“SSD（固態(tài)硬盤）取代HDD（機(jī)械硬盤）時機(jī)已經(jīng)到來。”中國工程院院士倪光南在近期的一場演講中如此表示。

關(guān)于固態(tài)硬盤取代機(jī)械硬盤的討論不是剛剛興起。2015年，SSD全球出貨量達(dá)到1.02億，相比2011年增長超過700%；與此同時，HDD的出貨量從2011年的6.215億片下降到了4.689億片。SSD對HDD的替代效應(yīng)明顯，此時市場就已經(jīng)有了聲音，認(rèn)為SSD取代HDD只是時間問題。

根據(jù)存儲行業(yè)分析機(jī)構(gòu)Trendfocus的數(shù)據(jù)，2022年希捷硬盤出貨量下降了 43.7%，西部數(shù)據(jù)同期下滑了 43.0%，東芝出貨量同比下降39.3%。從行業(yè)整體數(shù)據(jù)來看，HDD出貨量全年下降42.5%。

一邊是SSD的迅速發(fā)展，一邊是HDD市場肉眼可見的萎縮。Pure Storage高管預(yù)測，由于電力成本和可用性以及 NAND 成本的下降，HDD可能會在2028年告別歷史舞臺。對于這一預(yù)測，市場觀點(diǎn)如何呢？

01

信心滿滿的SSD廠商

從性能方面看，美光企業(yè)副總裁兼存儲產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理Jeremy Werner此前撰文分析了SSD及HDD硬盤的發(fā)展趨勢。他認(rèn)為SSD在功耗、空間、輔助硬件整合、可靠性和相對使用壽命等方面能帶來成本節(jié)約已被廣泛接受，而隨著高性能存儲市場的不斷擴(kuò)展，這一趨勢將繼續(xù)在2022年加速發(fā)展。

Jeremy Werner認(rèn)為HDD難以達(dá)到目前的性能基準(zhǔn)水平，也很難像SSD那樣隨著容量的增加而升級性能，因此在未來十年中，SSD基本上會使機(jī)械硬盤淪落至如今磁帶一般的境地，僅用于諸如存檔之類的低性能場景。

從成本來看，SSD的價格正在迅速下降。集邦咨詢在2022年的發(fā)布的報告顯示，512GB SSD 的價格與筆記本電腦的 500GB HDD 相當(dāng)，同時集邦咨詢表示2022年年底512GB SSD的價格已經(jīng)與2022年年中256G SSD價格接近了。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫記者了解到，在國內(nèi)市場上1TB的SSD價格也已經(jīng)不高于同樣容量的HDD價格了。

除了受到市場需求與整體經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響，SSD市場玩家的增加使得整個市場的價格更加敏感，SSD廠商不僅要與HDD拼成本，更要和其他品牌“拼刺刀”，因此SSD市場存在“虧本搶份額”的情況。這樣的情況下，HDD原本的成本優(yōu)勢似乎已經(jīng)不再明顯。

從應(yīng)用方面來看，消費(fèi)類 SSD 的平均容量已超過 500GB。集邦咨詢數(shù)據(jù)顯示，2022 年售出的筆記本電腦中有 92% 在使用 SSD，預(yù)計到 2023 年這一比例將增長到 96%。在非消費(fèi)類領(lǐng)域，美光認(rèn)為隨著高性能的NVMe共享存儲在云端和可組合基礎(chǔ)設(shè)施中變得越來越普遍，市場將看到對大容量和低成本SSD的需求在不斷增加。

02

不慌不忙的HDD廠商

縱使SSD作為后起之秀風(fēng)頭不減，HDD廠商似乎并沒有那么慌亂。

2021 年，希捷就表示SSD 肯定不會殺死HDD。VAST指出磁盤驅(qū)動器 IO 限制會削弱在 PB 級數(shù)據(jù)存儲中使用更大的HDD。

在大容量產(chǎn)品市場，HDD依舊擁有價格優(yōu)勢。雖然SSD正在迅速發(fā)展，但如果看向更大容量的產(chǎn)品，SSD依舊是奢侈的產(chǎn)品。2TB的某國產(chǎn)品牌SSD在京東的價格為658元，而機(jī)械硬盤的價格基本都低于400元。隨著容量增大，HDD單位TB的成本的優(yōu)勢就更加明顯。基于這樣的優(yōu)勢，HDD廠商依舊把持著大容量存儲市場。希捷CTO John Morris博士曾在采訪中表示，全球數(shù)據(jù)現(xiàn)在有一半都存儲在數(shù)據(jù)中心中，而90%的存儲介質(zhì)仍是機(jī)械硬盤，10%才是SSD。

