物聯(lián)網(wǎng)風(fēng)起 我國(guó)亟需建設(shè)自主存儲(chǔ)

　　“物聯(lián)網(wǎng)”是指連接到互聯(lián)網(wǎng)的傳感器，通過開放的專用連接、自由共享數(shù)據(jù)和允許非預(yù)期應(yīng)用程序，以互聯(lián)網(wǎng)的方式行事，因此電腦可以了解周圍的世界，成為類似人類的神經(jīng)系統(tǒng) ”凱文·阿什頓說(這個(gè)術(shù)語的發(fā)明者)。

　　在我們的上一篇文章中，我們考慮了IoT的潛力——也被稱為“一切互聯(lián)網(wǎng)” ——在接下來的十年中，將推動(dòng)NAND銷售，從而使Micron的利潤(rùn)得以增加。 本文將對(duì)體系架構(gòu)及其與內(nèi)存和存儲(chǔ)的交集做出更詳細(xì)地介紹。

　　存儲(chǔ)技術(shù)的含義是什么?

　　IBM Research Almaden的研究總監(jiān)Jeffrey Welser最近發(fā)表了一篇題為“未來計(jì)算”的演講，強(qiáng)調(diào)了物聯(lián)網(wǎng)(以下稱IoT)在創(chuàng)造數(shù)據(jù)爆炸邊緣的重要性。我鼓勵(lì)大家去聽YouTube視頻，下面給出了他所概述的一些要點(diǎn)，所有這些都與NAND(和其他形式的NVM)相關(guān)：

　　“過去十年收集到的數(shù)據(jù)中有90%沒有被捕獲或分析——我們只是把它丟掉了。”[...]“我們創(chuàng)造數(shù)據(jù)的速度是創(chuàng)造帶寬的兩倍。[...]即使我們希望我們無法將數(shù)據(jù)移動(dòng)到云端。”“60%的有價(jià)值的傳感器數(shù)據(jù)在毫秒內(nèi)失去價(jià)值[...]”“(...在2017年是歷史上第一次) 我們?cè)谌蚴謾C(jī)中的存儲(chǔ)量和計(jì)算能力都超出了數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)量。”

　　鑒于這些趨勢(shì)，Welser的結(jié)論是，計(jì)算的挑戰(zhàn)是將計(jì)算轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)上，因?yàn)橐?guī)模和延遲限制將使其無法做任何事情。如果他是對(duì)的，存儲(chǔ)技術(shù)的含義是什么?他不會(huì)花時(shí)間在他的演講上，但也許我們可以花點(diǎn)時(shí)間來探討一下。

　　上述Welser概述的第一個(gè)也是最明顯的趨勢(shì)是，NAND對(duì)解決方案空間至關(guān)重要。spinning rust不適合這種情況。它根本無法處理生成大量機(jī)器數(shù)據(jù)環(huán)境的延遲要求。這是否意味著NAND必然是唯一的選擇?不，當(dāng)然不是。NAND的批評(píng)者正確地指出，NAND并不是實(shí)時(shí)環(huán)境的好選擇。他們肯定是正確的。寫入NAND器件比讀取它要慢得多。最重要的是，由于媒介的制約，寫入速度是非確定性的，而且權(quán)利級(jí)別也不高。這使得NAND不太適用于實(shí)時(shí)傳感器環(huán)境，在這種環(huán)境下，系統(tǒng)性能對(duì)于輸入的響應(yīng)必須被精確地執(zhí)行，并且滿足功率預(yù)算的嚴(yán)格配給。

　　目前市場(chǎng)上的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，例如，Everspin Technologies，正在將其MRAM產(chǎn)品出售給實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用。IoT傳感器設(shè)備無疑將包含最適合其功能的各種類型的內(nèi)存。但是這些邊緣傳感器產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)是多少?這就需要引入NAND。重要的是，雖然NAND并不是完美的存儲(chǔ)，但由于其低成本和密度優(yōu)勢(shì)，因此NAND仍然是速度(bits)和經(jīng)濟(jì)(dollars)的主力。事實(shí)上，支持IoT的新型持久存儲(chǔ)器計(jì)算架構(gòu)在整個(gè)解決方案領(lǐng)域包括了各種各樣的內(nèi)存類型，有3D XPoint，MRAM，ReRAM等。

