2022-2025 年數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)市場收入規(guī)模復(fù)合增速預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn) 5.89%，超過數(shù)據(jù)中心市場整體復(fù)合增速5.01%。2025 年，全球 SSD 市場規(guī)模將達(dá)到 255.1 億美元，其中國內(nèi)企業(yè)級固態(tài)硬盤市場規(guī)模將增至 489 億元，5 年間復(fù)合增速約25%，其中 PCIe 固態(tài)硬盤市場份額比例將從 2020 年 59%增至 90%。 近年來，中國大陸廠商積極發(fā)力 PCIe 3.0、PCIe4.0 甚至更高端的 PCIe 5.0 企業(yè)級 SSD，整體實(shí)力不斷提升，同時(shí)我國上下游企業(yè)出海，助力企業(yè)級存儲(chǔ)國產(chǎn)化邁向新階段。2021年，國內(nèi) SSD 主控芯片廠商全球出貨量占比 10.33%，替代空間廣闊。 存儲(chǔ)是 IT 基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的底座。IT 基礎(chǔ)設(shè)施總體分為計(jì)算、存儲(chǔ)和通信三大板塊，分別以處理器、存儲(chǔ)器、交換機(jī)/路由器等為核心產(chǎn)品。

固態(tài)硬盤（SolidStateDrives，SSD）則是以閃存為存儲(chǔ)介質(zhì)的重要存儲(chǔ)產(chǎn)品，是用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列制成的硬盤產(chǎn)品，由控制單元、存儲(chǔ)單元（FLASH 芯片、DRAM 芯片）及固件組成，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)終端、筆記本電腦、臺式機(jī)、服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心等諸多領(lǐng)域。

按照不同應(yīng)用場景，SSD 可以分為消費(fèi)級、企業(yè)級和軍工級產(chǎn)品。消費(fèi)級 SSD廣泛應(yīng)用于電腦設(shè)備、移動(dòng)終端、商業(yè)電子、車載應(yīng)用及智能穿戴等場合，企業(yè)級SSD 主要面向互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、云計(jì)算等企業(yè)級用戶，與消費(fèi)級 SSD相比，企業(yè)級 SSD 需要具備更快傳輸速度、更大單盤容量、更高使用壽命以及更高的可靠性要求。 而實(shí)際應(yīng)用需求的不同導(dǎo)致了消費(fèi)級 SSD 和企業(yè)級 SSD 在協(xié)議、總線和接口選擇上的差異性。固態(tài)硬盤的性能以高速傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議為支撐，同時(shí)總線和接口能夠承載協(xié)議的性能，三者均是限制固態(tài)硬盤性能發(fā)揮的因素。

1、接口

較為常見的 SSD 接口有 SATA、mSATA、M.2、U.2、SAS 等，其中 U.2 和 SAS 接口主要應(yīng)用于服務(wù)器等企業(yè)級市場。

（1）早期 SSD 大多使用 SATA 接口，SATA 于 2000 年作為 1.0 版（SATAI）首次推出，傳輸速度高達(dá) 1.5Gb/s。SATA 標(biāo)準(zhǔn)于 2004 年修訂為 2.0（SATAII），支持高達(dá)3.0Gb/s 的速度。而目前筆記本電腦和臺式機(jī)等消費(fèi)級 SSD 大都使用 SATA3.0 端口（SATAIII），支持高達(dá) 6.0Gb/s（600MB/s）的傳輸速度。 （2）M.2 接口的讀寫速度與 SATA3.0 相當(dāng)，但由于體積小，更適合占用空間小的計(jì)算設(shè)備。 （3）U.2 接口的最大特色是支持 NVMe 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，高速低延遲低功耗，帶寬走PCIe3.0x4，理論傳輸速度高達(dá) 32Gbps，而 SATA 只有 6Gbps，比 SATA 快了 5 倍之多。 （4）SAS 接口在企業(yè)級存儲(chǔ)領(lǐng)域已逐漸取代 SCSI，它是一種串行互連架構(gòu)，可以讓企業(yè)用戶以更為靈活的方式進(jìn)行擴(kuò)展和管理他們的存儲(chǔ)系統(tǒng)。從 SAS1.0 到SAS4.0，連接速度已經(jīng)從 3Gb/s 提高到了 24Gb/s。

