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NAND Flash固态硬盘价格崩盘, QLC革新 SSD市场

* 来源 : * 作者 : admin * 发表时间 : 2018-12-27

这几年随着网路发展,资料储存的市场需求也跟着爆增,特别是消费者体验到 SSD的快速与方便性,让市场对固态硬碟的需求大幅增加。其中 2017年更是 SSD价格飙涨的一年,当时市场大量缺货,笔电品牌厂因为高涨的硬碟成本叫苦连天,使得 NAND Flash成为去年投资市场最热门的关键词──美光、三星以及 Intel这些领导厂商从中获利颇丰。

其中原因之一免不了需求面的增长,网路时代产生了大量的档案,包含照片、应用程式、音乐、资料库等等不同形式的数据,随着资料量的快速复制与累积。硬碟的技术必须以惊人的速度发展,才得以满足人们对储存空间日益高涨的需求。

尤其是资料中心,市场规模以每年10%以上的速度成长,搭配大众生活逐渐数位化的趋势下,个人的照片、档案及资讯,需要更大的储存空间来容纳,从中衍生出庞大的商机。

为了因应以倍数成长的消费者与企业需求,云端基础建设的公司,像是 Google、 Facebook、 Amazon等持续兴建或是升级资料中心来服务更广大的客户及消费者,带动今年资料中心供应商的营收创历年新高。

回归到消费级的储存空间方案,虽然传统的机械式硬碟(Hard Disk Drive, HDD)已经可以储存大量的资料,但读取速度太慢,对于消费者来说体验不是太好。相较之下,读取速度快好几倍的固态硬碟(Solid State Drive, SSD)成为了较佳的解决方案。

2018年 SSD已经大量运用在笔记型电脑和个人电脑的储存设备,有着超越传统机械式硬碟几十倍的速度,能够达到资料的快速读取及写入。但 SSD在价格上仍然与机械式硬碟有着不小的差距,资料救援技术也不够成熟,短时间内无法在所有应用中取代机械式硬碟,像是讲求稳定性的企业级储存市场。

以上叙述让储存空间的市场一切看起来如此美好,各家厂商纷纷扩厂,制造更多硬碟因应刚性需求──但今年的剧本不如分析师预想般顺利,情势急转直下, SSD价格突然崩盘,过去要价新台币 2,000元的 128GB的固态硬碟,现在价格跌落到 1,000元以下,厂商几乎以低于一半的价格在贩售,市场上每一家通路都在特价,是市场竞争太激烈还是技术革新呢? 本周 Lynn就带大家一起探讨固态硬碟市场在 2018年发生的巨大变化。

1. 什么是固态硬碟 SSD(Solid State Drive, SSD)?

接续先前的记忆体科普文章“DRAM、NAND Flash 最近贵到炸,你还搞不懂记忆体的差异吗?”我们了解到什么是记忆体(RAM)与储存空间(ROM)的差异,其中ROM又称为“非挥发性记忆体(NON-VOLATILE)”,也就是硬碟,特性是不供电的情况下也能储存资料。

用最粗糙的分法,储存资料用的硬碟可以分为“机械式硬碟”与“固态硬碟”。

机械式硬碟中有马达、读写臂等零件,读取头在平整的磁性表面储存和检索资讯,HDD的读写速度慢、功耗高,对震动又相当敏感;但优点是容量大又便宜,即使是 3TB (1TB=1,024 GB),入门款只需要不到新台币两千元的价格,虽然读取速度慢了点,但单纯用来储存资料已经十分足够。

另一个选择是固态硬碟(Solid State Drive, SSD),由快闪记忆体作为永久性记忆体所组成,兼具高读写速度及耐震优势,最大的差异是开机速度:使用 HDD的电脑需要数十秒进行开机,SSD只需要数秒,大大提升电脑的速度及方便性,现在 SSD已经成为个人电脑和笔记型电脑的主流储存设备。

但 SSD成本昂贵,不像 HDD以 TB来计算。以个人电脑来说,单位多以 128GB、 256GB为主流,价格落在新台币一千元至三千元的区间。 虽然SSD也有 1TB以上的产品,但是需要花费万元以上才有办法购得── SSD整体的单位储存成本是 HDD的数倍以上。

此外, SSD也有资料难以救援的缺点,因为资料储存在快闪记忆体中,一旦记忆体颗粒损毁,以现有的技术便难以挽救,不像传统硬碟还能透过资料恢复技术还原资料。

当你在光华商场之类的地方选购电脑时,店员通常会建议选购 HDD+SSD的组合,用意是将开机等需要快速读取的档案储存在 SSD上、其余资料则放置在传统 HDD上。电脑在开运作时会优先读取 SSD中的开机与检测档案,等到需要捞大量的资料才使用 HDD。如此一来,消费者能以较低的成本同时享受到大容量与良好的开机体验。

但混合硬碟的使用体验还是比不上整机使用 SSD,许多电脑品牌厂商仍在寻求大容量 SSD的解决方案──今年 SSD的价格会崩跌,以及新品容量突然暴增的原因是市场迎来下一波储存市场的技术革新:四阶储存单元快闪记忆体技术(Quad-Level Cell Technology)的量产。

2. 四阶储存单元的快闪记忆体技术(Quad-Level Cell Technology)

