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。 本文將對體系架構及其與內(nèi)存和存儲的交集做出更詳細地介紹。

　　存儲技術的含義是什么?

　　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構。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?，F(xiàn)在，大多數(shù)這些用例都是用傳感器直接到云架構(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——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，這也是中國必須建設自主存儲的原因。否則，技術上的受制于人，也將帶來物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的受制于人!