英特爾中國晶圓廠的與眾不同
?2019年11月下旬，DOIT記者有幸去到了傳說中的英特爾大連工廠。據(jù)了解，英特爾大連工廠有1.5萬平方米的潔凈空間，參觀區(qū)潔凈空間里的人并不多，遠遠看過去，只有三三兩兩全副武裝的工作人員在其中走動，遠處還擺放著一些機器（可能就有光刻機），頭頂上方一臺臺忙碌的小機器人拿著晶圓正在天花板上快速穿梭，這里消耗的晶圓大都變成了SSD NAND顆粒。
英特爾非易失性存儲方案事業(yè)部副總裁、英特爾大連存儲技術(shù)與制造基地總經(jīng)理梁志權(quán)曾在很多不同地區(qū)和晶圓廠工作過，從梁志權(quán)的介紹中，能感覺到中國的這個晶圓廠還是很了不起的，尤其在執(zhí)行力和辦事效率上最令人印象深刻。
英特爾大連工廠于2007年開始建設(shè)，2010年開始生產(chǎn)晶圓，2012年就得到了英特爾內(nèi)部最高的團體獎項——英特爾質(zhì)量金獎，表彰其在質(zhì)量控制上的表現(xiàn)，這點與英特爾大連工廠在紀律性上的卓越表現(xiàn)有很大關(guān)系。
此前，當(dāng)大連工廠開始投產(chǎn)的時候，英特爾派了很多人去美國亞利桑那州的工廠學(xué)習(xí)，學(xué)成歸來后，生產(chǎn)同樣產(chǎn)品的大連工廠各種質(zhì)量參數(shù)都比美國亞利桑那州的工廠還要好。為了搞清楚為什么“徒弟”比“師傅”做的還好，美國亞利桑那州工廠又反過來派人到大連工廠學(xué)習(xí)。
類似的事情不止于此，美國亞利桑那州工廠的人發(fā)現(xiàn)，英特爾大連工廠的員工會更重視按照要求來操作生產(chǎn)流程，紀律性非常高。
不僅質(zhì)量管理水平高，英特爾大連工廠建廠的速度，擴大產(chǎn)能的操作也很快。在2015年開始生產(chǎn)3D NAND顆粒，2017年市場上3D NAND出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面后，工廠很快就新建了Fab68A晶圓廠。
作為一個現(xiàn)代化的晶圓廠，大連工廠內(nèi)部自動化生產(chǎn)程度非常高。此前，英特爾與美光合作緊密，工廠里用的是美光研發(fā)的自動化生產(chǎn)管理軟件，硬件部分是英特爾的，聯(lián)合開發(fā)的3D Xpoint推出后不久，兩家宣布分手。
然而使用由美光研發(fā)的軟件便意味著英特爾的生產(chǎn)線隨時可以被控制，基于此，在英特爾員工的合力研發(fā)下，原本可能需要兩三年時間來切換的系統(tǒng)，英特爾大連工廠最終只用了兩三個月。當(dāng)所有人以為生產(chǎn)線要停滯兩三周時，英特爾大連工廠最終做到了零關(guān)閉。
對于資金投入巨大的晶圓廠產(chǎn)線來說，質(zhì)量水平和生產(chǎn)時間都異常重要，每強化一點帶來的收益是非常巨大的，而英特爾大連工廠在執(zhí)行力和紀律性上非常有優(yōu)勢，這也是英特爾大連工廠的獨特之處。
英特爾存儲發(fā)展戰(zhàn)略與落地布局
英特爾大連工廠的發(fā)展節(jié)奏始終與英特爾存儲的發(fā)展步伐保持一致，英特爾中國區(qū)非易失性存儲事業(yè)部總經(jīng)理劉鋼七年來一直從事相關(guān)工作，從劉鋼的介紹中了解到，自2012年到2019年，英特爾非易失性存儲業(yè)務(wù)營收增長了10倍。不過，英特爾存儲產(chǎn)品中除了NAND SSD方案，還有傲騰（Optane）。
從劉鋼的介紹中了解到，英特爾之所以在SSD領(lǐng)域投入大量人力、物力，主要是由于磁盤響應(yīng)CPU的速度過慢，因而需要SSD在部分場景中取代磁盤。然而，由于市場上的DRAM內(nèi)存都是2D平面架構(gòu)（業(yè)內(nèi)其實有對于3D DRAM探索），不支持堆疊，提升系統(tǒng)性能所需的內(nèi)存容量增長速度也較慢，容量提升速度遠不如NAND。
