據今年5月DRAMeXchange釋出的企業級SSD市場統計顯示，Intel以40%的份額佔據了全球企業級SSD市場的榜首位置，240萬片出貨量傲視群雄，三星以25%的份額排名第二，西數/閃迪與東芝分列三四位。

第一季度通常被認為是“淡季”，全球出貨量就達到600萬片，這意味著全年的全球出貨量將超過2400萬片，這還僅僅是SSD市場的冰山一角——企業級SSD出貨量僅佔全球SSD出貨量的10%。今年差不多也是Intel大舉進入SSD市場的第10個年頭——2008年推出的X25-E系列SSD迅速被市場所接受，開啟了晶片巨人在SSD市場的攻掠之旅。

圖右黑框白殼的即為Intel X25-E SSD，剛推出時僅有32GB和64GB兩個容量版本，採用Intel 50nm的SLC快閃記憶體顆粒，使用3Gb/s SATA介面；圖左黑色外殼為2009年推出的X25-M系列SSD，使用34nm的MLC快閃記憶體顆粒，仍然是3Gb/s的SATA介面，但容量提升為80GB，並增加了TRIM支援

與“革命前輩”X25-E相比，現在的SSD雖然仍保留有2.5英寸外形的規格，但內涵卻不可同日而語。以Intel今年推出的DC P4600為例：

*2018年第一季度，DC P4600系列的最大容量將達到6.4TB

從上圖對比可以看出，經過近10年的發展，SSD容量提升超過100倍，IOPS和頻寬（效能）提升了數十倍。新技術如3D NAND、TLC以及全新NVMe的加入，使得SSD的容量和效能都有數十倍乃至上百倍的提升（注：此對比不代表平均水平，僅體現最大差異）。

3D之爭 後發能否先制

SSD的容量提升實際經歷了多個階段，比如傳統平面NAND的工藝提升，從早期的50nm到現在20nm，乃至1xnm（Intel DC S3510系列SSD就使用16nm工藝），從SLC到MLC，再到現在廣泛使用的TLC。在平面NAND技術很難進一步將密度提升之後，SSD又逐步過渡到3D NAND的軌道上。譬如三星推出其3D V-NAND技術並應用於SSD之後，結合TLC技術，進一步增大儲存密度，有效降低了SSD的每GB成本。

英特爾當然不願意喪失定價的主動權，於是和美光（Micron）在2015年宣佈聯合開發3DNAND技術，並在第二年（2016年）至強（Xeon）E5 v4處理器家族釋出的同時，推出了首款採用3D NAND技術的DC P3520系列SSD。

Intel首款採用3D NAND技術的DCP3520系列SSD，提供兩種形態：用於各型別伺服器平臺的傳統PCIe插卡式（Add-In Card，AIC）SSD，和需要伺服器提供背板支援的（2.5英寸）U.2驅動器形式SSD。由於仍採用（平面）MLC顆粒和第三代控制器，P3520 SSD的最大容量為2TB

Intel的3D NAND採用標準的Floating-gate（FG，浮柵）技術，並宣稱：相比於電荷捕獲技術（Charge-Trap Flash，CTF），FG能夠實現更高的儲存密度，也更可靠；同時，CMOS位於FG單元堆疊陣列的底部，擁有更高的利用率。

Intel公佈的3D NAND技術示意圖，採用32層堆疊，每die能達到256Gb（MLC）或者384Gb（TLC），單個NAND閃開顆粒支援最大16個die封裝，這意味著單個NAND快閃記憶體顆粒的最大容量就能達到512GB（MLC），乃至768GB（TLC）。由此算來，單個2.5英寸驅動器規格的SSD容量可以超過10TB

時隔一年之後，Intel推出了面向資料中心領域的新一代SSD——DC P4500/4600系列：使用3D NAND TLC快閃記憶體顆粒，最大容量達4TB（2018年第一季度，DC P4600系列的最大容量將達到6.4TB）；全新的第四代快閃記憶體控制器和韌體，以及採用更新的NVMe 1.2規範……

伴隨DC P4500/4600系列SSD的釋出，作為其主要產地之一的大連工廠也宣佈擴建，以增加產能。英特爾大連工廠於2007年奠基，2010年正式投產。2015年10月，英特爾宣佈投資55億美元，升級大連工廠為非易失性儲存技術製造基地。2016年7月，英特爾大連工廠專案提前投產；2017年5月又宣佈擴建計劃，可謂一年一個大臺階，也反映出以中國為代表的市場對SSD的旺盛需求。

