存儲進化　更快、更大、更便宜

存儲設(shè)備在電腦中的地位一直算不上特別高，和CPU、GPU市場引發(fā)玩家對戰(zhàn)和爭論相比的話，存儲設(shè)備中無論是內(nèi)存還是SSD、HDD，關(guān)心的人不多而且也僅限于規(guī)格和性能。實際上，由于存儲設(shè)備的特性，它的性能和表現(xiàn)，有可能比CPU以及GPU等更影響我們使用電腦的實際體驗。從1978年到現(xiàn)在，存儲設(shè)備發(fā)生了諸多變化，速度更快、容量更大的同時價格也更便宜了。接下來，讓我們一起來梳理—下這部分的歷史吧！

電腦中的存儲設(shè)備對電腦的整體性能表現(xiàn)起著非常重要的作用，比如內(nèi)存的速度直接影響CPU存取數(shù)據(jù)的速度，如果內(nèi)存速度過慢，CPU性能再好也只能處于無盡的等待中。與之類似的還有硬盤的存取速度。同時，存儲設(shè)備的容量也非常重要，人們一直都在追求更大的存儲空間來存放日益增長的數(shù)據(jù)。從2017年開始，無論是HDD、SSD還是內(nèi)存，存儲設(shè)備都在進行著多方面的技術(shù)進化和性能提升。

更快的速度、更大的容量和更低廉的價格，存儲設(shè)備的發(fā)展，一步一個腳印，值得銘記。

內(nèi)存變革：從DDR4時代邁入DDR5時代

內(nèi)存是電腦中影響性能的關(guān)鍵部件之一。在2014年DDR4內(nèi)存正式發(fā)布之后，從2015年開始，DDR5的消息就在不斷地釋放，包括三星、RDRAM、美光、英特爾等廠商都在不同場合提及過DDR5的消息。最早的DDR5內(nèi)存計劃在2018年發(fā)布，但是由于各種原因?qū)е缕湓?020年才最終敲定規(guī)格，2020年7月，JEDEC發(fā)布了最終版本的DDR5內(nèi)存規(guī)范。2021年，DDR5內(nèi)存終于以商業(yè)化的形態(tài)來到了我們身邊。

DDR5內(nèi)存帶來了兩個重要的改變，一是數(shù)據(jù)傳輸速度大幅度提升，二則是數(shù)據(jù)存儲密度大幅度提高。先來看數(shù)據(jù)傳輸速度。DDR5現(xiàn)有規(guī)劃中已經(jīng)可以看到DDR5 6400內(nèi)存的身影，速度相比DDR4規(guī)范中最高的DDR4 3200直接翻倍，未來隨著工藝發(fā)展和制造技術(shù)不斷進步，最終出現(xiàn)遠超DDR5 6400規(guī)格的內(nèi)存也不是不可能。

從技術(shù)上來看的話，為了達到如此高的速度，DDR5在內(nèi)部做出了很多改進。首先則是每個DIMM被劃分為2個通道，每個通道的數(shù)據(jù)預(yù)取值從之前的8n翻倍至16n。劃分為2個通道的原因是由于內(nèi)存操作需要限制在64byte以內(nèi)，而32bit數(shù)據(jù)通道和16n預(yù)取剛好在這個范圍內(nèi)。預(yù)取值的翻倍是DDR5名義數(shù)據(jù)傳輸頻率提升的核心原因，DDR5的每次數(shù)據(jù)傳輸能夠傳遞1 6個單位的數(shù)據(jù)，比DDR48個單位的數(shù)據(jù)翻倍，因此其名義帶寬也得到了大幅度的提升。

另外，由于數(shù)據(jù)預(yù)取翻倍，數(shù)據(jù)傳輸速率提升，因此DDR5的總線帶寬也必須做出改進。現(xiàn)在，DDR5采用了DEF機制進行總線數(shù)據(jù)傳輸，這使得傳輸?shù)母蓴_更少，數(shù)據(jù)完整性更好。

除了更快外，DDR5的數(shù)據(jù)存儲密度更高了?，F(xiàn)在，消費級市場的DDR5允許單顆顆粒的最大容量為8GB，這個數(shù)據(jù)是現(xiàn)有DDR4 2GB的4倍。如果不考慮堆疊技術(shù)的話，消費級市場的雙面顆粒（16顆粒）的單條DD5內(nèi)存至少可以達到128GB。

如果考慮DDR5內(nèi)存最高支持8層堆疊的話，那么一個擁有40個堆疊顆粒的企業(yè)級LRDIMM DDR5內(nèi)存的容量將達到2560GB，這將大大緩解企業(yè)級用戶內(nèi)存不足必須單通道掛接多DIMM的窘境。

