隨著大數據和人工智慧技術的迅速發展，對儲存解決方案的需求持續增加，尤其是以AI為核心的創新技術，對儲存容量和耐用性提出了更嚴苛的要求。

為了應對這些挑戰，慧榮科技在2024 OCP Global Summit分享了最新的研究成果。慧榮科技SSD韌體架構師David Wang參與了靈活資料放置（Flexible Data Placement; FDP）討論小組，並發表了『人工智慧應用中，高容量QLC SSD導入FDP所面臨的挑戰』的演講，深入探討相關技術應用。」

QLC以其大容量和高能效比等特點，成為目前讀取密集應用場景中的重要選擇。然而，在AI伺服器中，資料處理過程包括資料採集、準備、訓練及推理等步驟。在這一流程中，存取類型多樣化（如順序讀寫與隨機存取）、操作複雜（讀取、寫入、更新），存取資料大小不一（小塊資料與大型檔案混合），並且具有併發性等特徵。

「正因如此，儘管QLC SSD在讀取密集應用場景中表現出色，但在AI伺服器中卻面臨以下挑戰：

• 性能下降：當寫入操作頻繁時，QLC SSD容易出現較高的寫入放大係數（WAF），從而導致IOPS和吞吐量下降。
• 耐用性不足：QLC NAND快閃記憶體的PE cycle通常較低，這使得磁碟每日寫入量（DWPD）減少，影響了SSD的整體壽命。

為了解決上述問題，慧榮科技採用靈活資料放置技術（Flexible Data Placement, FDP），作為提升QLC SSD性能與耐用度的理想解決方案。

根據慧榮科技的實測數據，基於MonTitan™ 16TB PCIe Gen5 QLC SSD，採用FDP技術方案可以帶來以下優勢：

• 降低寫入放大係數（WAF）FDP技術能顯著減少不必要的寫入操作，從而大幅降低WAF。測試數據顯示，啟用FDP後，WAF從5.5降至1，同時IOPS從120K提升至725K。
• 改善磁碟每日寫入量（DWPD）同樣地，FDP 有助於提升DWPD。在特定條件下，SSD的DWPD可達到 0.96。
• 最大化性能，最小化負面影響FDP不僅提升了性能指標，還減少了低PE週期QLC NAND對整體性能的負面影響，確保長期穩定運行。

從上述圖表可以看出，具備 FDP 的 SSD，不僅在 WAF 方面低於未使用 FDP 的 SSD，還展現了寫入吞吐量的提升。降低的 WAF 表示資料管理更加高效，減少了資料重寫的需求，進而提升了 SSD 的耐用性和性能。寫入吞吐量的增加顯示出 FDP 能夠加快資料寫入速度，讓 QLC SSD 更適合用於寫入密集型應用，同時延長其壽命。

考量到現代資料中心對高效能儲存解決方案的需求，特別是在支援AI訓練和推理的環境中，慧榮科技提出了以下幾個設計重點以確保最佳用戶體驗：

減少DRAM使用以控制成本

• 採用可配置的IU（Indirection Unit）設計，如16K IU適用於大容量驅動器。

• 利用硬體輔助的位元打包L2P條目進一步節省L2P表空間： 例如，使用33位元條目（而非40 位元）來定址8G IU，可以進一步將L2P 表的大小縮減至17.5%。
• 減少大IU上小型寫入導致的WAF： 支援4K IU的RUH和16K IU的RUH。應用程式可將小規模寫入操作放置在4K IU的RUH上，以降低寫入放大。

多命名空間下的QoS和性能一致性

透過慧榮科技獨有的PerformaShape™技術，調整每個命名空間的讀寫性能，降低因為noise neighbor和資源競爭造成的租戶間性能不穩定問題。

實際測試顯示，啟用PerformaShap技術後，讀取和寫入的一致性分別提升了 21%和31%。

隨著這項創新方案的廣泛應用，我們相信，未來的資料中心將變得更加高效且更具成本效益，以因應資料量快速成長的需求。慧榮科技將持續致力於推動儲存技術的進步，為各行各業提供更強大的資料處理能力。