本部分介绍2018年固态存储，存储器和基础计算机架构的发展趋势和未来发展。特别是NVMe和使用NVMe（NVMe-oF）构建的结构。
这是我们的2019年数字存储博客系列中的第二部分（第一部分，第三部分）。本部分介绍2018年固态存储，存储器和基础计算机架构的发展趋势和未来发展。特别是我们将寻找快速存储接口的发展，特别是NVMe和使用NVMe（NVMe-oF）构建的结构。本文还将介绍新兴非易失性存储器的趋势及其在计算存储和内存计算等新计算体系结构中的应用。最后，我们将了解在物联网和数据中心环境中推动高性能固态存储器的趋势。
我们在2019年闪存系列的第一部分讨论了NAND 闪存定价。从2018年中期开始，NAND闪存短缺结束，NAND价格开始下滑。价格的下跌持续到2019年，可能会持续到2020年的某个时候。价格的下跌是由于一些市场（如手机）的需求下滑和供应增加，因为主要的NAND供应商将其3D-NAND工厂提升至满生产。
在2018年，3D NAND实现了大部分市场出货量。与此同时，该行业专注于提升其96层技术，包括四层技术和三层单元技术。2019年宣布> 100层NAND，尽管来自中国的扬子存储器表示将在2020年专注于128层NAND闪存。到2019年下半年，96层NAND闪存将进入批量生产，逐步过渡来自64层NAND闪存。
然而，2018年的一些公告表明，3D NAND层在未来十年内可能会超过500，通过将“字符串”层叠在一起。图中逐渐增加的一种观点如下图所示。请注意，为了防止处理时间失控，随着堆栈的增加，需要大力减少层的厚度。NAND闪存层的这种增长应该有助于继续降低NAND闪存的价格，从而有助于继续使用NAND构建的存储设备。
来自SNIA网络研讨会的 3D NAND堆叠客观分析预测
四级单元技术特别针对HDD施加额外压力，尽管使用该技术构建的SSD的耐久性可能与HDD不匹配。然而，使用这种技术的低价固态SSD可能有助于该行业进一步渗透笔记本电脑和台式电脑等市场。
过去几年开发的NVMe接口在设计时考虑了非易失性固态存储，与最初为HDD开发的SAS和SATA接口相比，性能显着提高。各种形状因素的NVMe SSDS正在用于客户端，消费者和企业应用程序中。
采用NVMe NAND闪存的SSD作为数据中心（云）的主存储特别受欢迎。企业NVMe SSD容量出货量在2018年比SATA和SATA SSD更大。NAND价格的下降以及云存储和基于云的应用程序的增加，特别是对大数据分析和物联网的深入学习，将推动2019年及以后数据中心对高性能NVMe SSD的巨大需求。
NVMe over fabric旨在通过各种网络结构提供NVMe协议支持。虽然这已经通过Infiniband和光纤通道提供了一年多的时间，但是对于NVMe的官方TCP支持已于2018年发布。其他NVMe功能，例如IO Determinism预计将在2019年推出，为NVMe SSD提供更多选择（例如不同SSD的各个部分可以具有不同的用途和不同的耐久性特征）。
NVMe功能路线图COUGHLIN ASSOCIATES
使用以太网连接的NVMe-oF产品于2018年开始真正出现，这些产品将在2019年激增。通过以太网网络提供NVMe将有助于这些存储网络在未来几年主导存储网络。事实上，Western Digital宣布推出基于硬盘的存储盒，其NVMe-oF以太网连接是OpenFlex架构的一部分。
大数据应用程序正在推动新的计算机体系结构，其中处理更靠近内存，而不是将大量数据从存储和内存移动到处理器。这导致了存储与专用处理器的新组合，通常称为加速器。例如，三星推出了带有Xilinx FPGA的Smart NVME SSD，其中包括ARM处理核心，专注于数据库应用。该SSD是计算存储的示例，其中处理包括在存储设备中。
还有其他几家公司正在引入计算存储设备。SNIA于2018年秋季成立了计算存储技术工作组，这是固态存储计划（SSSI）的一部分。成员包括ARM，Eideticom，浪潮，联想，美光科技，NetApp，NGD系统，Nyriad，三星电子，ScaleFlux，SK海力士，西部数据公司和Xilinx。