在其他信息方面，DDR5也相對DDR4作出了改進，比如DDR5的工作電壓進一步降低至1.1V，這使得DDR5的能耗更低。DDR5還加入了片上電壓調(diào)節(jié)模塊，整個DDR5的PCB供電將由集成的電壓調(diào)節(jié)模塊而不是主板供電來負責，這將降低主板的制造和設(shè)計成本，但是提高了內(nèi)存的成本，具體如何變化還有待進一步觀察。

延遲值方面，DDR5設(shè)計了不同的類型，其中A類型的DDR5延遲值最低，B類型次之，C類型最次。因此消費者在購買時需要注意觀察內(nèi)存型號的具體內(nèi)容，根據(jù)自己的性能需求和定位進行選擇。不同類型延遲值DDR5內(nèi)存的存在，使得廠商可以在同一頻率下銷售不同延遲的內(nèi)存，而不再像DDR4以及之前的時代那樣必須降頻銷售，同時低延遲值的內(nèi)存價格會更貴一些，這些也符合市場對“一分錢一分性能”的定義。

最后再來看看有關(guān)市場方面的內(nèi)容。由于DDR5內(nèi)存剛上市，且只能搭配英特爾第十二代酷睿處理器和2690主板使用，因此其價格相對來說還是比較高的，目前16GB x2的DDR5 5200內(nèi)存套條售價約3900元，最便宜的16GB DDR5 4800內(nèi)存價格也高達1500元。相比之下，16GB DDR4 3200內(nèi)存售價僅為450元左右，顯然現(xiàn)在還處在新品上市的溢價期中。

不過，值得注意的是，目前市場上的DDR5內(nèi)存并沒有標注自己是A類、B類還是C類，如果有需要的讀者最好還是自己詢問清楚，畢竟A類內(nèi)存的延遲值表現(xiàn)更好，最終性能比C類內(nèi)存有顯著提升。

從目前的發(fā)展情況來看，DDR5內(nèi)存成為未來的主流已經(jīng)是大勢所趨。在接下來的2022年，英特爾和AMD都將更新平臺，發(fā)布更多采用DDR5內(nèi)存的平臺，幾大內(nèi)存廠商也逐漸開始將產(chǎn)能轉(zhuǎn)移至DDR5。

當前的消息顯示，英特爾明年將推出600系列的中端和入門級主板，AMD的Zen 4架構(gòu)也將提供對DDR5內(nèi)存的支持。包括三星、海力士、美光在內(nèi)的主要內(nèi)存企業(yè)都宣稱未來將全力轉(zhuǎn)產(chǎn)DDR5內(nèi)存。千門萬戶曈曈日，總把新桃換舊符，DDR4內(nèi)存已經(jīng)陪伴我們太久時間了，是時候退役休息了。2022年之后的很長一段時間，將是DDR5的世界。

SSD：PCIe總線成為主流，堆疊層數(shù)變得越來越高

SSD這種存儲設(shè)備實際上是以芯片作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的，既然是芯片，那么就具有芯片的產(chǎn)品特性，比如其成本會隨著不斷擴大的生產(chǎn)規(guī)模和不斷提升的制程而降低、速度會隨著各種總線技術(shù)和讀寫技術(shù)的進步而提升等。從2017年到2021年，SSD產(chǎn)品隨著NAND顆粒以及控制芯片的進步，在存儲容量、速度和產(chǎn)品特性上出現(xiàn)了諸多變化。

容量更大：1TB起步時代來臨

SSD產(chǎn)品的容量在早期和工藝相關(guān)，但是隨著NAND顆粒的特性、工藝不能無限制縮小之后，堆疊技術(shù)、陣列下COMS技術(shù)等諸多技術(shù)又走向前臺，開始成為SSD和相關(guān)NAND顆粒容量提升的法寶。

堆疊技術(shù)是2017年以來NAND顆粒容量提升的核心技術(shù)之一。早期的NAND顆粒都是平面布置的，其晶體管密度的提升主要來自制程的不斷縮小。但是隨著制程縮小，NAND數(shù)據(jù)存儲的核心也就是浮柵中所使用的MOSFET中，起到絕緣作用的隧道氧化層已經(jīng)很薄了。而持續(xù)的通電讀寫會導(dǎo)致浮柵磨損，將使得NAND顆粒不再具有存儲電子的能力，數(shù)據(jù)可靠性自然也無從談起。

在這種情況下，各大廠商逐漸放緩了在工藝方面的持續(xù)微縮，在尋找新的浮柵改進技術(shù)的同時，更傾向于采用堆疊技術(shù)提升NAND顆粒的容量。采用堆疊技術(shù)的NAND顆粒被稱為3DNAND。

