Bilan du Flash Memory Summit 2018 : SSD QLC, 4D NAND, MRAM et Xtacking

Samsung était l'un des premiers à dégainer avec « le lancement de la production de masse des premiers SSD grand public de l'industrie avec quatre bits par cellule », d'une capacité de 4 To pour commencer. Il dispose de 32 puces d'une capacité de 1 Tb (128 Go) chacune, dont la finesse de gravure n'est pas précisée. 

Il s'agit de V-NAND QLC (Quad Level Cell), avec 4 bits par cellules et 64 couches (V-NAND est le nom commercial de la 3D NAND chez Samsung). Pour rappel, il existe également des puces TLC (Triple Level Cell) avec trois bits par cellule, contre deux pour les MLC (Multi Level Cell) et un seul pour les SLC (Single Level Cell). 

Cette technologie QLC n'a rien de nouveau puisqu'on en parle depuis des années ; SanDisk (qui appartient à Western Digital) avait même annoncé des cartes mémoires QLC en... 2009. Mais depuis quelques mois, tout s'accélère chez les fabricants, qui multiplient les annonces. L'année dernière par exemple, Western Digital et Toshiba se livraient une bataille de communiqués de presse autour de la production de « la première mémoire flash 3D QLC du monde ».

Il faudra attendre début 2018 pour qu'Intel-Micron se lance également dans l'aventure avec « la production et l'expédition de 3D NAND [64 couches] avec 4 bits par cellules, une première dans l'industrie ». Dans la foulée, Micron annonçait son SSD 5210 ION, justement avec cette 3D NAND QLC, mais disponible uniquement pour certains partenaires du fabricant. Il sera proposé plus largement à partir de cet automne. 

Jusqu'à 540 Mo/s... mais une garantie de trois ans seulement

Samsung affirme que son SSD QLC propose les mêmes performances qu'un SSD TLC. Il est ainsi capable de grimper jusqu'à 540 Mo/s en lecture et 520 Mo/s en écriture, notamment grâce à la technologie TurboWrite. Pour rappel, celle-ci permet d'utiliser les puces de NAND comme de la SLC afin d'augmenter les débits... à condition que suffisamment d'espace libre soit disponible sur le SSD. Les débits sans cette technologie ne sont pas précisés. 

Le fabricant ne donne aucune indication sur l'endurance ou le prix, dommage. Il précise que la garantie est de trois ans, un cran en retrait par rapport aux autres SSD de la marque qui bénéficient généralement de cinq à dix ans. Le constructeur prévoit de lancer « plusieurs » autres SSD avec des puces de NAND QLC plus tard cette année, avec des capacités de 1, 2 et 4 To, toujours dans le format de 2,5 pouces.

Il est également question de SSD M.2 NVMe pour les entreprises, et de nouvelles puces de V-NAND QLC de cinquième génération... dont nous ne savons rien pour le moment.

Intel présente le SSD « le plus dense au monde »

À première vue, le nouveau DC P4500 n'est pas sans rappeler une règle d'écolier de 30 cm (sur 3,8 cm de large et moins de 1 cm de hauteur). Il s'agit néanmoins d'un SSD de 32 To avec des puces de 3D NAND sur 64 couches. Il est au format EDSFF, ou Enterprise & Datacenter Storage Form Factors, dont les caractéristiques techniques sont détaillées par ici.

Pour rappel, Samsung développe aussi son propre format de SSD « réglette » (ou ruler) : NGSFF, ou Next Generation Small Form Factor, présenté au Flash Memory Summit de l'année dernière. Les derniers représentants sont les SSD NF1 NVMe de 8 To, exploitant de la V-NAND TLC.

Nous n'avons par contre pas plus de détails concernant le DC P4500 d'Intel, celui-ci n'étant pas encore référencé à la date dédiée sur cette série de SSD.

