5G 元年之後,存儲進入黃金時代 (上)

在和未來,物聯網都是大數據的主要來源,而 5G 必將全面激發物聯網的潛力,不僅帶來數據體量的提升,同時也將促使車聯網、智能製造、智慧能源、無線醫療、無線家庭娛樂、無人機等新型應用創造新的數據維度。

5G 元年之後,有一個問題我們不得不去思考,那就是數據如何存儲?


統計數據顯示,至 2020 年結束全球數據總量將達到 44ZB,在 5G、AI 等新興技術的加持下,到 2025 年全球數據總量將達到 175ZB,增長三倍以上。美光科技移動產品事業部市場副總裁 Christopher Moore 在接受與非網採訪時表示,美光將 5G 視為一種顛覆性技術。“5G 將以多種方式影響消費者和企業,包括手機、自動駕駛、無人工廠、AR/VR、智能邊緣、人工智能,甚至是我們從未想象過的事物。這些都是我們關注的重要領域,我們的內存和存儲產品是適合為整個 5G 應用提供支持的核心技術,因為最終它們都離不開數據。”

5G 元年之後,存儲進入黃金時代 (上)

美光科技移動產品事業部市場副總裁

Christopher Moore


作為全球領先的存儲產品製造商,美光將 5G 時代定義為存儲的黃金時代

Christopher Moore 指出:“當今與日俱增的數據量使我們的內存和存儲產品進入黃金時代。需求從未如此旺盛。我們率先為客戶開發新的解決方案,使其從這些數據中獲得更多的價值。”

DRAM 和 NAND 仍將是 5G 時代的“常青樹”

業界對 “4G 改變生活,5G 改變社會” 這樣的觀點,最開始是嗤之以鼻的,然而在體驗過 5G 更高網速,看到過 5G 在處理大量設備的優異表現和潛力之後,這個觀點已經成為共識。


5G 數據傳輸速率遠遠高於以前的蜂窩網絡,最高可達 10Gbit/s,比當前的有線互聯網要快,比 4GLTE 蜂窩網絡快 100 倍;5G 有更低的網絡延遲,更快的響應時間,低於 1 毫秒,而 4G 為 30-70 毫秒;同時,5G 具有超大網絡容量,提供千億設備的連接能力,滿足物聯網通信。


Christopher Moore 認為,5G 最關鍵的特性是大大縮短延遲。“對於路徑上的每個計算、通信和內存 / 存儲設備而言,滿足這種端到端的延遲需求是一個巨大挑戰。延遲需要提升一個數量級。以前是 1 秒,現在是 1 毫秒(ms)。以前是 1 毫秒,現在是 1 微秒(μs)。”


5G 元年之後,存儲進入黃金時代 (上)


Christopher Moore 補充道,5G 網絡的部署是智能邊緣的關鍵使能因素——在不斷增長的互聯繫統和設備中,被分析和彙總數據需要靠近捕獲數據的地方。由於在低時延下有更多的數據帶寬可供更多的設備使用,所以在智能設備之間、基礎設施與智能設備之間可以進行更多的自主協調。1 毫秒的時延很重要,因為這可以實現在整個網絡上的實時控制,從而消除了操作遠程設備時的“視頻卡頓”。


更大的數據規模,更低的延遲要求,5G 所賦能的各個應用都給存儲產品提出了更高的要求。我們從採訪中獲悉,美光正在研究內存和存儲領域的所有新技術應對這一新挑戰,目標是通過在系統、操作系統和應用級別上引入與行業拐點相匹配的新技術


但 Christopher Moore 表示:“我們的研究(如下圖所示)表明,DRAM 最適合低延遲易失性應用。NAND 最適合密集型高性能存儲,尤其是業界在同時投資 TLC 和 QLC 的情況下。