雖然NAND技術(shù)由來已久，但直到近年來才開始加速發(fā)展。一方面，從SLC、MLC、TLC到QLC的發(fā)展提升了NAND芯片的容量。另一方面，3D NAND的堆疊技術(shù)也在提升容量。在NAND技術(shù)演進的道路上，英特爾走在了行業(yè)的前列，2018年就率先發(fā)布了QLC SSD，最近又發(fā)布了采用96層QLC NAND的SSD——665p。
從劉鋼的介紹中了解到，3D NAND的堆疊技術(shù)方案有兩大派系，一種是浮柵技術(shù)（Floating gate），另外一種是電荷擷取（Charge Trap）技術(shù)。
如上圖所見，浮柵技術(shù)的上下單元之間是分離的，而電荷擷取技術(shù)上下層之間是連通的，當(dāng)兩者都是幾十層水平時，差異不大，當(dāng)變?yōu)閹装賹又?，采用電荷擷取技術(shù)的NAND上下電荷之間會發(fā)生串?dāng)_，隨著時間的推移，電子會流失，會造成數(shù)據(jù)不可靠。而浮柵技術(shù)雖然工藝更復(fù)雜一些，但是在數(shù)據(jù)保留方面更可靠一點。
浮柵技術(shù)方案在數(shù)據(jù)可靠性方面的優(yōu)勢
因此，在NAND層數(shù)越來越高的時候，浮柵技術(shù)更有優(yōu)勢，英特爾采取的是浮柵技術(shù)方案，也就是說可以把3D NAND做到更高層，實現(xiàn)更高的存儲密度。
同樣支持堆疊技術(shù)的還有3D Xpoint（傲騰的介質(zhì)）。劉鋼透露道，下一代3D Xpoint就有堆疊技術(shù)上的創(chuàng)新，第一代的3D Xpoint是2個Deck，而下一代的3D Xpoint會變成4個Deck，簡單看就是容量翻倍。如果把3D Xpoint做成傲騰持久內(nèi)存的話，理論上說，單臺服務(wù)器的內(nèi)存極限將進一步提升。
從SLC到QLC，延遲不斷加劇
從SLC到QLC，吞吐帶寬不斷下降
然而，英特爾意識到只靠NAND增長容量是無法滿足需求的，從SLC到QLC使用壽命越來越不理想，而且?guī)捲絹碓降?，訪問延遲越來越高，跟DRAM的差距越拉越大，于是英特爾選擇用NAND和傲騰兩種方案并行的方式，一邊持續(xù)演進NAND，一邊用傲騰填補內(nèi)存和NAND SSD在性能和容量上的鴻溝。
劉鋼還分享了數(shù)據(jù)緩存分層的90/10原則，即在一個存儲層中，90%的時間都在訪問其中10%的數(shù)據(jù)，然而實際應(yīng)用中，需要將常用的10%的數(shù)據(jù)放在性能更高的介質(zhì)上，這就是存儲分層之間的大致關(guān)系。3D Xpoint（傲騰的介質(zhì)）的出現(xiàn)填補了DRAM和NAND之間的鴻溝，讓數(shù)據(jù)從計算層到存儲層的流動更為順暢。
多種多樣的傲騰落地方案
傲騰能夠在多樣化應(yīng)用場景中使用。在實踐中，傲騰的應(yīng)用類型可以分為兩類，一種是當(dāng)作內(nèi)存用，雖然性能略遜于DRAM，但價格比DRAM便宜，可部分替代內(nèi)存；一種是用作SSD，延遲比NAND SSD低，但耐久性比NAND SSD要高很多。
在實際應(yīng)用中，傲騰技術(shù)首先在互聯(lián)網(wǎng)公司落地，其中：
百度把英特爾傲騰固態(tài)盤+英特爾QLC SSD的方案用在了其智能云平臺上，打造了高性能的全閃解決方案，不僅IOPS更高、更穩(wěn)定，為AI、高性能計算提供統(tǒng)一接口的對象存儲服務(wù)，而且TCO還降低了60%。
騰訊云用了傲騰數(shù)據(jù)中心持久內(nèi)存來打造Redis內(nèi)存資源池，提升了單臺設(shè)備的內(nèi)存容量，讓騰訊云在同等成本下獲得了更高的Redis數(shù)據(jù)庫服務(wù)能力。
阿里則把Polar DB的Journal放在傲騰SSD上，將Polar DB數(shù)據(jù)庫性能表現(xiàn)提升了幾倍，延遲更低，吞吐帶寬更高，整體高QoS表現(xiàn)令人眼前一亮。
快手使用傲騰持久內(nèi)存來支撐其推薦系統(tǒng)和Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫方案，在對應(yīng)用進行優(yōu)化調(diào)整后，整體方案的性能與原有純DRAM方案相差無幾，但TCO降低了大約30%。