Le fondeur explique qu'avec 32 SSD DC P4500 de 32 To, il est possible d'atteindre le Po dans un format 1U seulement. Pour Wayne Allen, responsable du stockage pour les datacenters chez Intel, ce format EDSFF permet de réduire les besoins en refroidissement et d'optimiser l'agencement dans un serveur.

Marvell mise également sur ce format et profitait du Flash Memory Summit pour présenter un design de référence comprenant une carte EDSFF et des contrôleurs 88SS1088 ou 88SS1098. Jusqu'à 32 To de stockage peuvent être installés sur la carte, avec des puces SLC, MLC, TLC ou QLC. Les débits peuvent atteindre 3,6 Go/s et 700 000 IOPS.

Des SSD QLC aussi chez Intel : les 660p, avec une endurance de 200 TBW...

Intel profite également du Flash Memory Summit pour annoncer deux nouvelles séries de SSD exploitant des puces de 3D NAND QLC (quatre bits par cellule) : les 660p et le D5-P4320. Commençons avec les 660p (une évolution des 600p en TLC), destinés au grand public. Ils sont au format M.2 (2280) et disposent d'une interface NVMe PCIe 3.0 x4.

Ils sont disponibles en version de 512 Go à 2 To (contre 1 To maximum pour les 600p), avec des débits pouvant atteindre 1,8 Go/s en lecture et en écriture (le 600p ne dépasse pas 560 Mo/s en écriture), pour un maximum de 220 000 IOPS (155 000 pour les 600p). Tous les détails sont disponibles par ici.

L'endurance des 660p est de 200 TBW (Terabytes Written), soit une capacité à supporter 200 To en écriture durant toute sa vie, pour les versions de 1 et 2 To, contre 100 TBW pour celle de 512 Go. Comparé aux 600p, la chute est importante puisque le 600p de 1 To est à 567 TBW, contre 288 TBW pour celui de 512 Go. Les SSD 660p avec la NAND QLC sont donc près de trois fois moins endurants que les 600p en TLC, selon les chiffres d'Intel.

Les tarifs débutent à 99 dollars pour la version de 512 Go et grimpent jusqu'à 399 dollars pour 2 To. C'est largement moins que les 600p à leur lancement : 189 dollars pour 512 Go (il était par contre vendu 140 euros durant les soldes de cet été) et 359 dollars pour 1 To. Dans tous les cas, la garantie est de cinq ans. C'est donc plus que Samsung avec trois ans seulement pour ses SSD QLC.

Plusieurs de nos confrères ont d'ores et déjà testé les SSD 660p d'Intel, permettant ainsi de se faire une idée plus précise : AnandTech, HotHardware, StorageReview, Tom's Hardware et TweakTown pour ne citer qu'eux.

...et les SSD D5-P4320 pour les datacenters

Intel dévoile également son SSD D5-P4320 (QLC) de 7,68 To, cette fois pensé pour les datacenters. Il est au format U.2 (interface NVMe PCIe 3.1 x4) avec des débits de 3,2 Go/s en lecture et de 1 Go/s en écriture. L'endurance est plus élevée que sur les 660p et varie entre 0,2 et 0,9 DWPD (Disk Write Per Day) suivant l'utilisation, soit entre 2 800 et 12 600 To en écriture sur cinq ans.

Plus tard dans l'année, le D5-P4320 sera épaulé par le D5-P4326 de 16 ou 32 To. Il sera disponible dans deux formats : U.2 et EDSFF.

Les plus attentifs auront certainement remarqué le changement dans la dénomination des SSD pour les datacenters, avec « D5 » devant la référence et non plus « DC ». Nos confrères d'AnandTech expliquent qu'il s'agit de coller à celle utilisée pour les processeurs (Core i3/i5/i7).

Il y aura donc des SSD D1 et D3 dans l'entrée de gamme, D5 avec de la NAND QLC dans le milieu de gamme et D7 pour le haut de gamme en NVMe/PCIe. Enfin, tout en haut du panier nous retrouvons les Optane DC SSD.

