随着数据量的激增和对能效的更高要求，数据中心存储技术正面临新一轮变革。2025年3月，Meta在其技术博客中提出将QLC SSD定位为数据中心存储架构中的“中间层”，介于传统HDD和TLC SSD之间。这一策略旨在应对HDD性能瓶颈和TLC成本压力，为超大规模（Hyperscaler）数据中心提供新的选择。
HDD的性能瓶颈与分层困境
HDD因其较低的每TB成本和相对稳定的功耗，一直是数据中心冷存储和归档存储的主力。然而，Meta指出，随着HDD容量持续增长（如从16-20TB到更高密度），其I/O性能未见显著提升，导致带宽每TB（BW/TB）逐年下降。这种趋势使得部分“热数据”（频繁访问数据）响应受限，迫使工程师采取两种应对措施：一是将热数据迁移至TLC SSD层以提升性能；二是通过预留空间（OP）存储容量弥补不足。然而，TLC SSD每TB成本较高，难以全面替代HDD，而预留空间则增加了采购和运营成本，与效率优先的原则相悖。Meta认为，QLC SSD可作为HDD与TLC之间的折中方案，填补这一性能与成本的鸿沟。
QLC SSD的技术特性与定位
QLC闪存自2009年问世，因每单元存储4位数据（相比TLC的3位和SLC的1位）而具备更高存储密度，理论上能以更低每TB成本提供大容量存储。然而，其早期发展受限于容量（通常小于32TB）、写入耐久性（Endurance）较弱及成本竞争力不足，普及速度较慢。近年来，NAND技术进步显著改善了这些短板。例如，2Tb QLC NAND Die和32-Die堆叠设计的应用，使QLC SSD密度快速提升。Meta预测，QLC SSD的密度将在短期内开始超越TLC，并在长期内持续领先，从而推动服务器和机架层面的字节密度（Byte Density）提升，同时降低每TB的采购和功耗成本。
性能方面，QLC SSD定位于HDD与TLC之间，适合带宽需求在10-20 MB/s/TB的负载，包括依赖16-20TB HDD性能的场景及当前使用TLC的大型批处理I/O任务。这些任务对性能要求不高但需优于HDD的响应速度，QLC恰好适用。此外，因NAND闪存功耗主要来自写入，而Meta目标负载以读带宽密集型为主，写入需求较低，QLC在能效上表现出色。不过，其写入耐久性仍低于TLC，需针对读写比例较高的场景优化使用。
Meta的QLC实践：硬件与软件的协同探索
Meta已与行业伙伴合作推进QLC SSD部署，其中与Pure Storage的协作尤为突出。Pure Storage的DirectFlash Module（DFM）和DirectFlash软件提供可靠的QLC存储方案，利用现有NAND封装技术可将容量扩展至600TB。此外，Meta与多家NAND供应商合作，计划集成标准NVMe QLC SSD，以确保供应商多样性和成本竞争力。
硬件形态选择上，Meta认为E1.S虽在TLC部署中表现优异，但因尺寸限制NAND封装数量，不适合QLC长期扩展。相比之下，U.2-15mm规格尺寸广泛支持性和可扩展性（容量可达512TB）更具优势，而E3规格尺寸市场分裂（四种变体）和未带来额外价值而被冷落。Meta还设计了兼容DFM和U.2的服务器插槽方案，目标将QLC服务器字节密度提升至现有最密集TLC服务器的6倍。为支持高密度和高吞吐量，系统需配备更强的CPU、更快的内存和网络子系统，硬件协同优化成为关键。
软件适配方面，Meta的QLC系统因高密度和定位于HDD之上，对吞吐量要求远超传统单服务器。为此，软件栈需在多核CPU和多插槽架构上高效分配数据和计算，减少触点并按I/O类型分离。Pure Storage利用Linux用户空间块设备驱动（ublk）和io_uring技术，实现零拷贝（Zero Copy）并与用户空间闪存转换层（FTL）协同；其他供应商的NVMe QLC SSD则通过io_uring直接交互。QLC读写吞吐量差异显著（读取可达写入4倍以上），且读操作对延迟敏感，Meta需调优速率控制器和I/O调度器以避免写操作干扰。
QLC在AI与行业中的潜力
AI应用的兴起推动存储需求向AI推理和大规模模型存储扩展。Meta认为，QLC SSD在这些读密集场景中具备优势，因其高密度和读性能适合频繁更新但不需高频重写的数据集。TrendForce研究也指出，QLC适用于读密集型AI负载、内容分发网络（CDN）和机器学习应用。Solidigm的D5-P5336 QLC SSD测试显示，其在AI训练检查点任务中表现不俗，虽在写密集场景逊于TLC，但在容量和效率上足以支持AI存储流水线部分需求。
行业层面，QLC已获多家厂商关注。Pure Storage的DFM架构证明其可处理主流负载；Solidigm的122TB QLC SSD显示其可缩减3倍机架空间、降低20%能耗和31%总成本；Dell的PowerScale和NetApp的部分平台也已集成QLC。这些进展表明，QLC正从冷存储向主存储演进。然而，行业内也存在不同看法，例如有人认为双磁臂（Dual Actuator）HDD可作为短期内的替代方案，或指出QLC在耐久性与容量间的权衡使其仅适用于读写比10:1以上的场景。
现状、挑战与未来展望
Meta承认，QLC成本虽低于TLC，但尚未达到全面替代HDD的竞争力，其当前优势集中于能效提升和特定场景优化（如读带宽密集型负载）。随着闪存供应商改进工艺（如YMTC宣称QLC耐久性已达TLC水平）并扩大生产，成本有望下降，适用范围或将拓宽。然而，QLC的写入耐久性短板和软件适配复杂度仍是挑战，尤其在混合负载场景中需谨慎评估。
行业专家还提到其他技术可能性，如伪SLC（Pseudo-SLC）模式，通过动态调整存储密度提升性能。这些因素可能影响QLC的市场定位，但Meta的实践无疑为行业提供了参考方向。
结语：QLC的现实意义与待解课题
Meta将QLC SSD定位为数据中心存储新中间层的探索，展现了其在成本、容量和性能间寻求平衡的努力。凭借高密度和能效优势，QLC在超大规模数据中心及AI场景中展现潜力，但其落地需克服耐久性、成本和系统优化的挑战。未来，随着技术成熟和生态完善，QLC或将在存储分层中占据一席之地，值得持续关注。
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参考资料：Meta Storage Team. (2025, March 4). A case for QLC SSDs in the data center. Facebook Engineering Blog. https://engineering.fb.com/2025/03/04/data-center-engineering/a-case-for-qlc-ssds-in-the-data-center/
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文|Andy730公众号
