案的承诺。
文中详细介绍了E3.S相较于传统2.5英寸SSD在性能提升、信号完整性改善、增加机柜密度以及优化热管理等方面的优势。通过这些优势，E3.S能够更好地支持高速接口（如PCIe 5.0），并预计将在未来的数据中心存储应用中取代2.5英寸SSD。此外，文章还展示了E3.S正在获得市场的认可，包括被多个OEM厂商集成到其高端服务器产品中，从而提高了系统的性能和密度。
KIOXIA 内存与闪存发展时间线
KIOXIA 作为一家存储技术公司，拥有丰富的创新历史，其主要里程碑包括：
- 在闪存技术（NAND和BiCS FLASH）方面，从1987年的NAND闪存发明到2023年开发218层BiCS FLASH™，展现了持续的技术突破。
- 在固态硬盘（SSD）领域，覆盖了从PATA SSDs到NVMe-oF SSDs的多个技术进步，并推动了企业级和数据中心级别存储的发展。
具体如下：
内存创新时间线
年份 | 事件 |
|---|---|
1987年 | 发明NAND闪存技术 |
1991年 | 开始生产NAND闪存 |
1992年 | 四日市工厂成立 |
2007年 | 宣布3D闪存技术 |
2016年 | 开始生产64层BiCS FLASH™ |
2017年 | 原型设计QLC BiCS FLASH™ |
2018年 | 四日市Fab 6投入运行；开始生产96层BiCS FLASH™ |
2020年 | 宣布112层BiCS FLASH™ |
2021年 | 宣布162层BiCS FLASH™ |
2022年 | 四日市Fab 7投入运行；开始建设北上工厂Fab 2 |
2023年 | 宣布218层BiCS FLASH™ |
SSD创新时间线
年份 | 事件 |
|---|---|
2001年 | 推出SLC PATA SSDs |
2010年 | 推出企业级SAS SSDs（6Gb/s） |
2012年 | 提供企业级MLC SAS SSDs（12Gb/s） |
2015年 | 推出NVMe单封装SSD |
2016年 | 宣布客户端SATA TLC SSDs |
2018年 | 推出原生NVMe-oF SSDs |
2020年 | 宣布24G SAS SSDs；推出OCP2 EDSFF E1.S SSDs |
2021年 | 推出数据中心PCIe 5.0 SSD；企业级PCIe 5.0 SSD |
2023年 | 与HPE合作，为其Spaceborne Computer-2提供支持 |
存储接口发展趋势
- 企业存储的外形规格（Form Factors）最初是为满足 HDD（机械硬盘）技术的需求而设计的。
- 只有在过去的二十年里，才引入了针对 SSD（固态硬盘）优化的外形规格。
- EDSFF 是专为企业存储和 SSD 技术需求而优化的一种规格。
**时间线与外形规格演化 **
1980年代（5.25英寸硬盘）
- 容量 100~1000 MB
- 重量 5~10磅
1990年代（3.5英寸硬盘）
- 容量 100~1000 GB
- 特点 至今仍适用于高达 20 TB 的数据存储需求。
2000年代（2.5英寸硬盘）
- 容量 100~1000 GB
- 特点 以小巧外形满足存储需求。
2010年代（M.2 硬盘）
- 特点 新型 SSD 外形规格开始流行。
2020年代（EDSFF 硬盘）
- 特点 为企业存储和 SSD 优化的外形规格正式引入。
图展示了存储设备外形规格的演变，从 1980 年代的笨重机械硬盘（5.25 英寸），逐步发展到小型化的 SSD（如 M.2 和 EDSFF）。过去几十年的关键变化反映了存储技术向高效、小型化和优化方向的转变，尤其是针对企业需求的改进。
E3.S 的重要性
1. 增强的机架密度（Increased Rack Density）
- 特点 E3.S 的厚度仅为 7.5 毫米，是标准 2.5 英寸驱动器的一半。
- 优势 机箱设计者可以安装两倍数量的存储插槽，从而提升性能和存储密度。
2. 热性能优化（Thermal Profile）
- 特点 E3.S 的更薄外形使机箱设计者有更多灵活性来优化气流。
- 优势 改善系统气流，提高散热效率。
3. 更好的性能（Better Performance）
- 特点 改进的信号完整性特性，支持更高频率接口（如 PCIe 5.0）。