XL-Flash et QLC en approche chez Toshiba

Toshiba était également à Santa Clara pour deux annonces importantes. La première sur la NAND QLC avec 96 couches (BiCS de 4e génération) : la production débutera l'année prochaine, avec des puces de 1,33 Tb, de quoi proposer des SSD M.2 (22110) de 20 To et des U.2 de 85 To selon le fabricant.

La seconde sur sa XL-Flash, des puces de 3D NAND avec une latence divisée par 10 par rapport à la TLC traditionnelle, du moins selon les affirmations de Toshiba. Elles sont fabriquées avec le même procédé que la NAND 3D BiCS4 à 96 couches, mais avec des liaisons internes plus petites et un agencement différent explique AnandTech.

Il devrait s'agir de SLC dans un premier temps, mais de la MLC pourrait aussi arriver par la suite. Pas plus de détails pour l'instant, mais la concurrence sera rude, notamment les Z-SSD de Samsung et Optane d'Intel. 

Xtacking chez YMT : deux wafers en sandwich pour de la 3D NAND plus rapide

Yangtze Memory Technology (YMT) est une jeune société fondée en 2016. Elle se définit comme « un nouvel acteur de l'industrie NAND » et compte dans ses rangs des soutiens de poids ayant investi pas moins de 24 milliards de dollars (américains), dont Tsinghua Unigroup – une entreprise d'État chinoise associée à l'université Tsinghua de Pékin – et le National IC Investment Fund (ou Big Fund).

Au Flash Memory Summit, la société dévoile sa technologie Xtacking pour fabriquer des puces de NAND. Pour faire simple, elle utilise deux wafers à la place d'un seul. Le premier comprend le circuit logique, le second les cellules pour stocker les informations.

Les deux moitiés sont ensuite assemblées grâce à des « VIA » (Vertical Interconnect Access). Ce procédé n'est pas sans rappeler le CMOS under Array utilisé par Micron et Intel pour leurs puces de 3D NAND, aussi bien en TLC que QLC. Il permet lui aussi de placer la partie logique sous la mémoire, et pas à côté.

Quoi qu'il en soit, le fabricant annonce « des performances d'entrée/sorties sans précédent, une densité de bits supérieure et un délai de mise sur le marché plus rapide ». Le PDG de la société donne un exemple, qu'il faudra pour le moment croire sur parole : « À l’heure actuelle, la vitesse d’E/S de la 3D NAND la plus rapide au monde est de 1,4 Gb/s alors que la majorité du secteur est à 1 Gb/s ou moins. Avec notre technologie Xtacking, il est possible que la vitesse des NAND atteigne 3,0 Gb/s, ce qui est similaire à la vitesse de la DDR4 ». 

Toujours selon YMT, la hausse des coûts de production serait « limitée », notamment grâce à une augmentation de la densité. Cette année, le fabricant a développé sa 3D NAND de seconde génération exploitant Xtacking, et il prévoit de lancer la production de masse l'année prochaine. Il sera alors temps de faire le point sur cette technologie prometteuse... sur le papier pour le moment.

Everspin et IBM : des SSD de 4,8 à 19 To avec de la MRAM

Avant d'évoquer le nouveau SSD d'IBM, commençons par un rappel : la DRAM (Dynamic Random Access Memory) utilise de minuscules condensateurs pour stocker de l'énergie. Elle est largement utilisée comme mémoire cache pour les SSD, mais ce n'est pas la seule solution existant sur le marché. Everspin travaille ainsi sur de la MRAM (Magnetic Random Access Memory), ayant l'avantage d'être non volatile : elle conserve ses données sans alimentation.

Everspin propose déjà des puces de 256 Mb (STT-MRAM) en 40 nm et devrait pousser jusqu'à 1 Gb d'ici la fin de l'année. Lors de sa conférence de presse, GlobalFoundries a indiqué avoir passé un accord avec Everspin pour produire de la MRAM en 22 nm durant le 1er trimestre de 2019.

