全闪存替换机械硬盘正当时
lulu666  2024-06-29 14:16  发布于中国

作为新一代的存储介质SSD,凭借性能、能耗方面的明显优势,近几年正在对不同种类的硬盘形成围剿之势,随着SSD技术升级以及成本下降,先后淘汰了15K高性能HDD、10K高性能HDD、PC HDD,目前剩下最后一类品类的硬盘-容量型HDD。随着SSD的主要部件NAND Flash层数跃升到200层以上,SSD容量进一步上升,成本进一步下降,全面替换容量型HDD已经提到日程。对于中国数字产业而言,应当利用这个趋势,通过部署先进技术、淘汰落后技术,改变硬盘产业技术布局空白的局面,促进中国存储产业供应链的全面安全。 

一、SSD成本已经达到了业界的Sweet Spot,全面替换硬盘条件已经成熟

新技术替换旧技术,并不需要等到新技术成本完全低于旧技术才发生。比如早期硬盘(HDD)替换磁带(Tape)并不是因为HDD比Tape便宜,而是因为HDD性能远远高于Tape,导致Tape市场空间从百亿美元市场萎缩到几亿美元,直到今天,HDD的成本依然是Tape的2-3倍。业界有个判断,当新技术的成本下降到一个临界点,并不一定比旧技术成本低,大规模的替换就会发生,这个临界点被称为Sweet Spot(甜点)。

1、 新介质大规模替换旧介质的Sweet Spot是3倍成本左右。

2006年,利用NAND Flash构建的固态硬盘SSD开始出现,其IOPS性能比硬盘提高百倍,能耗更低、更安静,但由于其价格比普通SSD高30倍,比15K企业盘高7倍,并没有被大规模使用。到了2011年其成本下降到15K企业盘的3倍左右,15K企业盘被大量替换,2015年左右,硬盘厂商宣布不再生产15K企业盘,标志15K企业盘走向消亡;2015年,SSD成本达到10K企业盘的3倍,导致10K企业盘3年后停产;2021年底SSD的成本达到PC HDD的3倍,导致PC HDD出货萎缩,从高峰160亿美元减小到2023年约28亿美元。通过上述观察我们得到一个现象,当SSD价格下降到某类HDD价格的3倍左右时,将引发大规模的替代情况的发生,3倍价格是SSD规模推广的Sweet Spot。

2、2023年SSD成本已低于容量型HDD的3倍,标志着容量型HDD替换开始。

近两年随着SSD主要成本部件NAND Flash生产技术的进一步突破,多个厂商开始供货200层以上的NAND Flash颗粒。2022年,美光7月宣布量产232层NAND Flash,12月出货,三星11月宣布量产236层NAND Flash,而中国公司长江存储232层NAND Flash最早11月份在市场上购买到实物,成为真正最早零售出货的厂商之一。NAND Flash的成本进一步下降,导致SSD的成本最低下探到容量型HDD的2.3倍,为全面替换容量型HDD打开了空间。

二、硬盘产业被外资垄断,国产存储产业供应链安全存在隐患

1、硬盘总体市场在萎缩

当前硬盘市场总体在萎缩,包括三个方面的市场,情况略有不同:PC HDD已经从169亿美元下降到28亿美元,未来几年会持续下滑;高性能HDD从40多亿美元下滑到7亿美元,也已经进入生命周期倒计时;容量型HDD作为低成本存储介质,依然还有约140亿美元空间,近几年随着HAMR技术的出现,成本有可能进一步降低,和SSD通过多层堆叠技术降低成本处于竞争态势。

2、硬盘产业被外资垄断,国内IT基础设施严重依赖硬盘

硬盘产业被希捷(美国)、西数(美国)、东芝(日本)三家厂商垄断经营,没有其他硬盘厂商参与。中国在硬盘技术上的布局基本为空白,在读写磁头、磁头控制芯片、盘片技术和磁粉技术上,都存在较大差距,并且被专利所限制。近几年,我国数据存储市场快速增长,但主要采用HDD机械硬盘,中国IT基础设施先进存力的占比24.7%(全闪存部署率),远远低于发达国家的先进存力占比52.8%,大量IT应用依然部署在硬盘上,我国IT基础设施的可持续供应存在安全隐患。