　　IoT背景下，NAND的應(yīng)用

　　那么，在新興的IoT架構(gòu)中，NAND將會(huì)有哪些特別的應(yīng)用?下面這個(gè)圖片給了我們很好的啟示：

　　(Source: Hewlett Packard Enterprise, LLC)(資料來源：Hewlett Packard Enterprise，LLC)

　　NAND將填充階段2和3，其中需要密集、相對(duì)低功耗和廉價(jià)的內(nèi)存來處理、收集、歸檔和分析傳感器數(shù)據(jù)?？紤]一下，飛機(jī)管理系統(tǒng)的情況和連接到發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)身的無數(shù)傳感器。數(shù)據(jù)流可能是巨大的——GB/秒要求在工業(yè)環(huán)境中并不罕見——第二階段的網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須能夠收集這些數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。如果考慮到與整個(gè)機(jī)身相結(jié)合的引擎輸入，在這樣一個(gè)環(huán)境中，甚至一小時(shí)數(shù)據(jù)可以聚合成PB級(jí)的存儲(chǔ)空間。

　　而且這只是一個(gè)中等規(guī)模的例子。事實(shí)上，很難把握正在進(jìn)行某些大型項(xiàng)目的規(guī)模。最大的可能是平方公里陣列，它基本上是在這十年的最后階段所建造的一個(gè)軟件定義的望遠(yuǎn)鏡。它在南非和澳大利亞建成，預(yù)計(jì)將在2021年開始服務(wù)。預(yù)計(jì)在第一階段，望遠(yuǎn)鏡每秒將產(chǎn)生大約160 TB的原始數(shù)據(jù)，需要通過exascale類的超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。這相當(dāng)于超過10 Exabytes(EB)/天的數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)都需要處理和分發(fā)。在2028年全面建成后，每天生成的數(shù)據(jù)量預(yù)計(jì)為200 EB。大規(guī)模本地存儲(chǔ)將是體系架構(gòu)的基本要求。顯而易見的是，任何能夠處理此數(shù)據(jù)流的計(jì)算架構(gòu)必須將重要的計(jì)算和存儲(chǔ)能力集中在邊緣。

　　針對(duì)上面提到的例子，我們花點(diǎn)時(shí)間來探討一下推動(dòng)邊緣計(jì)算的實(shí)際問題。還記得上面IBMer的聲明——數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)速度是帶寬的兩倍嗎? 那么在2020年，SKA將產(chǎn)生的10個(gè)eb中的一個(gè)有多大呢?(1 EB為10億TB)

　　這里有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法來看待這么多移動(dòng)數(shù)據(jù)的問題。假設(shè)我們想通過1 Gbps鏈路發(fā)送1000 TB的數(shù)據(jù)。這將需要80天以上。我們距離Exabyte還有很長(zhǎng)的路要走，所以讓我們將數(shù)據(jù)增加到10,000 TB，將網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸提升到10Gbps的鏈路。這將需要三個(gè)月，毫無疑問，你將看到這是怎么回事。任何一種集中的云架構(gòu)都無法滿足邊緣上所有最平凡的數(shù)據(jù)傳輸要求。5G是否能拯救我們?很抱歉，并不能——目前的規(guī)格是5G上傳帶寬，每個(gè)移動(dòng)基站達(dá)到10Gbps，總共帶寬將與潛在的100萬個(gè)連接設(shè)備共享。計(jì)算和分析必須走向邊緣，這意味著網(wǎng)關(guān)和分析服務(wù)器將不得不適應(yīng)需要分析和減少的大量數(shù)據(jù)。

　　這一結(jié)論反映在當(dāng)前關(guān)于萬維網(wǎng)在帶寬和數(shù)據(jù)流量方面的物理限制的研究中。Cisco目前估計(jì)，到2020年，總的網(wǎng)絡(luò)流量將從今天的1.1 ZB數(shù)字增加到2.3 ZB。與此形成鮮明對(duì)比的是，IDC最近估計(jì)，到2025年，每年將生成163個(gè)ZB數(shù)據(jù)。顯然，像大型科學(xué)和大型監(jiān)視這樣的巨大應(yīng)用將壓倒任何不專注于邊緣數(shù)據(jù)捕獲和實(shí)時(shí)處理和分析的體系結(jié)構(gòu)。這是NAND閃存的領(lǐng)域。

