2021年的闪存存储市场依旧非常精彩，在刚刚落幕的2021全球闪存峰会上，一众闪存专家分享了闪存技术创新方案，在闪存介质、闪存控制器、各式各样的存储设备，以及各种各样的全闪存存储系统方面，都有许多令人眼前一亮的新变化。
2021年，在闪存存储介质方面，QLC是绕不开的话题，与许多人想象不同的是，英特尔的QLC SSD在许多方面已经能达到不逊色与TLC的水平，而且，凭借在成本上的不断优化，QLC对磁盘存储也形成了更强“威胁”。
简而言之，QLC SSD在许多生产环境的场景里开始替代磁盘，这是2021全球闪存峰会上英特尔传递的一个信息。随着与SK海力士交易的临近，笔者从英特尔专家获知了更多信息，比如，英特尔将持续投入基于Floating Gate技术的QLC研发，并将继续推动QLC在企业级市场上的应用。
英特尔推动QLC在企业级市场的应用
英特尔作为NAND颗粒大厂，作为企业级SSD市场的主要玩家，近年来一直在引领QLC的普及和应用，凭借对NAND技术的多年积累和NAND SSD产品的持续优化，让QLC SSD在可靠性和一些性能方面都有了不逊于TLC SSD的表现。
英特尔是第一家为数据中心和客户端市场出货QLC PCIe固态盘的公司，与许多SSD厂商不同的是，英特尔更重视企业级数据中心市场方面的应用。
技术路线上，采用的是更适合企业级市场的Floating Gate路线，该技术在数据维持（Data Retention）方面更有优势，可靠性会更高。英特尔QLC 3D NAND在CUA技术（阵列下的CMOS）的帮助下提高了最高面密度，从64层TLC到144层QLC后，耐久性还有提升。
英特尔数据中心SSD产品非常丰富，有用于服务器内部的，也有用于云存储加速的，还有对温存储优化过的高密度的解决方案，还有部分照顾传统服务器的SATA固态盘。
英特尔NAND产品与解决方案事业部中国区销售总监倪锦峰表示，过去一年QLC SSD的生态在继续发展壮大，市场上出现了许多基于QLC做方案的厂商，也有越来越多的用户采用QLC的方案，越来越多的人开始拥抱QLC。
英特尔是30年的闪存老司机，坚持Floating Gate技术路线
闪存技术在快速发展，在容量、性能、成本等多方面不断进步，英特尔有30多年的闪存技术积累，从NOR Flash到NAND Flash，NAND Flash从64层到96层到现在的144层，从SLC、MLC、TLC到QLC，还在SSD外形规格上不断创新。
2021年，英特尔将3D NAND提升到了144层，144层QLC 3D NAND不仅将存储密度提升到了新高度，在Floating Gate的帮助下，其可靠性还有进一步提升，可以说Floating Gate是一种更适合企业级SSD存储发展的技术路线，英特尔非常认可这一路线。
倪锦峰表示，即使未来与SK海力士合并之后仍将继续延续这一技术路线，在技术路线上，SK海力士和英特尔是有互补作用的，所以，会充分利用两种技术路线，从而提供更丰富的产品线。
Floating Gate对QLC的现在和将来都非常重要，Floating Gate和Replacement Gate最大的差异在于量子遂穿效应方面，使得它的电子不容易丢失，Cell（单元）干扰风险能力更强。
Replacement Gate适合低密度存储，在向QLC和PLC演进时会面对诸多挑战，更适合用在手机等嵌入式设备当中。
稍微深入看一点技术细节。Floating Gate有一个优势在于，它里面能放的电荷数比（Replacement Gate）多6倍左右，这个6倍有什么意义？
上图表示的是读取窗口电压，1b/c代表的是SLC，SLC有两个栅峰，中间竖一根线，原理上靠辨别左边栅峰和右边栅峰就能读出数据。以此类推，如果2b/c的话，中间需要有4个状态，如果3b/c的话有8个状态，4b/c则需要16个状态。
从SLC到QLC，能看到中间的Window间隙越来越小，稍微偏移就可能造成数据读取错误，越容易读错就越要纠错，纠错就需要额外做许多操作，所以，从SLC到MLC到TLC到QLC需要的数据分析越来越多，对性能影响也越来越大，对可靠性和写寿命的影响也会越大。
Floating Gate技术中间的Window可以拉的比较大，如果从左到右的距离拉大，同时，栅峰能竖得更高一点的话，中间的空隙就会变得更大，会使得Window变得更大，从而降低读取错误的概率。
上图体现了浮栅闪存单元和电荷捕获（CTF）闪存单元的区别，电子随着时间的推移其实是会丢失的，如图可见，在一定的时间下，CTF漏电现象更明显，这需要更强的纠错能力，所以，将它用在QLC、PLC时需要做很多改进。
怎么把QLC闪存用好
用户对于存储的要求很明确，首先会非常关心性能，包括重视性能的一致性表现，性能抖动不能太大。其次，用户关注容量，磁盘容量越来越大，但在性能方便始终没有什么进展，NAND闪存特别是QLC NAND闪存的出现将在更大程度上满足用户实际需求。
QLC闪存有更好的总体成本优势和不俗的性能表现，是一个好东西，但是怎么样把它用好还要解决许多问题。
倪锦峰也坦言，从MLC到TLC的迁移与从TLC到QLC的变化还是有很大不同的，需要考虑QLC随机写性能以及耐久性等问题，也需要看场景，所以，想充分利用好QLC，需要客户在软件、架构、方案层面做很多创新。
为了尽可能克服一些问题，首先要在产品上下手，作为一款QLC SSD，英特尔D5-5316在延迟、性能以及一致性方面都表现出了高水准，让QLC SSD在可靠性方面与TLC SSD保持一致，唯独寿命和随机性能上略逊色于TLC。
QLC的应用一定需要看实际场景。QLC比较适合顺序写、随机读和顺序读的场景，适合读取密集型场景，这决定了QLC非常适合云存储和CDN的场景，适合超大规模数据中心用户使用。
QLC对用户是有吸引力的，对于用户来说，采用QLC首先有助于降低大容量闪存的成本，也有助于提高存储的密度，当QLC替代磁盘存储，也就减少了存储层级，架构得以简化。
为了克服QLC的缺点，实践中经常让QLC配上傲腾之类的高速耐读写介质作为缓存层，将随机的读写变成顺序化操作，让QLC负责更擅长的顺序读写操作。
此外，Zoned Namespace在软件架构层面的创新也能发挥QLC的优势，而且由于舍弃了OP的设置，将冗余空间全部释放出来，减少了浪费，从而更大地释放了QLC的容量优势。
为了用上QLC，业内包括一些SSD厂商以及许多超大规模数据中心用户也在不停探索各种方案，其核心思想就是将随机操作变成顺序的操作，从而扬长避短发挥QLC的优势。
结束语
总之，QLC是势在必行的，千万不要小看QLC对于性价比提升的价值。英特尔将QLC的可靠性做到不逊色于TLC的水平，在性能上也尽可能地进行优化，相信未来QLC会在更多场景中得到应用。