2、總線

目前 SATA 和 PCIe 是 SSD 產(chǎn)品兩種主要的總線標(biāo)準(zhǔn)，部分使用 SAS。不同總線標(biāo)準(zhǔn)的位寬和傳輸頻率決定了每次傳輸中能夠提供的最大速度，其中 PCIe 具備更好的帶寬速度，因而SATA 接口+AHCI 協(xié)議被 PCIe 接口+NVMe 協(xié)議逐步取代。 PCIe 從 1.0 到 4.0 版本的吞吐量具有質(zhì)的飛躍，PCIe 4.0 是目前大規(guī)模商用較為主流的版本，SSD 性能大幅提升，但相較于 PCIe 3.0SSD，價(jià)格仍高出很多，將率先在高端市場應(yīng)用。當(dāng)前 PCIe SSD 主要還是以 PCIe 3.0x4 為主，最大理論速度可以達(dá)到 4GB/s，一般 SSD 最大實(shí)際測試速度基本可以達(dá)到 3.5GB/s。PCIe 4.0 相較于 PCIe 3.0，最大帶寬翻倍，PCIe 4.0 x4 通道可帶來 8GB/s 的超高理論帶寬，SSD 實(shí)測順序讀取性能也能達(dá)到 7GB/s。PCIe 5.0 在企業(yè)級和消費(fèi)級都已有產(chǎn)品產(chǎn)出，頭部主控廠商 Marvell 企業(yè)級 SSD 及原廠 Intel 第 12 代處理器均有搭載。

SAS 總線與 SCSI 協(xié)議相匹配，用于企業(yè)級 SSD，具有高性能、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，SAS3.0 可以達(dá)到 12Gb/s 的速率。由于總線性能的提升和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，SAS3.0 技術(shù)在數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域大范圍應(yīng)用。

3、協(xié)議

AHCI（高級主機(jī)控制器接口規(guī)范）主要用于通過 SATA 總線與電腦連接的硬盤設(shè)備。隨著 SSD 的發(fā)展和企業(yè)級用戶對于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求的提高，傳統(tǒng) AHCI 標(biāo)準(zhǔn)的 SATA SSD 已逐漸失去優(yōu)勢。 相比 AHCI，NVMe（非易失性存儲(chǔ)器接口規(guī)范）是專門為閃存類存儲(chǔ)設(shè)計(jì)的協(xié)議，其性能可有數(shù)倍的提升，可降低延遲超過 50%，且 NVMe PCIe SSD 可提供的 IOPs是高端企業(yè)級 SATA SSD 的十倍左右。

SCSI 即小型計(jì)算機(jī)接口（Small Computer System Interface），指的是一個(gè)龐大協(xié)議體系，到目前為止經(jīng)歷了 SCSI-1/SCSI-2/SCSI-3 變遷。SCSI 協(xié)議定義了一套不同設(shè)備（磁盤，磁帶，處理器，光設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）利用該框架進(jìn)行信息交互的模型和必要指令集，能夠與 PCIe 總線和 SAS 總線相匹配。

雖然固態(tài)硬盤出現(xiàn)較晚，市場推廣早期份額較低，但由于固態(tài)硬盤相較于機(jī)械硬盤具有十分顯著的優(yōu)勢，近年來市場逐漸體現(xiàn)除出對其高性能的認(rèn)可。2019 年，固態(tài)硬盤市場規(guī)模已超過 550 億美元，我們預(yù)計(jì)未來幾年將以超過 15%的復(fù)合年增長率增長，在 IDC 數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球企業(yè)級固態(tài)硬盤支出已超過企業(yè)級機(jī)械硬盤，而這一趨勢仍在持續(xù)中。隨著技術(shù)的發(fā)展和價(jià)格的優(yōu)化，固態(tài)硬盤的市場競爭力將進(jìn)一步提升，將實(shí)現(xiàn)對機(jī)械硬盤更深層的替代。

企業(yè)級SSD產(chǎn)業(yè)鏈

從企業(yè)級 SSD 產(chǎn)業(yè)鏈出發(fā)，目前市場的業(yè)務(wù)布局模式包括：能夠一體化完成固態(tài)硬盤全部生產(chǎn)線的企業(yè)（如三星）、專注于固態(tài)硬盤 NAND 生產(chǎn)的企業(yè)（如長江存儲(chǔ)）、專注于主控領(lǐng)域的企業(yè)（如英韌科技）、專注于模組生產(chǎn)研發(fā)的企業(yè)（如憶恒創(chuàng)源）、專注于控制器和模塊組合生產(chǎn)研發(fā)的企業(yè)（如賽捷）、專注于 SSD 成品的企業(yè)（如寶存科技）以及同時(shí)包括控制器、模組和服務(wù)器研發(fā)生產(chǎn)，業(yè)務(wù)向下游延伸的企業(yè)（如華為）。 企業(yè)級 SSD 的主要硬件組件包括NAND Flash、主控芯片和 DRAM， 核心軟件為企業(yè)級 SSD 的固件。

