固態(tài)硬盤容量那點事

咱們今天就以一款比較少見的新型SATA 固態(tài)硬盤——4TB的三星870 EVO（圖1）和同品牌、同時期的M.2固態(tài)硬盤三星980 PRO為例，來了解一下這個問題的答案吧。作為SATA 接口的固態(tài)硬盤，三星870 EVO的可用空間比M.2固態(tài)硬盤大得多，從外觀上看，大家應該就覺得它能到4TB也不奇怪，多塞點顆粒進去就好了唄。可實際呢？

打開外殼后會發(fā)現它并沒有采用“擠滿”整個空間的PCB，PCB板上也沒有“擠滿”閃存芯片（圖2，圖3）?？刂菩酒?、緩存芯片加4顆閃存芯片，其實連小巧的M.2固態(tài)硬盤980 PRO也完全可以裝得下（雙面）（圖4）。為什么它不充分利用空間，用更多的顆粒來換取更大容量呢？

首先是成本問題，現在的芯片生產工藝可以把存儲硅片一層層地堆疊起來，也就是很多廠商宣稱的所謂“xx層”閃存芯片，目前已經發(fā)展到了100多層堆疊（圖5）。多層堆疊當然對芯片的設計、生產提出了更高要求，不過在技術發(fā)展下，芯片堆疊生產的成本越來越低，相對于使用更多結構簡單的小容量芯片，它可以節(jié)約顆粒封裝等芯片生產成本、P C B面積等固態(tài)硬盤生產成本。所以目前在同樣容量下，基于多層堆疊芯片的固態(tài)硬盤已經比使用更多的小容量閃存芯片總成本更低，廠商當然更歡迎。

其次是主控芯片的限制，要靠增加閃存芯片數量湊出幾TB、甚至十幾TB的固態(tài)硬盤其實并不難，比如商用大容量PCIe固態(tài)硬盤就是如此（圖6）。但這不僅需要足夠的空間，對主控芯片的能力要求也更高，因為目前的閃存顆粒內部已經是類似RAID的多通道架構，更多的閃存芯片通道數量也會倍增，要想控制這么多數據流，主控芯片的能力需要成倍提升，成本、功耗、發(fā)熱量都太高了，可以看出商用大容量固態(tài)硬盤的主控芯片非常大，也必須使用散熱片。

而且百TB級別的商用固態(tài)硬盤使用和消費級固態(tài)硬盤完全不同的接口，PCIe ×8/×16插槽足夠的外部帶寬讓主控芯片付出的代價完全值得。可消費級硬盤的最高外部帶寬僅有PCIe ×4的水平，適合塞進更多顆粒的SATA型固態(tài)硬盤帶寬更低，而大量的閃存芯片并行存取時速度是非常高的，這時候主控芯片的主要任務成了“降速”（圖7），根本是吃力不討好，廠商當然也不會這樣設計了。

從這些情況看，在目前的技術水平下，其實SATA固態(tài)硬盤的容量不會有明顯優(yōu)勢。而隨著技術的進步，緊湊的M.2固態(tài)硬盤成本還更低一些。所以目前高速PCIe3.0（3000MB/s及更高）M.2固態(tài)硬盤已經與同容量的SATA固態(tài)硬盤持平，中速PCIe3.0（2000MB/s～3000MB/s）M.2固態(tài)硬盤則成了很多品牌容量價格比最高的產品（圖8）。

總體來說，在消費級領域，近期固態(tài)硬盤的發(fā)展只會是容量速度的同步提升，這也是近期主流消費級固態(tài)硬盤的容量穩(wěn)定在了4TB，僅有極少量8TB型號的原因。更大容量的固態(tài)硬盤可能得等待未來的NVMe 2.0解決問題，從目前的信息看，它應該會提供類似SATA的連線接口，而速度比目前的NVMe M.2接口更高，這樣尺寸類似目前SATA固態(tài)硬盤的產品可以容納更多的顆粒，高速接口也更適合更多的顆粒、數據并行傳輸。