- 优势 实现更高的性能。
4. 强大的信号完整性（Robust Signal Integrity）
- 特点 EDSFF 连接器的信号阻抗显著低于 SFF-8639。
- 优势 提高端到端信号完整性。
为什么新标准（如 EDSFF）要对比 SFF-8639？
在现代存储系统中，SFF-8639 已经表现出一定的局限性，EDSFF（如 E3.S）在其基础上进行了优化，包括信号完整性和性能改进：
- 信号完整性：
- SFF-8639 的信号阻抗较高，这会导致在高频率接口（如 PCIe 5.0）中，信号衰减更明显。
- EDSFF（如 E3.S）通过降低信号阻抗，提供了更稳定的端到端信号传输，从而在更高频率下保证性能。
- 散热与密度：
- SFF-8639 的设计并未优化散热能力，而 EDSFF 专注于高密度设备和气流管理，适合更高效的散热设计。
- 未来可扩展性：
- SFF-8639 更偏向于传统存储设备，而 EDSFF 是为数据中心下一代存储设备设计的，包括对 NVMe-oF 和 PCIe 5.0 的支持。
E3.S 市场占比
- 2.5 英寸规格的未来趋势：
- 2.5 英寸 SSD 仍将是一个普遍存在的通用价值规格。
- 但在 SSD 优化应用中，E3 预计将逐步取代其地位。
- PCIe 5.0 是首个转折点，PCIe 6.0 将加速这一过渡。
- E1 规格的应用
- E1 外形 SSD 正在高密度存储应用中逐步取代 M.2。
- 然而，M.2 仍然是消费级插槽的主流规格。
- E3.S 的重要性在于其对高性能和优化存储应用的适配，未来几年将加速侵蚀M.2和U.2/U.3的市场空间。
- 高密度存储应用中，E1 系列外形正在崛起，而 M.2 则持续在消费领域占据主导地位。
- PCIe 5.0 和 6.0 技术是推动市场变革的重要技术节点。
在企业或云数据中心，HDD作为大容量成熟解决方案，其对数据存储市场的贡献不容忽视。
硬件规格差异
特性 | HDD（机械硬盘） | SSD（固态硬盘） |
|---|---|---|
存储介质 | 磁性旋转盘片（机械） | NAND 闪存芯片（电子） |
速度 | 较慢（100MB/s - 200MB/s，依赖转速） | 较快（500MB/s - 7000MB/s，取决于接口） |
耐用性 | 机械部件易损坏 | 无机械部件，抗震性能更佳 |
功耗 | 高功耗 | 低功耗 |
容量 | 容量大（可达数十TB，价格低） | 容量较小（消费级通常为1~4TB） |
物理尺寸（Form Factor） | 通常为3.5英寸或2.5英寸 | 支持更小规格（如M.2、E1.S等） |
接口与协议差异
特性 | HDD（机械硬盘） | SSD（固态硬盘） |
|---|---|---|
接口 | 主要为 SATA 和 SAS | 支持 SATA、SAS 和 PCIe |
协议 | 使用 AHCI 协议（针对机械硬盘设计） | 支持 NVMe（针对闪存优化的协议） |
传输带宽 | SATA：6Gbps，SAS：12Gbps | PCIe 4.0：64Gbps，PCIe 5.0：128Gbps |
延迟 | 高延迟（机械旋转磁盘固有特性） | 极低延迟（微秒级） |
对接口的关键对比
- HDD 使用传统的 SATA 和 SAS 接口这些接口原本为机械硬盘设计，具备稳定性和兼容性，但带宽较低，限制了 SSD 的性能。
- SSD 倾向于 PCIe 接口和 NVMe 协议这些技术为固态存储优化，提供更高的带宽、更低的延迟。
OEM 厂商方案
1U/2U 服务器中使用E3.S接口替换，因有效空间的增加，不同程度增加了存储的总容量。
E3.S 接口SSD
- E3.S Enterprise NVMe SSDs专注高性能和高可靠性场景，适用于需要卓越性能的应用，如 AI 和 HPC。
- E3.S Data Center NVMe SSDs强调性价比，适合数据中心和云计算环境，支持高效随机性能操作。
扩展阅读
KIOXIA 官网[1]提供更多内存与闪存的阅读材料。
- https://apac.kioxia.com/en-apac/business/ssd/solution/edsff.html ↩
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