IBM exploite justement de la MRAM dans ses nouvelles unités de stockage FlashCore au format U.2, car elles permettent de sauvegarder les données en cas de coupure de courant. Des SSD d'une capacité de 4,8 To, 9,6 To et 19,2 To sont évoqués par le constructeur, mais la MRAM ne sert ici que de cache, pas pour le stockage des données.

Il s'agit d'une première percée importante pour la MRAM, mais sur des unités de stockage haut de gamme pour le moment, et pour répondre à des besoins spécifiques.

Vous en aviez rêvé ? Voici la 4D NAND chez SK Hynix

Intel, Micron et Yangtze Memory Technology ne sont pas le seul à miser sur ce genre de solution. SK Hynix s'y intéresse également avec la... « PUC » (ou Peri Under Cell), comme le rapporte AnandTech. À l'instar de Xtacking, il s'agit de placer la partie logique sous la matrice de mémoire. Le fabricant va même jusqu'à parler de « 4D NAND » (sic) dans sa présentation. 

SK Hynix présente sa première puce avec 96 couches et une capacité de 512 Gb (64 Go). Ses mensurations sont de 11,5 x 13 mm et elle sera disponible durant le dernier trimestre de cette année. Les débits sont de 1,2 Gb/s par broche, ce qui est largement en dessous des promesses de YMT (3 Gb/s pour rappel). Une version de 1 Tb est prévue pour le début de l'année prochaine. Les débits sont les mêmes, mais l'encombrement est un peu plus important avec 16 x 20 mm. 

Par rapport aux puces 3D NAND de la génération précédente (avec 76 couches), le fabricant annonce une hausse des performances en écriture de 30 % et de 25 % en lecture, tout en ayant un encombrement en baisse de 30 %. SK Hynix prévoit ensuite de passer à 128 couches, puis à plus de 200 et enfin dépasser les 500... mais sans donner le moindre calendrier. 

Seagate : des SSD Nytro avec une technologie « unique »... DuraWrite

Lors du Flash Memory Summit, Seagate a dévoilé une nouvelle série de SSD Nytro : les 1351 et 1551. Autant le dire de suite, ils n'ont rien d'exceptionnel avec leur interface SATA 6 Gb/s, leurs débits de 560 Mo/s en lecture et 535 Mo/s en écriture ainsi que leurs IOPS de 94 000 et 55 000 au maximum.

Les premiers ont une endurance de 435 To en écriture pour le modèle de 240 Go, et jusqu'à 7 000 To pour la version de 3,84 To. Elle est doublée pour les Nytro 1551. Dans tous les cas, la garantie est de cinq ans et tous les détails techniques se trouvent par ici.

Le fabricant explique que ses SSD exploitent une technologie « unique de réduction des données sans perte » baptisée DuraWrite : elle « compresse les données transitant par le contrôleur, développé en interne par Seagate ». Le responsable marketing des SSD pour entreprise, Yev Koup, affirme même qu'« aucune autre entreprise n'offre ce type de technologie ».

Problème, on retrouve ce nom DuraWrite (avec la même finalité) dans les contrôleurs SandForce des années 2012/2014 et dans pléthore de SSD de l'époque. Nous avons contacté Seagate pour avoir des précisions sur ce point, sans réponse pour le moment.

SiliconMotion : un contrôleur pour NAND TLC/QLC, compatibles NVMe et Open Channel

Enfin, signalons l'arrivée d'un nouveau contrôleur chez SiliconMotion : le SM2270. Il exploite une interface PCIe 3.0 x8 et supporte 16 canaux de 3D NAND, aussi bien en TLC qu'en QLC. Il prend en charge la norme NVMe 1.3 ainsi que l'implémentation Open-Channel. Dans ce dernier cas, c'est l'hôte qui se charge de gérer les canaux du SSD, pas le contrôleur interne.