2017年，各大廠商的3D NAND顆?；旧隙际菑?2層起步，經(jīng)過32層、64層、96層的逐步發(fā)展，目前最高堆疊層數(shù)方面，SK海力士發(fā)布了176層，英特爾發(fā)布了144層，鎧俠發(fā)布了162層，三星最高達到了200層，美光最高達到了176層，國內(nèi)的長江存儲最高也來到了128層。一些廠商公布的未來計劃顯示，SK海力士將在2025年達到500層的堆疊，鎧俠將在2022年達到212層堆疊，三星則預(yù)計在下一代和下下一代產(chǎn)品上分別實現(xiàn)300層和400層的堆疊。

不過，堆疊也并非永無極限，NAND在堆疊時，上層和下層的芯片需要通孔和觸點予以連接，堆疊層數(shù)越高，連接層占用的面積越大。目前廠商單次堆疊的層數(shù)應(yīng)該都在100～150左右，更高層數(shù)的堆疊產(chǎn)品除了芯片連接方式的進步外，主要還是來自將已經(jīng)完成堆疊的芯片再度堆疊，形成“堆疊的堆疊”，持續(xù)推高單位面積存儲密度。

除了堆疊之外，廠商還在浮柵技術(shù)方面有所突破。比如三星和SK海力士將采用電荷陷阱技術(shù)，并期待在采用新的材料（氮化硅膜）后，有望持續(xù)縮小NAND的工藝制程。不過這些內(nèi)容可能需要在2022年甚至更遠的時間點才能看到了。

在NAND顆粒的類型方面，從2017年到2021年，NAND占主流的顆粒類型依舊是TLC，但是部分QLC顆粒已經(jīng)出現(xiàn)在市場上，并憑借其超大的容量以及相對低廉的價格等優(yōu)勢，獲得了部分用戶的青睞。從目前的應(yīng)用來看，QLG SSD更適合當作數(shù)據(jù)存儲盤使用，其較低的持續(xù)讀寫性能使得QLG SSD在緩存用盡后速度會嚴重降低至100MB/s，不太適合用作主系統(tǒng)盤使用。

總的來看，通過堆疊技術(shù)、QLC技術(shù)的發(fā)展，SSD的容量從2017年到2021年持續(xù)提升，目前市場上的主流已經(jīng)從之前的120GB、240GB提升至1TB。2017年時，大約600元左右可以買到240GB的SSD.現(xiàn)在600元可以購買到1TB左右的SSD。一般來說，如果不是對數(shù)據(jù)存儲要求特別高的用戶，1～2TB已經(jīng)基本滿足日常使用的需求了。這樣一來，HDD在PC存儲中的地位逐漸被SSD徹底替代的日子也不遠了。

速度更快：NVMe全面鋪開，PCle總線持續(xù)升級

SSD產(chǎn)品除了容量提升外，另一個重要的變化在于速度持續(xù)提升。

2017年，還有不少SSD采用的是SATA接口，或者采用KVMe接口，但是執(zhí)行的是SATA數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，最高數(shù)據(jù)傳輸速度上限僅為500GB/s。隨著平臺技術(shù)演進和SSD性能提升，SSD的數(shù)據(jù)傳輸接口目前已經(jīng)基本轉(zhuǎn)換至以NVMe為主流且支持PCle總線為主，相比SATA總線的500MB/s，PCle 3.0 x4總線最高可達4GB/s的讀取速度，更快的PCle 4.0 x4的速度更是可以達到讀寫8GB/s。目前英特爾已經(jīng)發(fā)布了第十二代酷睿處理器，提供了對PCle 5.0的支持，然而PCle 5.0的SSD尚未大規(guī)模商用，還需要耐心等待—段時間。

技術(shù)更新：做騰表現(xiàn)遠超NAND

作為近幾年來IT業(yè)界最大的技術(shù)創(chuàng)新之一，英特爾傲騰持久內(nèi)存受到越來越多企業(yè)用戶的青睞。傲騰系列產(chǎn)品的特點，在于不采用傳統(tǒng)的NAND的浮柵結(jié)構(gòu)，它采用了一種全新的非易失性存儲結(jié)構(gòu)，因此在性能、壽命和斷電數(shù)據(jù)存儲等方面非常有優(yōu)勢。

