在AI+大數據時代浪潮下，儲存領域爆發新的市場需求，其中在AI訓練過程中發揮關鍵作用的QLC NAND SSD風頭正盛，這意味著NAND快閃記憶體或將迎來新的發展契機。
探究QLC NAND，真正魔力
目前來說，快閃記憶體主要分為NOR和NAND快閃記憶體，其擴容方式主要體現在結構、邏輯兩種。從NAND快閃記憶體上看，結構方面，目前NAND快閃記憶體已從2D升級到3D，從空間上改變提升快閃記憶體容量，增加堆疊層數的同時達到最佳化成本的效果。其次是邏輯上，即提升儲存單元儲存的位數，從而提高快閃記憶體儲存容量和降低成本。目前，快閃記憶體技術從只能儲存1bit數據的SLC、MLC（2bit）、TLC（3bit）發展到能儲存4bit數據的QLC，後者便是下文中將要探討的儲存技術。
從原理上看，QLC全名為Quad-Level Cells，指的是每個儲存單元(Cell)可記錄4個位(bit)的NAND快閃記憶體。每個單元有著自身的標準尺寸，相較於傳統的SLC、MLC、TLC，QLC技術可以實作更高的數據密度，從而在相同空間記憶體儲更多的數據。
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與SLC NAND快閃記憶體相比，QLC NAND快閃記憶體可以67.5%的芯片尺寸儲存相同數量的資訊，不過業界稱，若想進行更多執行和讀取的操作，就要增大單元狀態的密度。相應地，由於單元狀態之間的空間狹窄，更大的密度會使效能降級並出現讀取錯誤的可能性，這將影響器材的壽命。
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從優勢來講，業界數據顯示，QLC快閃記憶體的優勢主要體現在以下幾個方面：容量上，QLC相較於目前主流的TLC快閃記憶體顆粒，理論上QLC儲存密度提升了33%；成本上，在同一片晶圓切割相同數量的快閃記憶體顆粒情況下，QLC快閃記憶體的儲存容量高於TLC約33%左右，對比下來，QLC單位儲存容量的成本也就低於TLC快閃記憶體，具有更低成本的優勢；在TCO上，相較於傳統的HDD，以QLC快閃記憶體為儲存介質的SSD，具有更低的TCO，TCO是一個綜合成本的考量，包括儲存密度、可靠性及功耗等；而在寫入效能方面，QLC相比其他技術略微遜色，但在讀取效能方面尚佳。
但QLC技術仍面臨著一些挑戰，業界分析稱，由於數據儲存在更多的電荷層中，這增加了數據的脆弱性，對錯誤校正和數據保護提出了更高的要求。QLC儲存器材通常需要更先進的錯誤校正演算法和更強大的數據保護機制，以確保數據的完整性和可靠性。不過隨著技術的不斷進步，未來可以預見QLC技術將在儲存領域扮演越來越重要的角色，將為整個資訊工業帶來革命性的變化。
QLC NAND，正打入AI SSD主戰場
目前SSD使用的NAND快閃記憶體顆粒包括TLC、QLC等。QLC NAND已成功進軍消費級SSD、企業級SSD領域，當前市場上浮現出大量的QLC SSD產品。
企業級QLC SSD擁有大容量、低成本、低TCO、讀取效能尚可等亮點特性，目前備受套用市場熱愛。例如以ChatGPT為代表的智能AI大模型、以及正流行的影片點播、短影片套用等，據悉包括大數據、雲端儲存、人機互動HCI等大量以讀取密集型為核心的新場景新套用，正在部署和套用QLC SSD。
其中，許多數據中心大量部署了成本較低的HDD，但HDD無法滿足現代工作負載對數據更快讀取存取速度的需求。從劣勢上看，HDD占據數據中心的較大面積，會增加空間、電源、散熱和替換方面的成本。相比較HDD，企業級QLC SSD更加輕便，效能更高，功耗更低，容量更大。據業界數據，QLC SSD順序讀效能是HDD的25倍，隨機讀效能是HDD的5700倍，平均延遲是HDD的1/23，效能方面遠超越HDD。
