04.02 固態硬盤主控將消亡？未來高性能固態硬盤有變化

主控在固態硬盤當中有著舉足輕重的地位，而微軟發起的一項名為Project Denail的項目有可能大幅改變未來固態硬盤格局。Project Denail旨在為超大規模數據中心提供更高效率的閃存存儲技術，東芝及其他主要閃存供應商當前都加入了Project Denail計劃。

SAS接口、AHCI協議都是機械硬盤時代的產物，而基於PCIe接口的NVMe協議從一開始就是為閃存存儲而生，Project Denail是基於NVMe協議的參考體系結構，通過將部分固態硬盤主控完成的工作轉交給主機或獨立加速芯片完成，提升固態硬盤工作效率，並降低企業級固態硬盤研發成本，快速適配最新的NAND閃存技術。

當代固態硬盤為了滿足為機械硬盤設計的傳統體系與閃存自身特性需求，設計有名為FTL的閃存轉換層，該邏輯層負責溝通邏輯地址LBA與閃存物理地址PBA，並在此基礎上實現垃圾回收、壞塊管理、磨損均衡等特性，是當前固態硬盤主控的核心功能之一。

隨著閃存技術的發展，尤其是3D閃存與QLC閃存的問世，閃存存儲密度增長的同時，最小擦除單位Block體積也不斷增長，導致數據寫入與垃圾回收之間的矛盾日益凸顯。

尤其是在數據中心應用當中，固態硬盤需同時為多個虛擬機提供數據服務，為充分利用固態硬盤的並行性，主控會盡可能收集足夠多的寫入來一次性一個Block中的每一個Page：大約為4MB左右。

這樣做可以儘可能將隨機寫入轉換為對閃存的順序寫入，以提升固態硬盤性能（在擁有7% OP預留空間的固態硬盤上，順序寫入速度通常比隨機寫入負載快4-5倍）。

不過數據中心應用中，很少有單個租戶能夠在下一租戶發出請求前一次性寫入4MB以上的數據，所以固態硬盤湊足的一次性寫入數據集合中會包含多個虛擬機發出的寫入請求。這些混雜了多個來源的數據流在刪除頻率上也會表現出較大的差異性，從而給後續固態硬盤主控進行垃圾回收作業帶來困難。

微軟提出的Project Denail將完整的FTL閃存轉換層分解為兩部分，負責合併寫入流的日誌管理單元轉交給電腦主機端，負責存儲媒介管理（壞塊管理、數據糾錯、數據刷新等）的單元繼續留給固態硬盤主控執行。

這樣分解之後，固態硬盤主控的負擔將大幅降低，主機端也將獲得數據組織的更大自由度，實現高效的管理，這部分功能對於不同固態硬盤製造商而言是具有共通性的，可以交給統一的軟件來完成。而閃存管理的部分繼續交由固態硬盤主控完成，這部分功能與底層存儲媒介密切相關，針對不同閃存製造商會有不同的ECC糾錯技術，屬於需要個性化定製的範疇。

微軟的Project Denail計劃類似於當年的DriectX對於3D API接口的統一，不同設備都遵循共同的功能接口，具體實現則由設備固件完成。隨著東芝率先推出96層3D堆疊與QLC技術，閃存的存儲容量將繼續飛速增長，加速取代過去機械硬盤在企業級數據中心當中的作用。而在家用市場當中，不斷完善的標準也將有助於我們用上更大、更快、更便宜的固態硬盤。