除了大容量產(chǎn)品的成本優(yōu)勢，HDD的可靠性是另一個競爭優(yōu)勢。SSD是基于NAND的非易失性存儲器，閃存將數(shù)據(jù)存儲在由浮柵晶體管組成的各個存儲單元中。雖然它們是基于半導(dǎo)體的存儲器，但是當(dāng)它們沒有通電時它們會保留信息，這一功能顯然是與基于磁盤的數(shù)據(jù)存儲競爭的必要條件。

SSD在內(nèi)部DRAM緩存中設(shè)置了一個FTL表，負(fù)責(zé)記錄SSD在正常工作中必需的元素，對SSD運(yùn)行發(fā)揮著重要作用，異常斷電后，F(xiàn)TL表內(nèi)的元數(shù)據(jù)容易丟失、損壞，導(dǎo)致SSD無法正常讀寫。而相對來說，機(jī)械硬盤是由控制電路板、磁頭、馬達(dá)、盤片等部件構(gòu)成的，其中的盤片，就是機(jī)械硬盤存儲數(shù)據(jù)的真正部件，盤片是由附著了磁性材料的鋁合金制作的，往機(jī)械硬盤上面寫入數(shù)據(jù)的過程，就是由磁頭改變盤片上面微小磁鐵的磁場方向的過程。由于機(jī)械硬盤是通過磁場方向來表示數(shù)據(jù)0和1的，因此異常斷電對數(shù)據(jù)的影響就沒有那么大。

此外， SSD單元通過柵極推動電子以設(shè)置其狀態(tài)。這個過程在單元上磨損，隨著時間的推移會降低其性能，直到SSD磨損。在SSD上重復(fù)讀取和擦除的影響是累積的，并且SSD可以減慢甚至隨著老化程度顯示錯誤。相對來說使用壽命更短，而HDD在使用中導(dǎo)致的磨損相對較小，在妥善保管（防潮、常溫、杜絕震動、隔絕強(qiáng)磁場等）的前提之下，理論上來說，機(jī)械硬盤的數(shù)據(jù)可以這樣維持很久的時間。

03

HDD風(fēng)云60年

自IBM于1956年推出硬盤驅(qū)動器以來，硬盤驅(qū)動器已經(jīng)存在了60多年。

世界上第一塊硬盤：350RAMAC。盤片直徑為24英寸，盤片數(shù)為50片，重量則是上百公斤，相當(dāng)于兩個冰箱的體積。不過其儲存容量只有5MB，放在今天成本接近30萬美元。

1973年IBM研制成功了一種新型的硬盤IBM 3340，溫徹斯特（Winchester）硬盤。1979年IBM發(fā)明了薄膜磁頭技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)顯著減少了磁頭和磁片的距離，增加數(shù)據(jù)密度。硬盤體積自此進(jìn)一步減小，讀寫速度更快，容量更大。同時期IBM推出了是第一款采用薄膜磁頭技術(shù)的硬盤 IBM 3370。1980年推出的IBM 3380，容量達(dá)2.5GB，重量超過500磅。

在20世紀(jì)80年代末，IBM公司推出MR（Magneto Resistive磁阻）技術(shù)，這種新型磁頭采取磁感應(yīng)寫入、磁阻讀取的方式，令磁頭靈敏度大大提升，大幅度提高硬盤的工作效率。1997年時，另一項(xiàng)劃時代的技術(shù)誕生了，那就是GMR巨磁阻效應(yīng)磁頭，使用GMR之后，存儲密度相對于以前提高了8倍之多，這使硬盤的存儲密度又上了一個臺階。

2007年，垂直存儲技術(shù)出現(xiàn)了日立推出的第一款突破TB級容量的硬盤。到2012年，有了第一款4TB硬盤的現(xiàn)身。

2011年時，SSD出貨量僅1460萬片；而HDD出貨量是6.215億片。當(dāng)年希捷CEO曾表示：“機(jī)械硬盤是永遠(yuǎn)無法被SSD取代的”。同年，泰國突發(fā)了大洪災(zāi)，作為全球最大的硬盤配件及驅(qū)動器生產(chǎn)基地，洪災(zāi)發(fā)生后，各廠商紛紛停產(chǎn)，導(dǎo)致硬盤供應(yīng)進(jìn)入短缺狀態(tài)，重創(chuàng)整個機(jī)械硬盤行業(yè)。隨后，2012年至2013年，SSD進(jìn)入快車道，雖然價格貴，但出貨量保持著高速增長。反觀HDD，經(jīng)歷2011年洪災(zāi)打擊，2012年出貨量創(chuàng)下新低，2013年恢復(fù)產(chǎn)能之后，市場的需求下滑，出貨量持續(xù)下降。2014年至2015年，SSD徹底爆發(fā)。