不過針對QLC SSD的市場攻向，不少人認為，QLC SSD並非是為了取代TLC SSD，而是與HDD相爭。雖然QLC SSD相比較TLC SSD效能和壽命更低，但大容量和性價比的優點仍讓業界刮目相看，QLC SSD被看作是TLC SSD的補充，更適合讀取密集型和部份讀寫混合型業務，比如人工智能、內容交付網絡、機器學習ML等。
在AI套用中，TrendForce集邦咨詢指出，SSD套用於AI推理伺服器，可在推理過程中協助調整、最佳化AI模型，尤其SSD可以即時更新數據，以便微調推理模型結果。AI推理主要提供檢索增強生成(RAG,Retrieval-Augmented Generation)和大型語言模型(LLM,Large Language Model)服務，而SSD可以儲存RAG和LLM參考的相關文件和知識庫，以生成含有更豐富資訊的響應。此外，隨著更多生成資訊是以影片或相片顯示，其數據儲存量也相應增加，因此，TLC/QLC 16TB以上等大容量SSD便成為AI推理主要采用的產品。
目前，三星、SK海力士旗下Solidigm、威騰電子、鎧俠等在QLC SSD領域占據重要地位。而國內方面，大普微則是最早量產的企業。從動態上看，Solidigm已開發並交付了D5-P5336 61.44TB QLC SSD等產品，Solidigm SSD D5-P5316的耐用性水平產品遠遠超過了HDD。
威騰電子已將重心轉往PCIe界面產品開發，並擴大與第三方主控廠商合作PCIe 5.0，推出QLC大容量產品。例如今年6月，南韓SSD主控廠商FADU宣布，與美國威騰電子建立合作夥伴關系，雙方將合作開發下一代企業級SSD技術「FDP」。
三星已開始量產1Tb QLC的第九代V-NAND記憶體，這將使其能夠提供全系列先進的SSD解決方案，滿足AI時代的需求。三星稱，隨著企業級SSD市場快速增長，對AI套用的需求不斷加強，三星將透過QLC和TLC的第9代V-NAND記憶體來鞏固其領先地位。
鎧俠第八代BiCS FLASHTM 2Tb QLC已開始送樣，全新的QLC產品架構可在單個記憶體封裝中堆疊16個芯片，為業界提供領先的4TB容量，將推動包括人工智能在內的多個套用領域的增長。除2Tb QLC之外，鎧俠還推出了1Tb QLC版本。相較於容量最佳化的2Tb QLC，1Tb QLC的順序寫入效能還能再提升約30%，讀取延遲提升約15%。另外，1Tb QLC更適用於高效能領域，包括客戶端SSD和流動通訊器材。
QLC SSD，似一輪春風
針對QLC SSD的未來發展，近期多位業界人士均表示，看好QLC SSD，並強調對於數據中心、雲端儲存服務提供商、需處理海量數據的企業而言，它無疑是一個福音。
QLC Enterprise SSD供應商Solidigm亞太區銷售副總裁倪錦峰此前表示，目前AI使得HDD局限性愈發明顯，公司QLC SSD可突破HDD在AI領域的限制，大振幅提升AI儲存功耗效率，幫助生態系更加完善。
三星表示，AI模型規模持續擴大，訓練數據量成比例增長，導致對更高儲存容量的需求增加，同時推理套用也需要大量數據庫儲存，從而推動64TB至128TB SSD需求的上升，三星的QLC企業級SSD出貨量在2024年下半年預計會比上半年增長三倍。
QLC SSD逆勢增長，業界認為它或特許以成為NAND快閃記憶體市場的翻盤利器。針對QLC將帶來的影響，TrendForce集邦咨詢表示，北美CSPs（雲端服務業者）已開始在Inference AI Server（推理用人工智能伺服器）大量采用QLC Enterprise SSD，尤其是大容量規格，並預估，QLC將貢獻2024年NAND Flash位元出貨量20%，此比重2025年將再提升。
圖片來源：拍信網
此外，未來，QLC或將進軍消費類嵌入式eMMC、UFS領域，據悉目前已有原廠的UFS采用了QLC作為儲存介質釋出產品。業界機構預測，2025年大容量QLC Enterprise SSD（企業級固態硬碟）將崛起、智能電話將采用QLC UFS（通用快閃記憶體儲存）。
