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固態(tài)存儲行業(yè)未來發(fā)展趨勢
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2023-12-06

（1）對更高性能接口的不懈追求是存儲行業(yè)持續(xù)發(fā)展的主旋律

計(jì)算機(jī)高速接口用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)高速部件之間的物理連接、確保信息交換的數(shù)據(jù)格式一致性，是固態(tài)存儲產(chǎn)品的基礎(chǔ)核心技術(shù)。作為存儲顆粒與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?，接口決定了兩者之間的理論傳輸速度，并影響存儲產(chǎn)品的物理形態(tài)和通信協(xié)議。數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長，需要更大量的并發(fā)處理，更快速的數(shù)據(jù)訪問，更智能的數(shù)據(jù)管理方式，推動業(yè)內(nèi)不斷研發(fā)更高性能接口的存儲控制器芯片及存儲模組產(chǎn)品。

在消費(fèi)級應(yīng)用領(lǐng)域，以 USB、SATA、PCIe 為代表的各接口，在進(jìn)行不斷的代際演進(jìn)，以更好的適應(yīng)不同場景的應(yīng)用需求。截至目前，便攜式存儲產(chǎn)品已進(jìn)入 USB3.2 Gen2（10Gbps）時代；消費(fèi)類 SSD 也正在加速從 SATA 向 PCIe 演進(jìn)。根據(jù)中國閃存市場 China Flash Market 數(shù)據(jù)，在 PC OEM 市場， PCIe 接口 SSD的搭載量已達(dá)到 80%。

在行業(yè)應(yīng)用市場，一方面 SATA/SAS 接口的固態(tài)硬盤產(chǎn)品因其可靠性、穩(wěn)定性、兼容性及大容量等方面的優(yōu)勢，仍然保持了穩(wěn)定的市場份額；另一方面，各大廠商也加緊推出基于 PCIe 接口的產(chǎn)品。2019 年以來，針對數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級領(lǐng)域，三星、美光、英特爾等巨頭陸續(xù)推出多款 NVMe PCIe SSD 新品，企業(yè)級SSD 現(xiàn)有的主流產(chǎn)品集中于 PCIe3.0，PCIe4.0 的產(chǎn)品目前處于市場導(dǎo)入階段。

2022 年，部分主控廠商如微芯（Microchip）、慧榮科技（SMI）開始推出支持PCIe5.0 協(xié)議的產(chǎn)品，但尚未達(dá)到成熟穩(wěn)定應(yīng)用的條件。

未來，伴隨著更高性能接口協(xié)議的持續(xù)發(fā)布及更新，存儲模組將向大容量、低功耗、高速讀寫、長保存周期的發(fā)展方向持續(xù)演進(jìn)，以滿足不斷高速增長的數(shù)據(jù)存儲需求。

（2）存儲顆粒工藝技術(shù)的提升帶動單位存儲成本下降，對存儲控制技術(shù)提出了更高的要求

存儲模組的主要原材料NAND Flash在發(fā)展過程中逐漸由平面結(jié)構(gòu)升級為三維架構(gòu)，通過工藝技術(shù)的提升，可以逐漸增加存儲單元的層數(shù)，實(shí)現(xiàn)在單位面積下更高的存儲容量。同時，存儲控制器存儲密度也跟隨技術(shù)的發(fā)展不斷前進(jìn)，最新的 QLC 顆粒每個存儲單元可以存儲 4bit 數(shù)據(jù)。堆疊層數(shù)和存儲密度的提升，在增加 NAND Flash 單位存儲容量的同時降低了每單位的存儲成本，進(jìn)一步刺激了用戶對大容量 SSD 需求的增長。

NAND Flash 存儲密度和堆疊層數(shù)的提升也對存儲控制器芯片及存儲模組的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。NAND Flash 受器件特點(diǎn)等因素影響，可靠性隨著使用時間的增加而逐漸降低，而隨著工藝技術(shù)升級而不斷提升的存儲密度更使得存儲顆粒中的數(shù)據(jù)錯誤或數(shù)據(jù)丟失的概率顯著增加，使用壽命快速下降。

以 QLC 架構(gòu)的存儲顆粒為例，雖然其單元容量為 SLC 架構(gòu)存儲顆粒的 4 倍，但其使用壽命僅為 SLC 的 1/100；對數(shù)據(jù)糾錯要求從 1~4bit 增加到 288bit，可靠性也同步減低。因此，存儲介質(zhì)的分析能力、存儲控制芯片設(shè)計(jì)能力、固件算法的開發(fā)能力對于存儲模組應(yīng)用性能的影響越來越大。

（3）數(shù)據(jù)安全保護(hù)功能將成為數(shù)據(jù)存儲的剛性需求

隨著信息技術(shù)的快速演進(jìn)，全球數(shù)據(jù)泄露等網(wǎng)絡(luò)安全事件頻繁發(fā)生，造成重大損失。2021 年，工業(yè)制造、政務(wù)、醫(yī)療、金融、交通等領(lǐng)域數(shù)據(jù)泄露事件頻發(fā)，數(shù)據(jù)交易黑色地下產(chǎn)業(yè)鏈活動猖獗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年公開報(bào)告的數(shù)據(jù)泄露事件 1,291 起，超過 2020 年的 1,108 起。數(shù)據(jù)安全重要性的凸顯，給數(shù)據(jù)存儲行業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。

隨著數(shù)據(jù)讀寫速度加快，芯片級全盤硬件加密技術(shù)的存儲模組配合所搭載的數(shù)據(jù)保護(hù)軟件，能夠防止數(shù)據(jù)被越權(quán)訪問、篡改或盜竊，有望成為存儲行業(yè)的剛性需求，全面覆蓋數(shù)據(jù)存儲的各應(yīng)用場景。

（4）國產(chǎn)技術(shù)迅速發(fā)展，自主可控生態(tài)逐步完善

2018 年以來，華為事件和中興事件凸顯了我國上游核心基礎(chǔ)技術(shù)受制于人的現(xiàn)狀，堅(jiān)定了我國打造自主可控產(chǎn)業(yè)生態(tài)的決心。為解決產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定性問題，在國家的大力支持下，本土廠商加大了對 CPU、存儲顆粒、控制器芯片、操作系統(tǒng)等領(lǐng)域底層技術(shù)的研發(fā)及相關(guān)投入，并陸續(xù)在上述領(lǐng)域取得了一定的研發(fā)成果。

存儲顆粒方面，長江存儲自 2018 年推出 Xtacking 晶棧架構(gòu)以來，就不斷地取得技術(shù)突破，從最開始的 32 層堆疊的 NAND Flash，向 64 層、128 層技術(shù)躍進(jìn)。長江存儲最近成功研發(fā)超過 200 層堆疊的存儲顆粒，將實(shí)現(xiàn)對美光、SK 海力士等 NAND Flash 巨頭的追趕。