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IEEE發布報告:SSD與HDD技術路線圖向何處去,成本說了算

2024年08月06日 首頁 » 熱門科技

IEEE發布報告,認為SSD不會大規模占領磁盤驅動器市場,因為HDD的每比特存儲成本下降速度足以抵消SSD的技術進展。

Tom Coughlin在8月的數字存儲技術通訊中,討論了2023年更新的國際設備與系統路線圖(RDS)。其中涵蓋了多種大容量存儲技術,包括SCM、NAND/SSD、HDDS、磁帶以及包括DNA在內的新興存儲方案。

在這裡我們重點關注SSD與磁盤驅動器。IEEE報告指出,HDD正在迅速將數據訪問市場拱手讓予SSD:「隨著基於閃存的SSD成本不斷下降,HDD已經被取代:最初是在消費級PC當中,而後則在數據中心領域得到體現,如今SSD已經在頻繁與隨機訪問的數據層上占據主導。」

現如今,「HDD用於大容量存儲,SSD用於高速度需求。也就是說,頻繁請求與較為隨機的訪問數據會駐留在SSD當中,而使用需求不高且通常按序訪問的數據則被保存在高容量HDD之內。」

然而,「SSD與HDD將繼續共存,這是因為HDD(和磁帶)在可預見的未來仍將提供最低的每比特存儲成本。」

於是乎,「當前HDD市場仍在保持萎縮,而空出的份額主要由固態硬盤所取代。」不過IEEE報告還提到,隨著近線大容量存儲市場規模的擴大,HDD的總出貨量將從2023年開始到2028年一路保持增長:

IEEE發布報告:SSD與HDD技術路線圖向何處去,成本說了算

根據報告做出的預測,移動、品牌、消費電子與零售類HDD市場在此期間將繼續下滑。

隨著3D NAND層數的增加以及每比特存儲成本的降低,SSD容量也保持著穩步增長,但這種增長率正在放緩。這是因為增加層數同樣會提高成本。擴展容量的另外一種方法就是提升單元內的比特數字,但這種方法恐怕暫時也遇到了瓶頸,因為QLC(四級單元)的下一步是五級單元(PLC),但後者的耐久性很差、目前還缺乏實用意義。

這份IEEE報告還附有一張來自其IRDS(設備與系統國際路線圖)社區的表格,展示了到2029年NAND晶片存儲密度的發展趨勢:

IEEE發布報告:SSD與HDD技術路線圖向何處去,成本說了算

IRDS並未明確提到2025年起將由QLC取代TLC,而是使用了TLC 這一表述。目前我們才剛剛進入200層以上領域,美光的276層技術對應的閃存晶片可提供1 Tb容量。

表中顯示,2027年層數將超過300層,2029年層數將超過500層,這將使得最大晶片容量從2025年的2 Tb再翻一番,到2027年達到4 Tb,2029年則實現8 Tb。

儘管容量有所增加,但報告強調SSD的每比特存儲成本仍然不可能等於或者低於HDD的每比特存儲成本:「由於每比特存儲成本更低,超高容量HDD市場在可預見的未來並不會被閃存所替代。」

目前還沒有任何基於半導體的零工性內存技術(包括易失性與非易失性內存)能夠取代NAND或者DRAM。之前最典型的案例就是英特爾Optane,由於其性能及其他特性不足以將產量擴大到一定規模,因此成本遲遲降不下來。而拿不出有吸引力的成本/比特、性能、耐用性和功耗優勢,客戶自然也不可能放棄自己已經採購的DRAM或者NAND存儲設備。

受到這些現實條件的限制,ReRAM、MRAM等技術仍只能在嵌入式市場上充當小眾性質的替代選項。

HDD的容量提升與成本/比特降低趨勢則沒有改變,具體如下表所示:

IEEE發布報告:SSD與HDD技術路線圖向何處去,成本說了算

全體供應商(希捷、東芝和西部數據)都將轉向HAMR技術,並在2037年左右採用圖案化的加熱點存儲介質:

IEEE發布報告:SSD與HDD技術路線圖向何處去,成本說了算

報告指出,「圖案化介質具有以磁性材料實現的離散元素,這些元素會有序分布在磁盤表面。當磁頭執行寫入時,這些圖案化點將轉化為磁位。圖案化介質能夠與HAMR記錄技術相結合,在未來15年內實現每平方英寸10 Tb的磁記錄密度。」

但有一個長期問題始終困擾著HDD,那就是訪問密度,或者說每秒每字節IO操作數。報告提到,「隨著單位面積存儲容量的增加,訪問給定數據所需要的時間也會延長,導致對磁盤上所有數據的讀取或寫入速度變慢。儘管磁盤驅動器的平均數據訪問性能每年會增加約10%……但磁盤驅動器的數據訪問密度(訪問密度=每秒每GB所對應的I/O數)卻在不斷下降,理由自然是磁盤驅動器容量的增長速度要高於磁盤本身的性能增速。」

儘管多執行器等技術均已取得進展,但隨著HDD設備容量的增加,訪問密度將繼續保持下降。NAND緩存(類似於西數的OptiNAND技術)則有望緩解這種情況。

總的來說,IEEE的這份報告帶來了不少有趣的內容,總計117頁的長度也遠非我們這一篇文章所能概括。總之作為一份入門手冊,該報告介紹了當前及未來面向海量數據的存儲技術,相當值得一讀。

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