通過創新研發和大量的資本投資,未來十年,DRAM 和 NAND 將繼續在層次結構的‘頂部’和‘底部’發揮作用。3D XPoint 技術跨入了非易失性能領域,從而在內存層次結構中開闢了新的一層。業界正在(使用稱為 PMEM.IO 的東西)編寫新的操作系統,以利用這一層,新的應用程序也正在編寫,以便直接與該層(稱為 DAX)進行對話。這些新的操作系統和應用程序將優化他們在 DRAM、NAND 和 3D XPoint 技術中的數據放置,滿足 5G 帶來的新應用需求。”


5G 元年之後,存儲進入黃金時代 (上)

美光對各種存儲技術的研究和對比


在 5G 推進的過程中,新興存儲技術確實時常出現,不過 Christopher Moore 認為新技術的應用還需要時間去驗證。“就新興技術而言,RRAM 是一種有趣的具有較低延遲的塊存儲技術,其高密度帶來的經濟性是否會促進大面積的市場部署還有待觀察。STTRAM 是另一種新技術,但與 DRAM 相比,其延遲和能耗略高,可擦寫次數較低,並且在密度方面存在實施挑戰。STTRAM 具有易於與邏輯半導體工藝集成的優勢。Logic+STTRAM 在業界的應用也還有待觀察。新興內存技術的研究和創新是令人興奮的,但是要趕超 DRAM 和 NAND 還需要一段時間。”他對此講到。

AI 和邊緣計算的魅力無限


5G 時代,我們看到了 5G 和 AI 更緊密的結合。過往我們雖然知道兩者都是能夠改變時代的顛覆性技術,但更多是分開去討論。現在我們知道圍繞 5G 和 AI 會有非常大的創新空間,大量的行業、企業都會逐漸參與到這些創新中,這個過程會產生一個龐大的價值空間,而基於這個價值空間可以承載諸多產業生態。


Christopher Moore 指出:“我們發現最令人興奮的領域是 AI。藉助 5G,我們的設備能夠即時處理 AI 任務所需的所有數據,使智能觸手可及。在這裡,內存和處理需求將發生變化,AI 應用將需要比現在更多的內存、存儲和更快的速度,以適應 5G 帶來的指數級增長的數據量。”


業界習慣將大數據歸納為 4 個維度,也就是 4 個“V”——Volume(大量)、Variety(多樣)、Velocity(高速)、Value(價值)。前三個是特性,最後一個如其名,就是價值。5G 和 AI 的結合將徹底激發數據大爆炸,如何讓 5G 時代的大數據實現價值,Christopher Moore 認為這正是美光的用武之地。


5G 元年之後,存儲進入黃金時代 (上)


美光技術將 3D NAND 的優點(高數據存儲容量)和 DRAM 最突出的特性(超快速處理)結合起來實現 AI。這只是我們支持新興 5G 應用的一個例子,我們還在探索更多。”他講到,“對我來說,更令人興奮的是我們還沒看到的東西。我經常想到大學生坐在他或她的宿舍裡編寫一個新的應用程序,從而將如今的硬件推向極限。想象一下,大學生髮明瞭下一種視頻聊天、社交網絡或電子商務模式,在幾年前我們還無法想象,但如今我們卻司空見慣。因此,當你問及 5G 以及移動內存和存儲的未來時,我會感到非常興奮。這就是為什麼我每天都在工作,為構建實現未來的平臺而努力。這個平臺需要什麼?1TB 的 UFS4.0 超高速存儲?24GB LPDDR5x 內存?新的內存和存儲技術?以 5G 為代表的顛覆性技術推動了這些創新。”