　　我們?cè)賮砜紤]另外一個(gè)案例，可作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)洪流的一個(gè)很好的例子。下面，您將看到Cisco研究的圖形，其中涉及連接的“智能”城市生成的數(shù)據(jù)。(美國(guó)有53個(gè)SMSAs，人口超過100萬)

　　構(gòu)成“智能電網(wǎng)”的大型應(yīng)用之一就是街道照明。GE(紐約證券交易所：GE)最近向圣地亞哥市出售了一個(gè)綜合系統(tǒng)，將減少60%的城市能源消耗，從而節(jié)省了240萬美元。而且，這只是一個(gè)開始，根據(jù)城市的新聞稿：

　　這個(gè)3200臺(tái)智能傳感器的部署將是世界上最大的城市“物聯(lián)網(wǎng)”平臺(tái)的部署。 [...]城市將安裝智能節(jié)點(diǎn)，可以使用實(shí)時(shí)的匿名傳感器數(shù)據(jù)來執(zhí)行諸如直接打開停車位，幫助緊急情況下的第一批救援人員，跟蹤碳排放和識(shí)別可以改善的十字路口行人和騎自行車的人。這些信息可用于支持圣地亞哥的“Vision Zero”戰(zhàn)略，以消除交通事故(死亡)和嚴(yán)重傷害。

　　IoT對(duì)NAND的挑戰(zhàn)

　　應(yīng)該清楚的是，這些應(yīng)用程序在財(cái)政上是具有吸引力和有益處的，具有引人注目的ROIs。 像圣地亞哥這樣的早期創(chuàng)新者，在這十年的最后幾年中獲得了經(jīng)驗(yàn)，我們可以很容易地預(yù)見到，隨著時(shí)間的推移，物聯(lián)網(wǎng)所有組件的需求將會(huì)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。NAND閃存對(duì)解決方案空間至關(guān)重要，對(duì)NAND的需求將相應(yīng)增長(zhǎng)?？聪旅娴膱D表，Cisco的顧問通過用例繪制了IoT實(shí)施的挑戰(zhàn)。

　　請(qǐng)注意右側(cè)的用例“聚合”級(jí)別空間如何擴(kuò)展。隨著用例復(fù)雜性的增加，越來越多的數(shù)據(jù)被生成，必須在精細(xì)數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心之前進(jìn)行分析和預(yù)處理。這是NAND應(yīng)用的領(lǐng)域。 另一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是，即使需要滯留在云中的數(shù)據(jù)，也必須快速(如果不是實(shí)時(shí)的)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以便可以獲得系統(tǒng)范圍的目標(biāo)。例如，一個(gè)自主車隊(duì)?wèi)?yīng)用程序。汽車中的邊緣系統(tǒng)可能會(huì)對(duì)外部事件做出回應(yīng)(例如，一塊石頭滑過阻擋了高速公路)使車停止使用。邊緣系統(tǒng)將通過停止車輛來響應(yīng)，將車輛上網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的狀態(tài)信息(包括包括車輛周圍的區(qū)域的圖像、乘客數(shù)據(jù)、車輛系統(tǒng)信息等)的狀態(tài)信息更新到車輛上的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，執(zhí)行適當(dāng)?shù)姆治?，并為云生成相?duì)簡(jiǎn)單的更新包。根據(jù)從網(wǎng)關(guān)收到的數(shù)據(jù)和建議，云端車隊(duì)管理系統(tǒng)將及時(shí)重新配置和平衡其車隊(duì)可用性數(shù)據(jù)庫(kù)，以盡可能地滿足客戶服務(wù)目標(biāo)。

　　有幾個(gè)問題出現(xiàn)了，但最相關(guān)的是以下幾個(gè)。NAND閃存對(duì)于內(nèi)存行業(yè)的需求如何?這是前四個(gè)做法。

　　1.機(jī)器生成的數(shù)據(jù)只是開始對(duì)整體存儲(chǔ)需求產(chǎn)生影響。隨著實(shí)施在當(dāng)前十年的平衡發(fā)展和成熟，由于需求曲線的急劇變化，業(yè)界將很難快速建造晶圓廠(fabs)來滿足需求。由于長(zhǎng)達(dá)兩年的時(shí)間導(dǎo)致NAND晶圓(fab)的出現(xiàn)，供應(yīng)商已經(jīng)有一種固有的偏見，來延緩容量的增加，直到需求的形狀和范圍得到充分的了解。(特別是中國(guó)供應(yīng)隱憂的“幽靈”)