英特爾的數(shù)據(jù)顯示，傲騰系列存儲的理論最快速度比內(nèi)存大了1個數(shù)量級，比NAND等存儲產(chǎn)品快了1到2個數(shù)量級，再加上其非易失性，整體表現(xiàn)令人震撼。具體說來，傲騰持久內(nèi)存的主要技術(shù)特性包括最大內(nèi)存容量可提升至每處理器4.5TB，速度遠高于NAND以及25%的內(nèi)存帶寬提升等。這些存儲性能的提升讓I/O瓶頸效應(yīng)進一步降低，并帶來更快的處理速度和更高的應(yīng)用性能，一經(jīng)發(fā)布就得到了多家企業(yè)的青睞。做騰固態(tài)盤則擁有強勁的4K隨機讀寫性能表現(xiàn)，延遲低于6微秒、隨機讀寫延遲低于25微秒。如此強悍的性能指標讓所有NAND產(chǎn)品都望塵莫及，并且其壽命也達到了每天支持100次全盤寫入。

HDD硬盤：容量無極限

從現(xiàn)況來看，HDD在結(jié)構(gòu)方面基本上不會再有突破性的變化，HDD存在的唯一目標就是不斷提升存儲容量。從2017年到現(xiàn)在，HDD的容量從大約10TB提升至超過20TB，并且還利用各種技術(shù)持續(xù)推動存儲容量提升。

目前，HDD提升存儲容量的方法主要是依靠PMR、充氮技術(shù)、多磁盤技術(shù)來實現(xiàn)的。

相關(guān)技術(shù)顯示，磁盤在PMR、垂直記錄等技術(shù)的輔助下，單碟片的存儲容量上限大約在2.2TB左右，如果需要繼續(xù)提升存儲容量就要借助其他技術(shù)了。比如西部數(shù)據(jù)推出的20TB HDD產(chǎn)品就擁有10個碟片。未來西部數(shù)據(jù)還將推出22TB的HDD，也只是在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上再增加一個碟片而已。

至于未來的發(fā)展方向，希捷和西部數(shù)據(jù)表示未來熱輔助技術(shù)或者微波輔助技術(shù)將是發(fā)展的重點。希捷的HAMR技術(shù)和西部數(shù)據(jù)的EAMR技術(shù)都將顯著提升磁盤的數(shù)據(jù)存儲密度，熱輔助技術(shù)會提升磁盤數(shù)據(jù)密度至2.6Tb/平方英寸，對應(yīng)的硬盤最大容量應(yīng)該在40～50TB。未來希捷還將使用顆粒狀介質(zhì)以及圖案化介質(zhì)等技術(shù)，將HDD的存儲容量進一步推高至120TB。

國產(chǎn)存儲設(shè)備獲得突破

除了國際企業(yè)在存儲產(chǎn)業(yè)上帶來了大量突破以外，國內(nèi)廠商在這段時間的發(fā)展也是非常驚人的。目前，國內(nèi)廠商已經(jīng)可以完成DRAM芯片、NAND顆粒、控制芯片等全系列芯片的國產(chǎn)化，市場上也有部分國產(chǎn)SSD或者內(nèi)存條現(xiàn)身。比如長江存儲就宣布旗下128層Xtracting QLC顆粒即將量產(chǎn)，64層顆粒出貨已經(jīng)超過3億顆，已經(jīng)推出了1 28層TLC顆粒，并且相關(guān)產(chǎn)品也已經(jīng)上市。實際測試表明，國產(chǎn)NVMe SSD產(chǎn)品的整體性能和穩(wěn)定性等，和國外品牌同檔次產(chǎn)品基本一致，非常值得選購。

內(nèi)存方面，合肥長鑫在2019年開始量產(chǎn)19nm工藝的DDR4和LPDDR4內(nèi)存。截至2020年底，合肥長鑫已達到每月4萬片產(chǎn)能，并啟動每月6萬片產(chǎn)能的建設(shè)。合肥長鑫宣布，旗下內(nèi)存顆粒目前已經(jīng)應(yīng)用在多款內(nèi)存產(chǎn)品中，合肥長鑫也是全球第四個突破20nm以下內(nèi)存生產(chǎn)工藝的廠商。2021年合肥長鑫將完成17nmDRAM內(nèi)存的研發(fā)，并加速DDR5內(nèi)存的研發(fā)。目前，合肥長鑫的內(nèi)存還沒有以獨立品牌出現(xiàn)在市場上，期待未來能看到合肥長鑫的產(chǎn)品。

總的來看，存儲產(chǎn)品在2017到2021年還是發(fā)生了非常巨大的變化。無論是DDR5內(nèi)存嶄露頭角，還是高性能SSD的全面鋪開，以及大容量HDD的上市，都顯示了數(shù)據(jù)存儲行業(yè)的廣闊的未來。期待下一個十年，數(shù)據(jù)存儲的技術(shù)和產(chǎn)品給我們帶來更多的驚喜和感嘆！