以NAND Flash為基礎的固態儲存(SSD)勢力版圖全面擴張。在4K影音、虛擬實境(VR)與擴增實境(AR)，以及日益蓬勃的物聯網智慧感測等應用趨勢驅動下，無論消費性電子、企業、工業、汽車市場對SSD的需求都急速攀升，為NAND Flash記憶體、控制晶片、SSD模組等供應鏈業者帶來絕佳的成長機會，相關廠商無不卯足全力開發更高規格的新一代解決方案。
整體而言，2017年SSD最大的變化在於技術規格的升級，如多通道PCIe SSD的快速崛起，以及讀寫效能、擴充性和省電方面的突破。展望2018年，隨著3D NAND記憶體良率與產能提升，與控制器、模組商技術精進，SSD產品效能勢將再寫新頁，市場滲透率亦將更形擴大。本活動邀集SSD領域重要廠商，前瞻未來技術規格的演進與市場應用趨勢。
物聯網自2014年台積電董事長張忠謀的演講中為業界所矚目，但IoT這個名詞最早可以追溯到1999年，大心電子副總經理陳志青(圖1)表示，截至2017年廣義的物聯網裝置達到100億個，不過預計2020年還將成長五倍達500億個。其中裝置不斷產生資料，而大量資料也帶動儲存需求，2017年人類產生的數位資料約25皆位元組(Zettabytes, ZB)，「皆」代表10的21次方，2025年更將產生163ZB的資料量。
IoT驅動固態儲存需求成長
在IoT的應用上，SSD與傳統的磁式儲存相較，有效能佳(High Performance)、可靠度高(Reliability)、低耗電(Low Power)、彈性構裝設計(Flexible Form Factor)等特點。陳志青說明，在效能部分，SSD的傳輸介面從1990年代採用PATA，傳輸速度約133MB/s，到2006年以後演進到SATA/SAS介面，傳輸速率提升為6~12Gbps，2013年以後再進化到PCIe介面加NVMe協定，Gen3版本四通道架構可以提供32Gbps的速率，傳輸效能也較SATA/SAS翻倍。
在可靠度部分，Flash為了維持資料完整性，建立了許多資料保護機制，如瞬間斷電回覆(SPOR)、錯誤檢查及校正(Error Checking and Correcting, ECC)等，一般而言SSD的年故障率(AFR)在1%以下，磁式硬碟則約3%。運作可靠性部分，SSD因為機械結構少，在抗震度、噪音甚至操作溫度區間都有不錯的表現。另外，SSD也透過監控軟體監測儲存單元的健康狀況，降低非預期的當機狀況。
控制器為Flash效能把關
而快閃記憶體Flash近幾年效能不斷提升，包括製程、儲存單元、堆疊層數、立體結構、傳輸介面等全面性的進步。不過也因為高速的發展，事實上，Flash顆粒會出現越來越多瑕疵，必須靠更多管理機制的協助，維持其效能，群聯電子創新技術研發事業群資深經理許江漢(圖2)說，這也是Flash需要搭載控制器(Controller)的主要原因。
Flash控制晶片負責資料保護，許江漢解釋，ECC技術因應Flash容量的提升，並走向3D立體化半導體結構，也從過去的BCH(Bose Chaudhuri Hochquenghem)發展到低密度奇偶修正碼(Low Density Parity Check, LDPC)。比起BCH演算法，LDPC擁有更高的解錯效能，如(圖3)所示。透過LDPC新一代錯誤修正技術，將能為3D TLC NAND帶來更高的錯誤校驗能力，進一步提昇資料穩定性及P/E Cycle，並搭配RAID ECC強化除錯率。
未來SSD的發展朝向M型化的兩端發展，許江漢進一步說明，高階的SSD很多是應用在遊戲上，製程採用非常先進的1x奈米(nm)，控制器內建多核處理器，並採用可靠性較高的MLC記憶體顆粒，導入OPAL 2.0機密技術，並搭載超級電容降低資料損失率。低階的SSD則以成本為重點，可能不搭載DRAM，並分享系統的記憶體HMB(Host Memory Buffer)，同時也不搭載AES加密，只跑兩通道、採用資料壓縮技術節省空間，支援較低階的記憶體，並使用更多Cell的顆粒。
工業應用高度客製化發展
工業應用在物聯網時代也是有高度潛力與市場的應用領域，與一般消費性的應用相較，英柏得科技總經理林傳生指出，工業應用SSD客戶是企業，並有高度客製化的需求，產品生命週期要求較長，約是五~二十年，品質要求也較高，要求長期技術服務支援，設計導入周期相對較長，應用領域則非常特定，作業環境也相當多元，並可能於嚴苛環境高溫、低溫、高震動與高塵環境下操作。
實際應用在如智慧量表(Smart Meter)、測量儀器、售票機、工廠自動化、工業電腦/筆電、POS系統、健康照護裝置、安控產品、自駕車與伺服器等。汽車導入智慧化與發展自架系統是近年非常熱門的領域，操作環境也與工業應用類似，包括車用影音、導航系統，資通訊系統、先進駕駛輔助系統(ADAS)、行車紀錄器、數位儀表與自駕車(Autonomous Driving System)等，都具備高度潛力。
整體而言，工業與汽車應用未來將持續發展，同時也帶動SSD在這些領域的應用與成長。林傳生認為，SSD有各種不同的規格、介面、容量、製程、操作需求等，工業與汽車應用在每個層次都要仔細定義，依照應用需求選定規格，並仔細調教，讓整個系統的效能與穩定性都達到標準，須注意的細節比消費性應用來的瑣碎與嚴謹。
利基型應用關鍵在滿足特殊需求
工業應用除了市場需求大，對於技術、穩定性的要求也較高，宜鼎國際工控Flash事業處副理林晨歡(圖4)說，相較於消費性應用，工業應用的Flash導入新產品的技術會慢一點，工控的記憶體顆粒預計在2018年才會採用3D TLC的產品，至於四cell的QLC可能還要晚於消費性應用導入的2020年，大概一到二年的時間。
在工業應用的模組類型上，M.2相較於標準的SATA的SSD構裝類型，林晨歡認為，M.2模組可以設計成較小的模組，對於物聯網的應用非常便利，同時其透過PCIe介面，可以提供高頻寬傳輸，另外也支援多重介面與應用，設計上非常彈性與便利，相信是未來工業應用的趨勢之一。
在各式不同應用的需求上，林晨歡舉例，伺服器的應用需要長時間運作，因為有大量資料需求，所以通常需要小體積與高容量的解決方案，同時智慧資料保留(Excellent Data Retention)技術與更長的產品壽命是這類應用的需求重點。在比較特別的航太與軍事應用上，首要重點就是安全(Security)，包括資料的安全抹寫(Secure Erase)，也就是將資料完全消除，終極的方式就是用高電壓將資料徹底燒毀完全無法回覆。另外如保護塗層(Conformal Coating)與100%資料完整性(Data Integrity)等，都是其特別的需求。