　　2.IoT還處于起步階段，還有幾個(gè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)需要建設(shè)。其中大部分是與傳感器和邊緣網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的。例如，傳感器需要進(jìn)行自配置和上下文感知，因此不需要實(shí)施規(guī)劃來部署它們。 這方面的工作正在進(jìn)行中，但目前尚無標(biāo)準(zhǔn)。目前的工作共識(shí)是，隨著標(biāo)準(zhǔn)的編纂和實(shí)例化，在這個(gè)十年期間，IoT的實(shí)施將會(huì)演進(jìn)。 翻譯過來就是，IoT火車剛剛離開車站，部署將在這十年結(jié)束時(shí)迅速開始加速。

　　3.智能手機(jī)日益成為一個(gè)IoT邊緣設(shè)備。這是診斷和性能應(yīng)用程序的直接功能，它們通過手機(jī)或連接的設(shè)備(如智能手表和性能帶)收集重要的醫(yī)療數(shù)據(jù)。在個(gè)領(lǐng)域的展示之一可能是為糖尿病患者開發(fā)血糖傳感器的蘋果(NASDAQ：AAPL)項(xiàng)目。

　　4.工業(yè)部署已經(jīng)并將繼續(xù)推動(dòng) IoT的早日采用，因?yàn)檎谶M(jìn)行投資案例的令人信服的回報(bào)?，F(xiàn)在，大多數(shù)這些用例都是用傳感器直接到云架構(gòu)(sensor-direct-to-cloud )來實(shí)現(xiàn)的，因此驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心的需求而不是邊緣。隨著 IoT標(biāo)準(zhǔn)的成熟和應(yīng)用的不斷發(fā)展，這將會(huì)發(fā)生改變。據(jù)估計(jì)，到2022年，這個(gè)市場(chǎng)的價(jià)值接近200億美元。

　　NAND—IoT的最大受益者

　　底線呢? IoT 數(shù)據(jù)的大量涌入，將驅(qū)動(dòng)內(nèi)存業(yè)務(wù)進(jìn)入21世紀(jì)20年代的十年。NAND供應(yīng)商將成為新興IoT浪潮的最大受益者，因?yàn)樗牟ǚ逶谒奈槽E留下數(shù)據(jù)。據(jù)說，這種所謂的邊緣數(shù)據(jù)的規(guī)模是數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的幾倍，Cisco/IDC估計(jì)有5倍。至少在接下來的10年里，應(yīng)用程序?qū)?huì)上線，這將導(dǎo)致大量的NAND需求，而目前許多行業(yè)分析師并沒有預(yù)計(jì)到這一點(diǎn)。至少，這一巨大的需求將推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的能力極限，使其能夠找到足夠的資本支出來建造所需的晶圓廠(無論在中國(guó)還是在沒有中國(guó)的情況下)。在我的模型中，最可能出現(xiàn)的情況是，該行業(yè)正進(jìn)入一段時(shí)期——可能到明年，肯定是在2019年——NAND長(zhǎng)期供應(yīng)不足，其后果在這一點(diǎn)上很難被完全理解。有一件事是肯定的——定價(jià)將是強(qiáng)勁的。這是我的模型展示的。

　　要清楚的是，2020年的“物聯(lián)網(wǎng)需求”大約是80EB的產(chǎn)能過剩，這大約是3D Gen 4生產(chǎn)的10萬瓦時(shí)。這是兩個(gè)晶圓廠。中國(guó)怎么樣?不要指望中國(guó)騎兵會(huì)來救援。如果他們正在生產(chǎn)可行的3D產(chǎn)品，那么它們將在Gen 1或Gen 2生產(chǎn)，生產(chǎn)的產(chǎn)品比現(xiàn)有技術(shù)的第4代產(chǎn)品的密度高四分之一。 這對(duì)中國(guó)來說彌補(bǔ)差距是400k wpm，這不太可能。

