SSD和HDD技術路線圖，成本是關鍵

由於每位成本較低，超高容量 HDD 市場在可預見的未來仍將無法被快閃記憶體所佔據。

IEEE 的一份報告認為 SSD 不會大規模佔領磁碟驅動器市場，因為 HDD 的每位元成本下降速度足夠快，足以阻止 SSD 趕上。

導致HDD和SSD產品結構、外形差異的根本原因在於儲存的原理不同。HDD為磁性媒介記錄資料，SSD為快閃記憶體晶片記錄資料。

HDD（硬碟驅動器）的儲存原理是使用磁性媒介記錄資料。硬碟驅動器包含一個或多個盤片，每個盤片上都有一個讀寫頭。當資料被寫入硬碟時，讀寫頭會將磁性顆粒定向，以表示數字資訊。這些磁性顆粒被固定在盤片表面的磁性塗層上，可以在需要時通過讀寫頭進行讀取。資料的讀取和寫入是通過旋轉盤片和移動讀寫頭來完成的。

SSD（固態硬碟）的儲存原理是使用快閃記憶體晶片記錄資料。快閃記憶體晶片使用電子儲存器來儲存資料，而不是磁性媒介。當資料被寫入固態硬碟時，電荷被儲存在快閃記憶體晶片中的電晶體中，以表示數字資訊。這些電晶體可以在需要時通過控制電荷來讀取資料。資料的讀取和寫入是通過控制電荷來完成的。由於固態硬碟沒有旋轉部件，因此讀寫速度更快，並且更耐用。

Tom Coughlin 的 8 月份《數字儲存技術通訊》討論了《2023 年更新的國際裝置和系統路線圖》（ IRDS ）。它涵蓋了許多大容量儲存技術：SCM、NAND/SSD、HDDS、磁帶和包括 DNA 在內的新興儲存器。

我們在這裡關注的是 SSD 和磁碟驅動器，而 IEEE 報告指出 HDD 已經將快速資料訪問市場拱手讓給了 SSD：“隨著基於快閃記憶體的 SSD 成本下降，HDD 已被取代：首先是在消費類 PC 中，然後越來越多地出現在資料中心，因為 SSD 已佔據了頻繁和隨機訪問的資料層。”

如今，HDD 用於大容量儲存，SSD 用於提高速度。經常請求和通常隨機訪問的資料駐留在 SSD 中，而不經常使用和通常按順序訪問的資料則保存在高容量 HDD 中。

然而，SSD 和 HDD 將繼續共存，因為在可預見的未來，HDD（和磁帶）將繼續提供最低的每位元成本。

因此，如今，HDD 市場出貨量繼續下降，主要原因是被固態硬碟取代。IEEE 報告認為，隨著近線海量儲存市場規模的擴大，HDD 出貨量總量將從 2023 年增加到 2028 年：

預測顯示，移動、品牌、消費電子產品和零售硬碟市場在此期間將繼續下滑。

隨著 3D NAND 層數的增加和每位元成本的降低，固態硬碟容量也在不斷增加，但增加速度正在放緩。這是因為增加層數也會增加成本。增加容量的另一種方法是在單元中增加位元，但 QLC（4 位元/單元）的出現可能是暫時性的，因為下一個 5 位元/單元的等級--五級單元或 PLC--的耐用時間太短，暫時不可行。

IEEE 報告中有一張來自其 IRDS（國際裝置和系統路線圖）社區的表格，顯示了到 2029 年 NAND 晶片密度的發展情況：

IRDS 並未承諾 QLC 將從 2025 年開始取代 TLC，而是使用術語 TLC+。我們目前剛剛進入 200 多層數領域，美光的276 層技術擁有 1Tb 晶片。

該表顯示，2027 年層數將超過 300 層，2029 年層數將超過 500 層，這將使最大晶片容量從 2025 年的 2TB 翻倍增加到 2027 年的 4Tb 和 2029 年的 8Tb。

儘管容量有所增加，但 SSD 的每位成本不會等於或低於 HDD 的每位成本，報告指出：“由於每位成本較低，超高容量 HDD 市場在可預見的未來仍將無法被快閃記憶體所佔據。”

任何基於半導體的替代記憶體技術（無論是易失性還是非易失性）都無法取代 NAND 或DRAM。考慮到英特爾 Optane 的命運，這是因為它們的性能和其他特性不足以讓供應商承擔將產量提升到一定水平的成本，而成本/位、性能、耐用性和功耗意味著客戶將從 DRAM 或 NAND 轉換。

由於這一限制，ReRAM、MRAM 等技術仍將只是嵌入式市場的利基替代品。

HDD 將增加其容量，從而降低其每位成本，如下表所示：

所有供應商（希捷、東芝和西部資料）都將轉向 HAMR 技術，並在 2037 年使用圖案化熱點介質：

報告指出：“圖案化介質具有磁性材料的離散元素，這些元素有序地分佈在磁碟表面。當磁頭在這些圖案點上寫入時，這些圖案點就變成了磁位。圖案化介質將與 HAMR 記錄相結合，在未來 15 年內實現 10 Tb/in2 的磁記錄面密度。”

一個長期存在的 HDD 問題是訪問密度，即每秒每字節的 IO 運算元。報告稱：“隨著表面儲存容量的增加，訪問給定資料所需的時間也隨之增加，讀取或寫入磁碟上所有資料的時間也隨之增加。儘管磁碟驅動器訪問資料的平均性能每年增加約 10%……但磁碟驅動器的磁碟訪問密度（訪問密度 = 每秒每 GB 的 I/O 數）卻在不斷下降，因為磁碟驅動器容量的增長速度快於磁碟驅動器性能的增長速度。”

儘管多執行器技術等技術取得了進展，但隨著 HDD 容量的增加，訪問密度仍將繼續下降。NAND 快取（如 WD 的OptiNAND技術）可以幫助緩解這種情況。 (半導體產業縱橫)