隨著應(yīng)用的深入，一些應(yīng)用還挖掘到了傲騰持久內(nèi)存的非易失性，使得一些大型應(yīng)用的故障恢復(fù)時間從原來幾個小時變成幾分鐘。這一特性在快手等用戶的大型系統(tǒng)方案中均有體現(xiàn)。
在一些大型公有云數(shù)據(jù)中心里，傲騰持久內(nèi)存被用作云主機（虛擬機）的內(nèi)存，將DRAM用作傲騰持久內(nèi)存的緩存層，云主機服務(wù)的成本進一步降低，這已成為部分云廠商在競爭中碾壓對手的一個有力手段。
除了互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心外，傲騰在越來越多的行業(yè)得到了應(yīng)用。
諸如，中國電信四川ABM系統(tǒng)中使用傲騰固態(tài)盤來滿足REDO系統(tǒng)所需要的高并發(fā)、大數(shù)據(jù)量、響應(yīng)速度等較高要求。
在海鑫科金掌紋識別系統(tǒng)中，傲騰持久內(nèi)存部分替代了內(nèi)存存儲池存儲比對樣本，用更有成本優(yōu)勢的傲騰持久內(nèi)存方案，打造了性能不遜于原有DRAM方案的內(nèi)存池。
英特爾雙端口NVMe SSD——DC 4800X有雙控高可用設(shè)計，被視為打造高可用企業(yè)存儲方案的有力武器，不僅在全球范圍內(nèi)有諸如戴爾易安信PowerMax的使用，在中國，浪潮也于近期攜手英特爾在其中端存儲AS5000G5中進行應(yīng)用。雙端口固態(tài)盤的推出將會讓傲騰在企業(yè)級存儲市場發(fā)揮更大價值。
傲騰的應(yīng)用案例還有很多，目前用戶對傲騰的應(yīng)用水平大致分為兩個階段，初級階段是單純的替換硬件，比如傲騰持久內(nèi)存的Memory Mode就是單純的將傲騰持久內(nèi)存當(dāng)內(nèi)存來用，高級階段的應(yīng)用比如傲騰持久內(nèi)存的App Direct Mode則需要對應(yīng)用做一些修改。
比如青云在NeonSAN分布式存儲方案中使用了傲騰SSD，其中的iCAS緩存加速軟件，能夠自動識別冷熱數(shù)據(jù)后進行分層，而這個軟件就是英特爾免費提供的。同時，英特爾還開放了Open CAS架構(gòu)，用戶可以基于Open CAS架構(gòu)做優(yōu)化。
對普通用戶來說，英特爾傲騰方案相對依然有一定的技術(shù)門檻，如果想要充分發(fā)揮傲騰的優(yōu)勢，還需要在硬件和軟件上做許多優(yōu)化，而對于想輕松應(yīng)用傲騰方案的用戶來說，最直接的辦法就是選擇軟硬一體的OEM解決方案。
目前來看，浪潮便可以提供傲騰OEM解決方案，比較典型就有軟硬一體的Ceph分布式存儲方案，從浪潮公布的數(shù)據(jù)可見，浪潮提供的傲騰固態(tài)盤優(yōu)化Ceph方案在同等TCO的情況下，Ceph集群容量，性能有大幅提升。
結(jié)語
在2019年，英特爾傲騰在更多場景下普及和落地，為大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、企業(yè)用戶等帶來較高的業(yè)務(wù)價值，也讓越來越多的用戶也了解到傲騰的應(yīng)用價值。
英特爾以傲騰和3D NAND為主的存儲架構(gòu)革新非常具有創(chuàng)新性，其中，傲騰還非常具有顛覆性。目前來看，在2019年市場上與傲騰定位類似的方案出現(xiàn)了好幾個，這也從一個側(cè)面證實了傲騰的遠見性。
從諸多應(yīng)用案例中能看到，傲騰的許多經(jīng)典案例應(yīng)用場景都出現(xiàn)在中國，這也意味著中國企業(yè)的創(chuàng)新熱情給傲騰留下了廣闊的發(fā)展空間。而創(chuàng)新與顛覆并非一朝一夕的事情，英特爾正在為下一代傲騰做準備。2020年，英特爾會發(fā)布下一代傲騰，隨著其普及步伐的進一步加速，我們有理由相信傲騰的差異化的價值將進一步發(fā)揚光大。