1、 閃存顆粒

閃存顆粒是固態(tài)硬盤的存儲(chǔ)介質(zhì)，是一種非易失性存儲(chǔ)器，即在斷電的情況下依舊可以保存已經(jīng)寫入的數(shù)據(jù)。其中 NAND 閃存顆粒有著功耗更低、價(jià)格更低和性能更加的優(yōu)點(diǎn)，成為了企業(yè)級 SSD 重要的存儲(chǔ)原料。 根據(jù) NAND 閃存顆粒中電子單元密度的差異，可以分為 SLC（單層次存儲(chǔ)單元）、MLC（雙層存儲(chǔ)單元）以及 TLC(三層存儲(chǔ)單元)，此三種存儲(chǔ)單元在壽命以及造價(jià)上有著明顯的區(qū)別。此外，閃存顆粒的立體堆疊層數(shù)也決定著存儲(chǔ)顆粒的總體容量，根據(jù)垂直方向堆疊的顆粒層數(shù)不同和選用的顆粒種類不同，3D NAND 顆粒又可以分為 32 層、48 層、64 層甚至 176 層 3DTLC/MLC 顆粒的不同產(chǎn)品，其生產(chǎn)研發(fā)具有很高的技術(shù)難度，但更高的存儲(chǔ)密度和更低的單位存儲(chǔ)價(jià)格需求不斷推進(jìn)存儲(chǔ)廠商提高堆疊層數(shù)，目前的升級速度維持在大約一年一代的頻率。2021 年下半年開始，3D NAND 正式進(jìn)入了 176L 的量產(chǎn)，176L 3D NAND 的存儲(chǔ)密度較上一代增加了 70%，由于各原廠對于高堆疊 3D NAND 產(chǎn)品的重視，有望在 2023 年看到 200 層以上的堆疊產(chǎn)品。 目前，NAND Flash 全球市場高度集中于三星、西部數(shù)據(jù)、美光科技、海力士、英特爾等六家公司，合計(jì)占據(jù)了 99%左右的市場份額，其中三星以超過 30%的市場份額穩(wěn)居第一；而國內(nèi)目前市場規(guī)模較小，主要由長江存儲(chǔ)作為主導(dǎo)。

2、 主控芯片

主控芯片在硬盤工作時(shí)承擔(dān)與主機(jī)通信、控制閃存的數(shù)據(jù)傳輸以及運(yùn)行 FTL 算法等職責(zé)，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)中的 CPU 的職能，所以主控性能的優(yōu)劣直接影響了固態(tài)硬盤整體的性能表現(xiàn)，其主要的功能包括： （1）調(diào)配數(shù)據(jù)在各個(gè)閃存芯片上的負(fù)荷，讓所有的閃存顆粒都能夠在一定負(fù)荷下正常工作，協(xié)調(diào)和維護(hù)不同區(qū)塊顆粒的協(xié)作。 （2）連接閃存芯片和外部（SATA、PCIe 等）接口，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。 （3）負(fù)責(zé)固態(tài)硬盤內(nèi)部各項(xiàng)指令，諸如 ECC 糾錯(cuò)、耗損平衡、壞塊映射、讀寫緩存、垃圾回收以及加密等。

目前市場上的主控芯片生產(chǎn)模式主要有兩種，一是各存儲(chǔ)原廠例如三星、英特爾、美光等巨頭自行設(shè)計(jì)并承擔(dān)生產(chǎn)的模式，其中三星的主控自產(chǎn)自銷，基本不單獨(dú) 出 售 主 控 ， 美光既用于自有產(chǎn) 品，也外賣給其他 下游 廠 商 。二是美 滿（Marvell）、慧榮科技、群聯(lián)電子等只從事主控芯片設(shè)計(jì)與銷售而不從事生產(chǎn)的模式。 企業(yè)級 SSD 主控主要由三星為主的原廠所提供，而國內(nèi)企業(yè)如大普微、英韌科技、得瑞領(lǐng)新等企業(yè)也具有企業(yè)級 SSD 主控的設(shè)計(jì)能力。而大普微作為國內(nèi)首家基于自研主控芯片和固件，實(shí)現(xiàn)真正國產(chǎn)化 Gen4 SSD 規(guī)模出貨的企業(yè)，也是國內(nèi)唯一一家得到規(guī)模出貨驗(yàn)證的 SSD 主控產(chǎn)商，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)企業(yè)級 SSD 廠商品牌在海外市場的突破。

3、 固件/算法

固件（Firmware）是出廠預(yù)設(shè)在存儲(chǔ)器中，運(yùn)行在閃存控制器內(nèi)部的程序代碼，擔(dān)任著存儲(chǔ)器中協(xié)議處理，數(shù)據(jù)管理和硬件驅(qū)動(dòng)等核心工作，相當(dāng)于 SSD 存儲(chǔ)器的操作系統(tǒng)。SSD 固件專門針對閃存介質(zhì)進(jìn)行特性設(shè)計(jì)，利用磨損平衡寫入算法、錯(cuò)誤校正碼 ECC 及壞塊管理算法、FTL 算法、垃圾回收算法 GC 等技術(shù)，對于映射管理、數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、垃圾回收、功耗控制、掉電保護(hù)、損耗均衡等方面進(jìn)行控制和維護(hù)。 目前能夠獨(dú)立開發(fā)固件的 SSD 廠商為數(shù)不多，僅有三星、Intel、閃迪、英睿達(dá)、浦科特、東芝、OCZ 等，能夠利用大廠帶來的技術(shù)優(yōu)勢占據(jù)較大的市場份額。

審核編輯 ：李倩