　　DRAM呢? 鑒于3D XP Gen2和Gen3路線圖以及其他電阻存儲(chǔ)器的預(yù)期商業(yè)化，DRAM將不會(huì)為那些能夠更好地滿足IoT設(shè)備需求的替代品而痛苦。(例如，新的內(nèi)存是不揮發(fā)的。)底線是，物聯(lián)網(wǎng)不太可能推動(dòng)增量的DRAM需求，除非我們預(yù)計(jì)在20世紀(jì)初期將要上線的新內(nèi)存不能像預(yù)期那樣出現(xiàn)。否則，我預(yù)計(jì)DRAM需求將在2021年的時(shí)間內(nèi)開始下滑，因?yàn)?D XPoint Gen2/3引領(lǐng)的這些新內(nèi)存，將從以前的DRAM配置中脫穎而出。這是Micron在上一次分析階段對(duì)這些新內(nèi)存的定位。

　　請(qǐng)注意，這種定位是否意味著IM XP產(chǎn)品系列的市場(chǎng)份額以及Micron“新內(nèi)存”的市場(chǎng)份額。如你所見，XP的后代將比20世紀(jì)20年代期望的新一代ReRAM技術(shù)更快、更廉價(jià)。即使如此，Micron在這張幻燈片中清楚地表明，XP將永遠(yuǎn)不會(huì)成為NAND的替代品——它仍然太貴了。取而代之的方案是，以介于NAND和DRAM之間的中間位置替代和增加DRAM。尚未公布的“新內(nèi)存”的成本略低于DRAM，但速度并不是那么快。那么為什么要使用它?它的持續(xù)性，可能對(duì)于IoT應(yīng)用來說將具有更大的吸引力，因?yàn)樗墓β守?fù)載系數(shù)應(yīng)該遠(yuǎn)低于DRAM。

　　留給Micron的是什么?兩個(gè)詞總結(jié)——增長(zhǎng)和盈利。誠(chéng)然，該公司將不得不在2020年的發(fā)展中管理DRAM的下滑，但是3D XPoint及其即將到來的下一代內(nèi)存應(yīng)該會(huì)隨著DRAM的下降而上升。隨著需求方面重大問題的解決，制造商的定價(jià)能力將會(huì)很強(qiáng)。那么這種情況下的風(fēng)險(xiǎn)在哪里呢?一個(gè)詞——執(zhí)行。 Micron仍然存在的核心問題是執(zhí)行。具體來說，我們什么時(shí)候可以看到XP Gen 2的發(fā)布和升級(jí)?我們什么時(shí)候會(huì)看到Micron掀開“新內(nèi)存”的幕布? 我們不知道這些問題的答案，直到我們做了這樣的事，并且獲得市場(chǎng)信心，TAM可用于這些內(nèi)存，陪審團(tuán)將繼續(xù)留在外面，不管NAND這個(gè)行業(yè)有多好。

　　為什么必須建設(shè)自主存儲(chǔ)

　　目前，紫光旗下的長(zhǎng)江存儲(chǔ)已經(jīng)研發(fā)出了國(guó)產(chǎn)32層堆棧的3D NAND Flash，預(yù)計(jì)2018-2019年間量產(chǎn)，2020年技術(shù)上有望趕超國(guó)際先進(jìn)水平。2016年3月，長(zhǎng)江存儲(chǔ)啟動(dòng)了武漢存儲(chǔ)器基地建設(shè)，總投資240億美元，計(jì)劃2018年投產(chǎn)，2020年形成月產(chǎn)能30萬片的規(guī)模。但是與三星等國(guó)際先進(jìn)企業(yè)相比，無論是在技術(shù)上還是產(chǎn)能上，長(zhǎng)江存儲(chǔ)都還存在這不小的差距。

　　正如之前所說，在即將到來的物聯(lián)網(wǎng)的世界里，NAND的應(yīng)用會(huì)非常廣泛，作用也會(huì)愈發(fā)重要，出現(xiàn)的各種裝置和新興應(yīng)用都會(huì)用到NAND。中國(guó)，為了迎接即將到來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，與世界攜手共同推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化與生態(tài)化，就必須重視NAND技術(shù)，這也是中國(guó)必須建設(shè)自主存儲(chǔ)的原因。否則，技術(shù)上的受制于人，也將帶來物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的受制于人!