RISC-V是一个自由开放的计算机标准，其历史可以追溯到20世纪80年代。RISC-V基金会成立于2015年，拥有100多个成员组织，在软件和硬件创新方面进行合作，基金会认为这将为未来50年的计算设计和创新铺平道路。RISC-V的支持者表示，它使大数据和快速数据应用程序和工作负载的多样性在核心数据中心以及边缘的远程和移动系统中激增。它提供了当前，标准，通用计算体系结构的替代方案。Western Digital等公司计划在存储设备中使用RISC-V核心，为计算存储提供非常灵活的开放式应用架构。
将一些闪存管理移动到主机的SSD的方法称为开放式通道SSD。在开放式通道SSD中，SSD没有固件闪存转换层（FTL）。相反，物理固态存储的管理是在计算机的操作系统中完成的。Linux 4.4内核是一个支持开放式通道SSD的操作系统，可以遵循NVMe规范。有一个社区支持开放式固态硬盘的开发（http://lightnvm.io）。这种方法对于一些超大规模SSD应用是有吸引力的。
使处理更接近内存的另一种方法称为内存中处理。在2018年IEEE IEDM会议上，有几家公司在该领域工作。各种新兴的非易失性存储器被考虑用于包括具有包含要处理的数据的存储器的专用处理核心。这个想法可以扩展到实际使用非易失性作为存储器和处理设备。这种方法通常使用神经形态计算方法，该方法使用具有与大脑中的神经元类似的属性进行处理的装置，已经使用磁随机存取RAM（MRAM），电阻RAM（RRAM）和相变存储器（PCM）技术示出。
在IEEE重新启动计算会议上，已经设想了使用多重连接芯片的特殊封装来封装存储器的各种方法，如下所示。这些异构集成方法可能成为未来嵌入式和企业架构的重要元素。
存储和加工异构包装的愿景来自斯坦福的IEEE重启计算
有一些新的非易失性存储器技术正在走出实验室并进入现实世界。这些包括上面提到的存储器以及铁电存储器和其他更奇特的存储器技术。英特尔的Optane内存使用与Micron一起开发的3D XPoint（相变存储器）技术。英特尔于2018年宣布，除了目前的NVMe Optane SSD之外，它还将推出基于DIMM的Optane内存模块。这些应该在2019年开始量产，作为与其下一代服务器处理器相关的内存解决方案。
所有半导体代工厂都表示他们将在2019年之前推出包括MRAM和RRAM在内的嵌入式非易失性存储器。事实上，一家名为Gyrfalcon的公司最近宣布，台积电于2018年为他们生产的AI芯片使用40 MB的22nm嵌入式MRAM。这些新的非易失性存储器有望取代处理器中的NOR和可能更高级别的缓冲存储器（L4和L3）。
使用非易失性存储器有助于降低能耗并加快使用这些嵌入式存储器的产品的启动速度。根据Coughlin Associates的数据，到2023年，新兴的非易失性存储器市场可能会超过6B美元。下图显示了到2028年的总出货量新兴内存年度出货量预测的高，中，低预测。
COUGHLIN ASSOCIATES报告称，新兴内存运输能力预测新出现的内存将会爆发
尽管SSD在数据中心中作为主存储器使用很多，并且在许多客户端应用程序中逐渐取代HDD，但存储在硬盘驱动器和磁带上的总容量将继续增长，以满足快速存储和大容量存储的需求。我们对年产能出货量的预测如下图所示。下一代应用程序将推动对所有类型存储设备的需求。
SSD，HDD和LTO预测的年度运输能力COUGHLIN ASSOCIATES，数字存储技术通讯，2018年11月
下一代应用程序将推动对所有类型存储设备的需求，以满足快速存储和大容量存储的需求。固态存储器和存储器支持处理和使用人员及其机器生成的爆炸数据的新方法。
作者Tom Coughlin，Coughlin Associates的总裁兼存储分析师和顾问。
英文链接：https://www.forbes.com/sites/tomcoughlin/2018/12/24/digital-storage-projections-for-2019-part-2/
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