IEEE发布报告：SSD与HDD技术路线图向何处去，成本说了算

IEEE发布报告，认为SSD不会大规模占领磁盘驱动器市场，因为HDD的每比特存储成本下降速度足以抵消SSD的技术进展。

Tom Coughlin在8月的数字存储技术通讯中，讨论了2023年更新的国际设备与系统路线图（RDS）。其中涵盖了多种大容量存储技术，包括SCM、NAND/SSD、HDDS、磁带以及包括DNA在内的新兴存储方案。

在这里我们重点关注SSD与磁盘驱动器。IEEE报告指出，HDD正在迅速将数据访问市场拱手让予SSD：“随着基于闪存的SSD成本不断下降，HDD已经被取代：最初是在消费级PC当中，而后则在数据中心领域得到体现，如今SSD已经在频繁与随机访问的数据层上占据主导。”

现如今，“HDD用于大容量存储，SSD用于高速度需求。也就是说，频繁请求与较为随机的访问数据会驻留在SSD当中，而使用需求不高且通常按序访问的数据则被保存在高容量HDD之内。”

然而，“SSD与HDD将继续共存，这是因为HDD（和磁带）在可预见的未来仍将提供最低的每比特存储成本。”

于是乎，“当前HDD市场仍在保持萎缩，而空出的份额主要由固态硬盘所取代。”不过IEEE报告还提到，随着近线大容量存储市场规模的扩大，HDD的总出货量将从2023年开始到2028年一路保持增长：

根据报告做出的预测，移动、品牌、消费电子与零售类HDD市场在此期间将继续下滑。

随着3D NAND层数的增加以及每比特存储成本的降低，SSD容量也保持着稳步增长，但这种增长率正在放缓。这是因为增加层数同样会提高成本。扩展容量的另外一种方法就是提升单元内的比特数字，但这种方法恐怕暂时也遇到了瓶颈，因为QLC（四级单元）的下一步是五级单元（PLC），但后者的耐久性很差、目前还缺乏实用意义。

这份IEEE报告还附有一张来自其IRDS（设备与系统国际路线图）社区的表格，展示了到2029年NAND芯片存储密度的发展趋势：

IRDS并未明确提到2025年起将由QLC取代TLC，而是使用了TLC+这一表述。目前我们才刚刚进入200层以上领域，美光的276层技术对应的闪存芯片可提供1 Tb容量。

表中显示，2027年层数将超过300层，2029年层数将超过500层，这将使得最大芯片容量从2025年的2 Tb再翻一番，到2027年达到4 Tb，2029年则实现8 Tb。

尽管容量有所增加，但报告强调SSD的每比特存储成本仍然不可能等于或者低于HDD的每比特存储成本：“由于每比特存储成本更低，超高容量HDD市场在可预见的未来并不会被闪存所替代。”

目前还没有任何基于半导体的零工性内存技术（包括易失性与非易失性内存）能够取代NAND或者DRAM。之前最典型的案例就是英特尔Optane，由于其性能及其他特性不足以将产量扩大到一定规模，因此成本迟迟降不下来。而拿不出有吸引力的成本/比特、性能、耐用性和功耗优势，客户自然也不可能放弃自己已经采购的DRAM或者NAND存储设备。

受到这些现实条件的限制，ReRAM、MRAM等技术仍只能在嵌入式市场上充当小众性质的替代选项。

HDD的容量提升与成本/比特降低趋势则没有改变，具体如下表所示：

全体供应商（希捷、东芝和西部数据）都将转向HAMR技术，并在2037年左右采用图案化的加热点存储介质：

报告指出，“图案化介质具有以磁性材料实现的离散元素，这些元素会有序分布在磁盘表面。当磁头执行写入时，这些图案化点将转化为磁位。图案化介质能够与HAMR记录技术相结合，在未来15年内实现每平方英寸10 Tb的磁记录密度。”

但有一个长期问题始终困扰着HDD，那就是访问密度，或者说每秒每字节IO操作数。报告提到，“随着单位面积存储容量的增加，访问给定数据所需要的时间也会延长，导致对磁盘上所有数据的读取或写入速度变慢。尽管磁盘驱动器的平均数据访问性能每年会增加约10%……但磁盘驱动器的数据访问密度（访问密度=每秒每GB所对应的I/O数）却在不断下降，理由自然是磁盘驱动器容量的增长速度要高于磁盘本身的性能增速。”

尽管多执行器等技术均已取得进展，但随着HDD设备容量的增加，访问密度将继续保持下降。NAND缓存（类似于西数的OptiNAND技术）则有望缓解这种情况。

总的来说，IEEE的这份报告带来了不少有趣的内容，总计117页的长度也远非我们这一篇文章所能概括。总之作为一份入门手册，该报告介绍了当前及未来面向海量数据的存储技术，相当值得一读。