HDD廠商也想過加入SSD陣營。2014年希捷花了4.5億美元收購了安華高旗下的LSI兩個部門，2017年，希捷在東芝閃存業(yè)務(wù)收購中出資了13億美元，同時希捷也和東芝簽訂了閃存供應(yīng)協(xié)議，可以獲得穩(wěn)定的閃存芯片供應(yīng)，保證SSD業(yè)務(wù)拓展。希捷強(qiáng)調(diào)，他們的SSD業(yè)務(wù)重點(diǎn)是企業(yè)級市場，因?yàn)閮r值更高，但也不會放棄消費(fèi)級市場。

然而，2019年希捷放棄自有主控，推出BarraCuda 510 M.2固態(tài)硬盤；2021年希捷推出了FireCuda SSD，主要聚焦于游戲領(lǐng)域。從希捷這幾年的產(chǎn)品和戰(zhàn)略看，希捷對于消費(fèi)級SSD并沒有太大興趣，只是零零星星地發(fā)布過幾款產(chǎn)品，規(guī)格、性能都中規(guī)中矩，在血雨腥風(fēng)的SSD市場上沒有獲得太大份額。

另一家HDD大廠西部數(shù)據(jù)在SSD產(chǎn)品線布局頗廣。西部數(shù)據(jù)收購閃迪之后，可以自己生產(chǎn)NAND顆粒，這就保證了西數(shù)固態(tài)的閃存芯片都是原廠顆粒，此外多家外媒報道西部數(shù)據(jù)已經(jīng)與鎧俠進(jìn)行了多輪談判，如果收購成功西數(shù)在SSD產(chǎn)品的產(chǎn)品會更加豐富。

但整體來說，SSD市場主要由三星、金士頓、美光等廠商占據(jù)，在國內(nèi)市場方面，受益于國產(chǎn)顆粒廠商的發(fā)展，一部分國內(nèi)SSD品牌的份額也在增長。

04

HDD廠商的大容量市場保衛(wèi)戰(zhàn)

正如前文所說，SSD當(dāng)下僅在消費(fèi)級領(lǐng)域擁有成本優(yōu)勢，HDD廠商還占據(jù)著大容量存儲市場。但根據(jù)Wikibon的預(yù)測，SSD在成本上具備完全的優(yōu)勢，可能只要到2026年。

Gartner也進(jìn)行了調(diào)查，聲稱到 2026 年企業(yè)級 SSD 將達(dá)到 HDD/SSD 艾字節(jié)出貨量的 35%。該市場預(yù)測顯示，SSD將占2026年HDD+SSD EB級發(fā)售容量的 32%，約為1400 EB，而HDD約為3200 EB。Gartner預(yù)測，從2022年到2026年，HDD容量將以16%的復(fù)合年增長率增長，SSD的加速度更高。到2026年，HDD預(yù)計將擁有68%的份額，而目前HDD占據(jù)的容量約為82%的份額。

于是HDD廠商們?nèi)栽谕ㄟ^其他技術(shù)提升產(chǎn)品的競爭力。

希捷最近表示，即將發(fā)布采用 HAMR 技術(shù)（熱輔助磁性寫入技術(shù)）的 32 TB 近線硬盤，預(yù)計發(fā)布時間在未來幾個月內(nèi)。

HAMR 是一項(xiàng)高度復(fù)雜的技術(shù)。它需要能夠承受大約 450°C 或更高的局部高溫（使用波長約為 810 nm 和功率約為 20 mW 的激光產(chǎn)生）而不會隨時間變形的新型盤片。這些盤片預(yù)計將由玻璃基板制成，并覆蓋一層薄薄的 Fe-Pt 合金磁性層，以確保可靠性并防止最終變形。

多年來，西部數(shù)據(jù)一直在猶豫是否采用 HAMR 作為其生產(chǎn)大容量硬盤的方法。2023年，西部數(shù)據(jù)首席財務(wù)官 Wissam Jabre 在美國銀行證券 2023 年全球技術(shù)會議上確認(rèn)西數(shù)會在1.5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)某種程度的量產(chǎn)。

或許，HAMR能夠成為HDD廠商在成本上保持優(yōu)勢的可能性。無論如何，HDD徹底退出市場還要相當(dāng)一段時間才能看到。在這期間，打敗HDD的也未必是SSD。