大部分固态硬碟的储存介质是一种快闪记忆体,又称 NAND-Flash,原理是将资料(也就是 0与1)储存在由浮闸电晶体(Floating Gate, FG)组成的记忆单元阵列内,由于 FG在电气上是受绝缘层独立的,所以进入的电子会被困在里面。

一般的条件下,电荷即使经过多年都不会逸散,达成记忆体不供电也能储存资料的目的,成为取代传统硬碟的一种储存方式。

然而快闪记忆体缺点是固态硬碟在长时间运作过程中,绝缘层会受到多次擦写,随着时间会逐渐变薄,很可能会出现漏电,甚至是损毁,也是为何 SSD普遍被认为寿命不长的原因。

在资料储存上,通过对快闪记忆体内最小的物理储存单元的电位划分不同的阶数,可以在一个储存单元记忆体存放一至四个位元数,依据每个单元(Cell)可储存的位元(Bit)数量,可分为 SLC、 MLC、 TLC及最新的 QLC。

在单阶储存单元(Single-level cell, SLC)装置中,每个单元只储存 1位元的资讯。而多阶储存单元(Multi-level cell, MLC)装置则透过控制多种电荷值让每个单元可以储存 1位元以上的资料。

现在市面上最普遍的是 TLC(Trinary-Level Cell),每一个单元可以储存达 3 Bit的容量(3bit/cell),所以有八种不同的电压状态。相较于 SLC(只能储存 1 Bit)及 MLC(只能储存 2 Bit),在相同体积下能储存更多的资料,因此容量更大、成本更低──单一个单元可以储存 SLC三倍的资料量, TLC时代也象征 SSD正式走向普及化。

然而 TLC有八种不同的电压状态,运作上需要更大的电压,读取与控制上更加复杂,读取速度不免较慢、物理上较容易产生漏电与损毁,擦写寿命也就更短、需要的功耗更高。

也因为上述的缺点,TLC SSD刚推出时被诟病为寿命短的次级 SSD产品,但随着厂商透过设计新的演演算法、堆叠结构及多通道架构下,已经达到与 MLC相当的性能,擦写次数约可达 1,000至 1,500次。

以此类推, QLC(Quad-Level Cell)顾名思义就是将每个单位的储存单位拉到 4个位元(4 bit/cell),电压状态也增加到了 16种。相较于 TLC,可以多储存 33%的资料,达到成本更低、容量更大的目标。

但相对的, QLC的可靠性、寿命及功耗表现一定会比 TLC差,不过有厂商宣称 QLC技术可以达到约 1,000次的擦写次数,加上提供五年保固,应该足以应付消费者平日的需求,而且价格低廉,足以吸引更多笔记型电脑品牌厂及个人电脑买家采用。

3. QLC冲击现有的消费级储存市场,大厂持续以价格战消灭小厂

先不论 QLC的可靠性疑虑, QLC的出现让 SSD的成本进一步降低,自从 Intel从今年八月推出第一款消费级 QLC intel 660P,接下来三星(Samsung)、美光(Micron)、威腾电子(WD)与东芝(Toshiba)也各自推出自家的 QLC SSD产品。容量最高可达单颗 4TB的储存量,已经逼近HDD的单颗储存容量,象征大容量低成本的 SSD时代已经来临。

但这也代表:没有能力作出 QLC的中小型厂商将被大厂以 QLC的低价持续血洗。以往主打低价高性价比的储存小厂,即使毛利压得再低也无法抵抗 QLC的低成本优势,消费者无法分辨其中的技术差异时,一定会选择低价的大厂 QLC SSD,小厂如果没有跟上这一波 QLC技术革新,将被淹没在价格血战之中。

QLC技术约莫在今年五月陆续传出领导厂商成功量产的消息,较为敏感的厂商在今年年中便陆续降价出清库存的中小型容量 SSD,试图降低 QLC于年底推出的冲击。

因此消费者才会发觉,架上的 SSD从 2017年那高不可攀的价格,迅速跳水至可以轻易负担的价格,厂商对折再打折,尽一切能力销售库存。如果是投资 SSD相关公司股票的投资者,也会发现品牌厂的股价从年中开始委靡不振── 暗示SSD市场将从2017年的蓝海市场变成2019年的红海市场。

另一方面,由于成本下降, 2019年的笔电的 SSD搭载率应该会全面提升,中低价机种会是第一批受惠者,中高阶大容量的机型价格也可能得到进一步的压低。

QLC SSD的现有应用除了标准较低的消费市场外,不久后也将扩张至企业与资料中心市场,现有的 SSD由于寿命及可靠性疑虑、资料损毁便难以救援的缺点,资料中心不使用 SSD在储存重要资料,而是用于资料运算、媒体档案传输、串流等等的超高速储存应用。

QLC SSD在今年 11月由各家大厂陆续发布新品,虽然市面上的SSD价格已经不断破底,QLC SSD在通路上或许还不显眼,但在 2019年可能掀起全面性的储存空间价格战。

目前 QLC的可靠性以及寿命还没经过实际使用验证,如果有考虑尝试大容量 QLC SSD的读者不要忘了定期备份自己的资料,但我们或许能开始期待公司配发的笔电从慢得要命的 HDD正式升级为 SSD了。