作者存储小海·2023-11-17 18:22

全闪存替换机械硬盘正当时

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文 / 华为数据存储战略洞察资深专家 杨传斌

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 、 PCHDD ，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 NANDFlash 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。

从宏观维度看，围绕数字中国建设、东数西算、新型数据中心、双碳、人工智能等重大国家战略，我国各省相继出台了一系列的政策文件，并多次提出了应该广泛应用全闪存等先进存力技术，并明确到 2025 年先进存力占比（闪存）建设的目标，可见大力部署先进的全闪存储已经成为产业共识。据统计，我国和发达国家的 SSD 占比还存在巨大差距，美国用 SSD 先进存力的占比为 52.8% ，中国为 24.7% ，可见我国发展和推广全闪技术应该快速跟上世界发展潮流。

##1 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 SweetSpot （甜点）。

**新介质大规模替换旧介质的Sweet Spot是3倍左右成本**   
2006 年，利用 NANDFlash 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 PCHDD 的 3 倍，导致 PCHDD 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 SweetSpot 。

**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 NANDFlash 生产技术的进一步突破，多个厂商开始供货 200 层以上的 NANDFlash 颗粒。 2022 年，美光 7 月宣布量产 232 层 NANDFlash ， 12 月出货，三星 11 月宣布量产 236 层 NANDFlash ，而国内 232 层 NANDFlash 最早 11 月份在市场上购买到实物。 NANDFlash 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。
 
##2 硬盘产业被外资垄断，国产存储产业供应链安全存储隐患
**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： PCHDD 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。

**盘产业被外资垄断，国内T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。
 
**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。

##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
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。

**国产SSD的产业链构建完整，安全可控**   
SSD 的主要部件是 NANDFlash 和盘控芯片，其中 NANDFlash 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。近几年国内某 NANDFlash 生产厂商，通过不断技术研发和产能投资，于去年宣布量产 232 层 NANDFlash 颗粒，凭借自研的 X-tacking 架构，技术上成功跻身于 NANDFlash 颗粒生产厂商的第一阵营；同时经过这些年产能持续投资，产能已经占比 5% ，未来扩产后达到 15% 的产能，基本保障国产 NANDFlash 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。

**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。国产存储厂商在全闪存存储系统上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，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，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， IDC 统计报告（ 2022 ）显示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。
 
**加快推进容量型HDD的更新替换，构建存储产业安全的供应链**   
 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。

**了解更多华为全闪存方案，敬请关注[华为官网](https://e.huawei.com/cn/products/storage/all-flash-storage "华为官网")！**

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