物聯(lián)網(wǎng)風起 我國亟需建設自主存儲

　　“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)和允許非預期應用程序，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NAND銷售，從而使Micron的利潤得以增加。 本文將對體系架構(gòu)及其與內(nèi)存和存儲的交集做出更詳細地介紹。

　　存儲技術(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“未來計算”的演講，強調(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。我鼓勵大家去聽YouTube視頻，下面給出了他所概述的一些要點，所有這些都與NAND(和其他形式的NVM)相關：

　　“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)移動到云端。”“60%的有價值的傳感器數(shù)據(jù)在毫秒內(nèi)失去價值[...]”“(...在2017年是歷史上第一次) 我們在全球手機中的存儲量和計算能力都超出了數(shù)據(jù)中心的存儲量。”

　　鑒于這些趨勢，Welser的結(jié)論是，計算的挑戰(zhàn)是將計算轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)上，因為規(guī)模和延遲限制將使其無法做任何事情。如果他是對的，存儲技術(shù)的含義是什么?他不會花時間在他的演講上，但也許我們可以花點時間來探討一下。

　　上述Welser概述的第一個也是最明顯的趨勢是，NAND對解決方案空間至關重要。spinning rust不適合這種情況。它根本無法處理生成大量機器數(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，當然不是。NAND的批評者正確地指出，NAND并不是實時環(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)利級別也不高。這使得NAND不太適用于實時傳感器環(huán)境，在這種環(huán)境下，系統(tǒng)性能對于輸入的響應必須被精確地執(zhí)行，并且滿足功率預算的嚴格配給。

　　目前市場上的一個競爭對手，例如，Everspin Technologies，正在將其MRAM產(chǎn)品出售給實時嵌入式應用。IoT傳感器設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，但由于其低成本和密度優(yōu)勢，因此NAND仍然是速度(bits)和經(jīng)濟(dollars)的主力。事實上，支持IoT的新型持久存儲器計算架構(gòu)在整個解決方案領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的應用

　　那么，在新興的IoT架構(gòu)中，NAND將會有哪些特別的應用?下面這個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、相對低功耗和廉價的內(nèi)存來處理、收集、歸檔和分析傳感器數(shù)據(jù)?？紤]一下，飛機管理系統(tǒng)的情況和連接到發(fā)動機和機身的無數(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)關和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須能夠收集這些數(shù)據(jù)并對其進行預處理。如果考慮到與整個機身相結(jié)合的引擎輸入，在這樣一個環(huán)境中，甚至一小時數(shù)據(jù)可以聚合成PB級的存儲空間。

　　而且這只是一個中等規(guī)模的例子。事實上，很難把握正在進行某些大型項目的規(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軟件定義的望遠鏡。它在南非和澳大利亞建成，預計將在2021年開始服務。預計在第一階段，望遠鏡每秒將產(chǎn)生大約160 TB的原始數(shù)據(jù)，需要通過exascale類的超級計算機進行存儲和分析。這相當于超過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)量預計為200 EB。大規(guī)模本地存儲將是體系架構(gòu)的基本要求。顯而易見的是，任何能夠處理此數(shù)據(jù)流的計算架構(gòu)必須將重要的計算和存儲能力集中在邊緣。

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

　　這里有一個簡單的方法來看待這么多移動數(shù)據(jù)的問題。假設我們想通過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還有很長的路要走，所以讓我們將數(shù)據(jù)增加到10,000 TB，將網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸提升到10Gbps的鏈路。這將需要三個月，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，每個移動基站達到10Gbps，總共帶寬將與潛在的100萬個連接設備共享。計算和分析必須走向邊緣，這意味著網(wǎng)關和分析服務器將不得不適應需要分析和減少的大量數(shù)據(jù)。

　　這一結(jié)論反映在當前關于萬維網(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，到2020年，總的網(wǎng)絡流量將從今天的1.1 ZB數(shù)字增加到2.3 ZB。與此形成鮮明對比的是，IDC最近估計，到2025年，每年將生成163個ZB數(shù)據(jù)。顯然，像大型科學和大型監(jiān)視這樣的巨大應用將壓倒任何不專注于邊緣數(shù)據(jù)捕獲和實時處理和分析的體系結(jié)構(gòu)。這是NAND閃存的領域。

　　我們再來考慮另外一個案例，可作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)洪流的一個很好的例子。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)。(美國有53個SMSAs，人口超過100萬)

　　構(gòu)成“智能電網(wǎng)”的大型應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，這只是一個開始，根據(jù)城市的新聞稿：

　　這個3200臺智能傳感器的部署將是世界上最大的城市“物聯(lián)網(wǎng)”平臺的部署。 [...]城市將安裝智能節(jié)點，可以使用實時的匿名傳感器數(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)和嚴重傷害。

　　IoT對NAND的挑戰(zhàn)

　　應該清楚的是，這些應用程序在財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，我們可以很容易地預見到，隨著時間的推移，物聯(lián)網(wǎng)所有組件的需求將會呈指數(shù)級增長。NAND閃存對解決方案空間至關重要，對NAND的需求將相應增長?？聪旅娴膱D表，Cisco的顧問通過用例繪制了IoT實施的挑戰(zhàn)。