3、自研硬盘从商业和技术角度不划算

如果通过布局硬盘产业,解决硬盘国产化的问题,面临以下三个方面的挑战:硬盘技术依然存在较大的技术壁垒,突破这些壁垒需要花费5-7年时间,才有可能提供成本和性能都能满足商用化的产品;硬盘的专利技术很难绕开,绕不开专利的国产的硬盘只能在小范围内销售;硬盘总体市场依然在萎缩,有可能经过5-7年研发出硬盘后,市场被SSD所替代,硬盘国产化投资无法形成商业利益。

三、加快推进容量型HDD的更新替换,构建存储产业安全的产业链

因此,解决硬盘供应链的问题不应该将投资到硬盘生产这样的落后技术产能上,应该利用先进存力替换落后技术,通过加快SSD替换容量型HDD步伐,构建存储产业安全的产业链。

1、 国产SSD的产业链构建完整,安全可控

SSD的主要部件是NAND Flash和盘控芯片,其中NAND Flash颗粒是占比最大的部分,其技术先进性和成本,是制约SSD竞争力的关键。近几年国内的长江存储,通过不断技术研发和产能投资,于去年宣布量产232层NAND Flash颗粒,凭借自研的X-tacking架构,技术上成功跻身于NAND Flash颗粒生产厂商的第一阵营;同时经过这些年产能持续投资,长江存储产能已经占比5%,未来扩产后达到15%的产能,基本保障国产NAND Flash颗粒的供应。盘控芯片方面,国产公司比较多,以华为、联芸科技、国科微等为代表的企业,已经构建了从消费类SSD到企业级SSD的盘控芯片,技术相当成熟。国产SSD的产业链整体安全,可控。

2、国产全闪存存储系统技术领先,产品成熟,具备大规模推广基础

近几年国内存储市场快速发展,国产全闪存存储技术也发展迅猛。以华为为代表的国产存储厂商,在全闪存存储系统上,华为凭借高、中、低端全闪存存储多项自研技术,比如高可靠性(8控制器可容纳7个中断依然正常运行、NAS双活)、SSD优化(FlashLink技术实现15分钟重构、写放大减少)已实现竞争力领先优势,在咨询公司Gartner关于存储系统的魔力象限中,华为已进入领导者象限。市场方面,国内市场华为、浪潮、H3C等企业份额已达到前三,其中华为国内份额高于40%,但国内市场全闪存存储占比依然较低,约24%左右,需要加快全闪存存储的推广;全球市场,以全闪存存储系统统计,华为位居全球第四(IDC统计报告2022),显示了国产厂商全闪存存储无论在技术上,还是产品成熟度上,具备了大规模推广基础。

3、加快推进容量型HDD的更新替换,构建存储产业安全的产业链

随着5G网络、人工智能、自动驾驶、云计算、工业互联网等新兴产业的快速发展,数据已成为数字经济时代的核心生产要素。为了应对数据经济的挑战,中共中央、国务院印发了《数字中国建设整体布局规划》,明确数字中国建设要夯实数字基础设施和数据资源体系“两大基础”,强化数字技术创新体系和数字安全屏障“两大能力”,优化数字化发展国内国际“两个环境”。数据存储设施作为数字基础设施中的核心组成,必须同时具有技术上的创新性和领先性,以及供应上的安全性和稳定性,才能在国内和国际两个环境中立于不败之地。

国内基于SSD的全闪存存储产业,在技术上,具备了创新性和领先性,在产业链上,具备了从部件到系统上供应的安全性和稳定性,是国产IT基础设施产业中最为健康和技术领先的产业。当前受制于HDD落后技术的大规模使用,国内数据存储基础设施面临着技术落后、供应链不稳定的挑战,应该利用近几年SSD介质的成本下降契机,大力倡导以先进存力淘汰落后技术,通过升级换代同时解决产品技术领先和供应链安全问题,加快SSD替代HDD的步伐,全闪存替换硬盘正当时。

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