Le fabricant annonce jusqu'à 3,2 Go/s en lecture et 2,8 Go/s en écriture, pour respectivement 800 000 et 200 000 IOPS, mais cela dépend évidemment des puces de NAND utilisées. Les SSD peuvent avoir une capacité maximale de 16 To. Des protections de données sont de la partie, dont Power Loss Protection et NANDXtend de 6e génération.

OpenFlex chez Western Digital 

Western Digital se concentre cette année sur les sociétés ayant de gros besoins sur des cloud privé et/ou public. Le fabricant annonce en effet OpenFlex : « un ensemble ouvert de normes, d’architectures et de produits ». Le but est de pouvoir ajouter rapidement à un système existant des ressources supplémentaires en calcul, capacité réseau et/ou stockage.

Dans ce dernier cas, le fabricant se base sur la technologie NVMf (NVMe Over Fabrics) permettant de faire transiter des données via des réseaux InfiniBand ou Converged Ethernet (RDMA). Selon Western Digital, « il n'y a virtuellement pas de limite au nombre de serveurs pouvant partager du stockage NVMf ou le nombre de périphériques de stockage NVMf pouvant être partagés ». De plus amples informations sont disponibles dans ce document technique.

Le fabricant met en avant plusieurs points pour vanter son architecture OpenFlex. Il s'agit déjà d'un format ouvert dès sa conception : « Tout client, fournisseur ou partenaire pourra facilement tirer parti de cette architecture ». Il mettra d'ailleurs à disposition de la communauté sa couche d'orchestration logicielle, l'API KingFish.

OpenFlex se veut évolutif : « Chaque ressource doit pouvoir évoluer indépendamment et les environnements peuvent être composés au niveau du rack, pour être fédérés sur plusieurs structures ou sites ». Enfin, Western Digital annonce une « désagrégation du matériel physique en pools de ressources », pour une orchestration à la demande. 

Toujours dans l'idée d'une ouverture, les « caractéristiques matérielles clés » seront mises à disposition de la communauté, permettant à des tiers de proposer des solutions maison, en plus de la ligne de produits Western Digital annoncée en même temps qu'OpenFlex.

Nous avons pour commencer l'OpenFlex F3000 Series Fabric Device, une unité de stockage pouvant atteindre 61 To avec deux liens Ethernet à 50 Gb/s (via deux prises QSFP28). L'OpenFlex E3000 Series Fabric Enclosure est un boîtier au format 3U pouvant accueillir 10 unités F3000. Les deux produits seront disponibles durant le quatrième trimestre.

Enfin, l'OpenFlex D3000 Series Fabric Device est au format 1U et propose jusqu'à 168 To de stockage, avec deux liens 25 Gb/s (deux SFP28). Il faudra attendre 2019 pour que ce produit soit disponible. Dans tous les cas, les prix ne sont pas indiqués.

NVMe Over Fabrics et intelligence artificielle chez Marvell

Décidément sur tous les fronts, Marvell s'intéresse aussi au NVMf (ou NVMe-oF) et présente un contrôleur 88SN2400. Il est « conçu et optimisé pour transformer un SSD NVMe en un SSD NVMf », et intègre un contrôleur réseau 100 GbE. De plus amples informations sont disponibles par ici. Les premiers exemplaires du 88SN2400 sont d'ores et déjà disponibles pour les partenaires.

Enfin, le fabricant intègre de l'intelligence artificielle à ses contrôleurs (c'est dans l'air du temps d'ajouter de l'IA à toutes les sauces). Il s'appuie sur la solution NVDLA (Deep Learning Accelerator) de NVIDIA pour effectuer les opérations directement sur le SoC, sans passer par l'hôte. 

Selon Marvell, cette solution permettrait « d'améliorer l’efficacité, de réduire la consommation électrique, d'optimiser l’évolutivité et la distribution des ressources ». Il faudra maintenant attendre d'avoir ce genre de contrôleur dopé à l'intelligence artificielle dans des SSD pour juger leurs performances.