　　請注意右側(cè)的用例“聚合”級別空間如何擴展。隨著用例復雜性的增加，越來越多的數(shù)據(jù)被生成，必須在精細數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心之前進行分析和預處理。這是NAND應用的領域。 另一個關鍵的挑戰(zhàn)是，即使需要滯留在云中的數(shù)據(jù)，也必須快速(如果不是實時的)進行數(shù)據(jù)分析，以便可以獲得系統(tǒng)范圍的目標。例如，一個自主車隊應用程序。汽車中的邊緣系統(tǒng)可能會對外部事件做出回應(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，將車輛上網(wǎng)關系統(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)關系統(tǒng)，執(zhí)行適當?shù)姆治?，并為云生成相對簡單的更新包。根?jù)從網(wǎng)關收到的數(shù)據(jù)和建議，云端車隊管理系統(tǒng)將及時重新配置和平衡其車隊可用性數(shù)據(jù)庫，以盡可能地滿足客戶服務目標。

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

　　1.機器生成的數(shù)據(jù)只是開始對整體存儲需求產(chǎn)生影響。隨著實施在當前十年的平衡發(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。由于長達兩年的時間導致NAND晶圓(fab)的出現(xiàn)，供應商已經(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。(特別是中國供應隱憂的“幽靈”)

　　2.IoT還處于起步階段，還有幾個重要的技術(shù)基礎需要建設。其中大部分是與傳感器和邊緣網(wǎng)絡相關的。例如，傳感器需要進行自配置和上下文感知，因此不需要實施規(guī)劃來部署它們。 這方面的工作正在進行中，但目前尚無標準。目前的工作共識是，隨著標準的編纂和實例化，在這個十年期間，IoT的實施將會演進。 翻譯過來就是，IoT火車剛剛離開車站，部署將在這十年結(jié)束時迅速開始加速。

　　3.智能手機日益成為一個IoT邊緣設備。這是診斷和性能應用程序的直接功能，它們通過手機或連接的設備(如智能手表和性能帶)收集重要的醫(yī)療數(shù)據(jù)。在個領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)項目。

　　4.工業(yè)部署已經(jīng)并將繼續(xù)推動 IoT的早日采用，因為正在進行投資案例的令人信服的回報。現(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 )來實現(xiàn)的，因此驅(qū)動數(shù)據(jù)中心的需求而不是邊緣。隨著 IoT標準的成熟和應用的不斷發(fā)展，這將會發(fā)生改變。據(jù)估計，到2022年，這個市場的價值接近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)動內(nèi)存業(yè)務進入21世紀20年代的十年。NAND供應商將成為新興IoT浪潮的最大受益者，因為它的波峰在它的尾跡留下數(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估計有5倍。至少在接下來的10年里，應用程序?qū)暇€，這將導致大量的NAND需求，而目前許多行業(yè)分析師并沒有預計到這一點。至少，這一巨大的需求將推動整個行業(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(無論在中國還是在沒有中國的情況下)。在我的模型中，最可能出現(xiàn)的情況是，該行業(yè)正進入一段時期——可能到明年，肯定是在2019年——NAND長期供應不足，其后果在這一點上很難被完全理解。有一件事是肯定的——定價將是強勁的。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。這是兩個晶圓廠。中國怎么樣?不要指望中國騎兵會來救援。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。 這對中國來說彌補差距是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器的預期商業(yè)化，DRAM將不會為那些能夠更好地滿足IoT設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)不太可能推動增量的DRAM需求，除非我們預計在20世紀初期將要上線的新內(nèi)存不能像預期那樣出現(xiàn)。否則，我預計DRAM需求將在2021年的時間內(nèi)開始下滑，因為3D XPoint Gen2/3引領的這些新內(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這些新內(nèi)存的定位。

　　請注意，這種定位是否意味著IM XP產(chǎn)品系列的市場份額以及Micron“新內(nèi)存”的市場份額。如你所見，XP的后代將比20世紀20年代期望的新一代ReRAM技術(shù)更快、更廉價。即使如此，Micron在這張幻燈片中清楚地表明，XP將永遠不會成為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，可能對于IoT應用來說將具有更大的吸引力，因為它的功率負載系數(shù)應該遠低于DRAM。

　　留給Micron的是什么?兩個詞總結(jié)——增長和盈利。誠然，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)存應該會隨著DRAM的下降而上升。隨著需求方面重大問題的解決，制造商的定價能力將會很強。那么這種情況下的風險在哪里呢?一個詞——執(zhí)行。 Micron仍然存在的核心問題是執(zhí)行。具體來說，我們什么時候可以看到XP Gen 2的發(fā)布和升級?我們什么時候會看到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，并且獲得市場信心，TAM可用于這些內(nèi)存，陪審團將繼續(xù)留在外面，不管NAND這個行業(yè)有多好。

　　為什么必須建設自主存儲

　　目前，紫光旗下的長江存儲已經(jīng)研發(fā)出了國產(chǎn)32層堆棧的3D NAND Flash，預計2018-2019年間量產(chǎn)，2020年技術(shù)上有望趕超國際先進水平。2016年3月，長江存儲啟動了武漢存儲器基地建設，總投資240億美元，計劃2018年投產(chǎn)，2020年形成月產(chǎn)能30萬片的規(guī)模。但是與三星等國際先進企業(yè)相比，無論是在技術(shù)上還是產(chǎn)能上，長江存儲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的應用會非常廣泛，作用也會愈發(fā)重要，出現(xiàn)的各種裝置和新興應用都會用到NAND。中國，為了迎接即將到來的物聯(lián)網(wǎng)時代，與世界攜手共同推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步，實現(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)，這也是中國必須建設自主存儲的原因。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!