代號Fab 68的英特爾大連工廠肩負新一代SSD的生產重任

紅海藍海 品質唯先

在中國的資料中心市場，Intel品牌SSD佔有的份額更高，一度可達國內資料中心SSD市場的60%以上，包括BAT在內的網際網路公司都大量使用了Intel SSD。這一方面得益於競爭對手的“不給力”，更重要的則是Intel SSD本身所具備的品質。

NAND快閃記憶體顆粒可以說是SSD的PCB板上最主要的組成部分，更佔據SSD總體成本的80%以上，這可以通過DRAMeXchange網站公佈的價格來推算。當然，P4500/4600是Intel最新一代資料中心級SSD，採用了最新的3D NAND技術，以及新一代的控制器和韌體，DRAMeXchange網站並沒有相關資訊，但其成本構成比例應該不會有太大的變化。

2010-2017全球NAND快閃記憶體市場份額，三星一直是排名第一，佔據了近40%的市場份額。以Intel的NAND產能，絕對不能打價格戰，把重心聚焦在資料中心藍海是明智之舉。圖源自：DRAMeXchange網站

Intel長期佔據統治地位的CPU業務會給其SSD業務帶來一些幫助，但並不總是正面效應。譬如一些OEM大廠的伺服器，出於種種考慮，標配的通常不是Intel品牌SSD。部分原因在於，OEM大廠通常有強大的研發能力，機型總數又相對有限，能夠針對性優化開發，而SSD供應商也樂於為大客戶服務，所以SSD的相容性基本不會成為問題。

但在白牌伺服器市場，或者從ODM直接採購/定製，面對各種型號、軟硬體配置都不確定的伺服器平臺，SSD本身的相容性和穩定性就顯得尤為重要。在這一市場，Intel品牌SSD無論是在口碑還是影響力上，都具有明顯的優勢，其中快閃記憶體控制器和韌體發揮了更重要的作用。

NAND快閃記憶體固然為SSD的容量和效能提供了基礎條件，但要將效能，以及企業使用者所關注的可靠性和穩定性發揮出來，還得靠快閃記憶體控制器和韌體。後兩者在很大程度上決定了SSD在實際應用中的品質，或者說體驗。

1.6TB容量的Intel DC P4600 SSD“裸照”，正反面共佈置了10顆NAND快閃記憶體顆粒（圖上為正面6顆，反面還有4顆NAND），每個die容量為48GB，單個NAND快閃記憶體顆粒封裝4個die——192GB容量，10個顆粒共計1920GB容量，實際可用容量1.6TB，剩餘320GB用於OP（Over-Provisioning，內部冗餘）。還可以看到，在整個PCB板上，控制器只佔了很小部分空間，即使加上控制器所需要的DRAM，也只佔據大約20%的空間。如果是更大容量的PCIe插卡式SSD，控制器在空間和成本上所佔的比重更小，而韌體則根本看不到——誰用誰知道

再戰NVMe P4500/4600能否延續輝煌？

打一個不太貼切的比喻，SSD中的快閃記憶體控制器和韌體，相當於PC中的CPU和作業系統，CPU的效能很大程度上決定了PC的效能，而作業系統與硬體適配的相容性，以及高階功能則決定了使用者體驗；同時，CPU與作業系統的相互支援優化能力也對使用者體驗無比重要。快閃記憶體控制器與韌體的關係也大致如此。

雖然NVMe SSD是一個全新的事物，但Intel在SATA時代的經驗可以繼續借鑑。Intel是SATA標準的發起者之一，參與規範制定，並在2003年推出支援SATA協議的南橋晶片（ICH5），現在獨立的（純）SATA控制器已經基本不存在，Intel晶片組整合的SATA控制器在多數情況下已經夠用。對SATA標準和控制器產品的熟練掌握，對Intel的SATA SSD產品意味著什麼，可謂不言而喻。近十年前，Intel X25-E系列SSD驚豔亮相，就離不開Intel在SATA上多年的經驗積累。