在此,他特別強調了近來的“科技紅人” —— LPDDR5。“我們相信 5G、人工智能和 LPDDR5 是三項使能技術,它們的融合對於消費者和社會來說恰逢其時。AI 在手機中已經很普遍,主要用於圖像處理和相機功能。AI 處理需要非常快速地完成高度並行的數學計算,這非常適合 LPDDR5,因為它具有高速度和低功耗的特點。隨著 5G 在中國乃至世界範圍內成為標準,我們將看到更多應用通過超低延遲網絡模糊了雲與邊緣設備之間的界限。同樣,它們非常適合 LPDDR5 及其 6.4Gbps 的數據傳輸速度。LPDDR5 的另一個強項是,它能節省這些計算密集型設備的耗電。這不僅是由於它具有更低的組件功耗,還因為它有更高的傳輸速度,可以更快地將數據發送到應用處理器,從而使系統能夠更快地進行計算並更頻繁地進入睡眠模式。這三種技術的結合創造了一個令人驚歎的網絡和硬件平臺,讓富有創造力的人們發明出我們從未想象過的應用。”Christopher Moore 表示。


5G 元年之後,存儲進入黃金時代 (上)


我們剛剛提到了 5G 和 AI 將催生一個巨大的價值空間,而具體的實現過程中,邊緣計算或者說是邊緣智能化將會是主要的實現方式。在此框架下,將低時延業務、局域性數據、低價值量數據等數據在邊緣端進行處理和傳輸,不需要通過傳輸網返回核心網,進而降低時延、減少回傳壓力、提升用戶體驗。“

邊緣計算無疑會給內存和存儲帶來巨大的影響,因為連接 5G 的邊緣設備和物聯網需要強大的計算能力,而這種能力過去只屬於服務器、PC 和智能手機。”Christopher Moore 如此描述邊緣計算對存儲產品的影響。

在此,他列舉了美光為應對邊緣計算所採用的一系列措施:

在美光,我們通過為網絡邊緣提供可擴展的、高帶寬、低延遲的存儲和內存來解決這個問題。

我們從 5G 的爆炸性發展中看到,這是在邊緣設備中進行實時分析和處理以及處理快速增長的數據量所必需的。5G 和邊緣計算的另一個挑戰一定是功耗,研究表明 5G 基礎架構與 4G 相比需要更多的電量,並且預測到 2030 年,信息和通信技術將消耗全球總能耗的 20%。因此,確保 5G 生態系統的各個層面從一開始就在其基礎架構中進行能效設計是至關重要的。

在美光,我們一直在不斷創新,以提高產品的能效、性能和速度,我們相信這些特性是密切相關的。

一個例子是我們的低功耗 DDR5 DRAM。我們與小米合作,在其新的小米 10 智能手機中集成了這項技術。與前幾代產品相比,LPDDR5 的能效提高了 20%以上,數據訪問速度提高了 50%,使 5G 智能手機能夠以高達 6.4Gbps 的峰值速度處理數據,這對於解決 5G 數據瓶頸至關重要。該功能非常適合邊緣的其他設備,例如,幫助自動駕駛汽車在邊緣實時計算和處理數據。還需要注意的是,邊緣計算本身可以節省能源,因為在邊緣進行數據處理,無需將數據發送回數百英里之外的數據中心,從而減少了能耗。

就安全性而言,隨著邊緣技術的興起,在數據的生成位置對數據進行精確地保護非常關鍵。

更具體地說,就是將安全性直接嵌入閃存硬件中,在系統級保護數據。我們通過獨有的 Authenta™ 技術解決這個問題。這項技術通過基於硬件的信任根為邊緣設備提供芯片級安全性,保護 5G 設備免受未經授權的訪問和惡意軟件的侵害。這種芯片級的安全性非常重要,因為如今,閃存已成為許多黑客創建高級持續性威脅的目標,這些黑客威脅可以偽裝自己,逃離高級別代碼的攻擊。通過在內存中移動基本的安全原語,讓保護存儲在內存中的代碼和數據的完整性變得更加簡單。

上面的文字中,我們更多是從技術層面分析了 5G 對於存儲產品的影響,從市場應用層面來看,5G 對於存儲產品又會有什麼深遠的影響呢?


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