直到現在，SATA介面SSD仍佔據了Intel品牌SSD的半壁江山，但Intel早就清楚，以PCIe為代表的高效能接口才是SSD的未來。SATA介面誕生於磁碟時代，圍繞磁碟特性而設計；而快閃記憶體是一種完全有別於磁碟的儲存介質，要充分發揮快閃記憶體的優點，避開快閃記憶體的劣勢，新一代介面必須能夠“揚長避短”。眾所周知，PCIe介面具有極高的效能，同時還有可擴充套件性，比如單條PCIe 3.0通道能到到1GB/s的頻寬，隨著PCIe通道數的增加，其效能線性增長。並且，PCIe還有4.0乃至5.0規範，未來潛力無限。

但PCIe最初並不是專為儲存而設計的，要用於儲存，還得針對儲存特性進行專門設計。得益於PCIe介面的層次化架構，可在PCIe介面的基礎之上構建適用於儲存領域的新一代介面規範。

PCIe介面的層次化示意圖，按照IEEE802網路協議模式來理解的話，其大致可以分為物理層、鏈路層和傳輸層三層，某些層下面可能又包含多個子層。NVMe實際上是一個暫存器級的邏輯裝置介面（logical device interface）規範，其基於PCIe規範，並使用PCIe的電氣介面

NVMe（NVM Express的簡稱），是專為快閃記憶體等非易失性儲存（Non-Volatile Memory，NVM）而全新設計的邏輯裝置介面規範，最早在2007年的Intel技術峰會（IDF2007）上提出，並於同年由Intel領導成立工作組著手製定相關規範，2008年在Intel官網釋出過一版草案（NVMHCI 1.0），真正意義的NVMe規範制定工作從2009年開始， 並於2011年3月釋出，即NVMe 1.0規範，此後NVMe工作組改為NVM Express標準組織，並在2014年釋出NVMe 1.2規範，增加了很多企業業務場景所需的功能。

NVMe規範釋出時間節點圖，從NVMe 1.0規範釋出之後，開始為NVMe增加企業級儲存功能，包括多路徑I/O、名稱空間共享與管理以及虛擬化等功能；又先後在2015和2016年增加了管理介面規範和NVMeover Fabrics（NVMeoF）規範等。規範與實際產品有一定的時間差，同時還得有測試驗證階段，Intel在今年全面支援NVMe 1.2規範已經是比較早的了

為了滿足企業級市場的需求，NVMe不斷完善自身功能，隨著功能的增加，這意味著快閃記憶體控制器需要更高的效能；另一方面，隨著平面NAND向3D NAND過渡，更大的容量管理也對快閃記憶體控制器的效能提出更高要求。在DC P4500/4600系列SSD中，Intel採用全新設計的第四代快閃記憶體控制器，資料顯示，新一代控制器能提供更高的效能，更利於發揮快閃記憶體的優勢：

• 突破上一代2TB容量限制，最大可達4TB以上（如6.4TB、8TB或更高）；

• 增強硬體加速NVMe命令，提高效能；

• 從上一代的每佇列最高32個4k命令提升到最高128個，提升伺服器效率；

• 支援更新的NVMe 1.2規範；

• 支援NVMe-MI規範，可帶外管理，便於運維。

值得注意的是，P4500/4600系列SSD在提升效能的同時，還完全支援NVMe-MI（NVMe Management Interface，NVMe管理介面）規範，其中最重要的一點就是帶外管理功能，這對大規模資料中心的意義不言而喻

快閃記憶體控制器與韌體在某些時候真的很難割裂開看，控制器是基礎，韌體則是對NVMe規範的具體實踐和針對性優化，Intel從另一個角度詮釋了全新韌體對DC P4500/4600的意義：

• 增強韌體演算法，提供更好的QoS；

• 增強TRIM，最小化效能影響；

• 最大支援128個名稱空間（Namespace），增大應用範圍；

• 升級TCG OPAL和Thermal Throttling，更高階的資料安全；

• 免停機韌體升級，減少停機時間。

由於NAND快閃記憶體的本身特性導致SSD的讀寫效能差距較大，還有寫入壽命的限制，Intel按照以往慣例對DC P4500和P4600的應用場景進行了區分：P4500主要替代P3520（P3520替代P3500），用於面向讀密集型的應用場景：P4600系列SSD則用於替代P3600，面向中度寫負載的應用場景需求。

篇幅有限，關於Intel最新一代NVMe SSD的技術要點就介紹到此，在下一篇文章中，我們將對Intel最新一代的SSD在伺服器平臺上的應用進行介紹。同時，企事錄實驗室對於這兩款NVMe SSD的應用測試正在進行中，詳細結果將會在之後的文章中釋出。敬請關注！