2022-2025 年數(shù)據(jù)中心存儲市場收入規(guī)模復合增速預計實現(xiàn) 5.89%，超過數(shù)據(jù)中心市場整體復合增速5.01%。2025 年，全球 SSD 市場規(guī)模將達到 255.1 億美元，其中國內(nèi)企業(yè)級固態(tài)硬盤市場規(guī)模將增至 489 億元，5 年間復合增速約25%，其中 PCIe 固態(tài)硬盤市場份額比例將從 2020 年 59%增至 90%。 近年來，中國大陸廠商積極發(fā)力 PCIe 3.0、PCIe4.0 甚至更高端的 PCIe 5.0 企業(yè)級 SSD，整體實力不斷提升，同時我國上下游企業(yè)出海，助力企業(yè)級存儲國產(chǎn)化邁向新階段。2021年，國內(nèi) SSD 主控芯片廠商全球出貨量占比 10.33%，替代空間廣闊。 存儲是 IT 基礎設施的重要組成部分，是數(shù)字經(jīng)濟的底座。IT 基礎設施總體分為計算、存儲和通信三大板塊，分別以處理器、存儲器、交換機/路由器等為核心產(chǎn)品。

固態(tài)硬盤（SolidStateDrives，SSD）則是以閃存為存儲介質(zhì)的重要存儲產(chǎn)品，是用固態(tài)電子存儲芯片陣列制成的硬盤產(chǎn)品，由控制單元、存儲單元（FLASH 芯片、DRAM 芯片）及固件組成，可廣泛應用于移動終端、筆記本電腦、臺式機、服務器和數(shù)據(jù)中心等諸多領域。

按照不同應用場景，SSD 可以分為消費級、企業(yè)級和軍工級產(chǎn)品。消費級 SSD廣泛應用于電腦設備、移動終端、商業(yè)電子、車載應用及智能穿戴等場合，企業(yè)級SSD 主要面向互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)數(shù)據(jù)中心、服務器、云計算等企業(yè)級用戶，與消費級 SSD相比，企業(yè)級 SSD 需要具備更快傳輸速度、更大單盤容量、更高使用壽命以及更高的可靠性要求。 而實際應用需求的不同導致了消費級 SSD 和企業(yè)級 SSD 在協(xié)議、總線和接口選擇上的差異性。固態(tài)硬盤的性能以高速傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議為支撐，同時總線和接口能夠承載協(xié)議的性能，三者均是限制固態(tài)硬盤性能發(fā)揮的因素。

1、接口

較為常見的 SSD 接口有 SATA、mSATA、M.2、U.2、SAS 等，其中 U.2 和 SAS 接口主要應用于服務器等企業(yè)級市場。

（1）早期 SSD 大多使用 SATA 接口，SATA 于 2000 年作為 1.0 版（SATAI）首次推出，傳輸速度高達 1.5Gb/s。SATA 標準于 2004 年修訂為 2.0（SATAII），支持高達3.0Gb/s 的速度。而目前筆記本電腦和臺式機等消費級 SSD 大都使用 SATA3.0 端口（SATAIII），支持高達 6.0Gb/s（600MB/s）的傳輸速度。 （2）M.2 接口的讀寫速度與 SATA3.0 相當，但由于體積小，更適合占用空間小的計算設備。 （3）U.2 接口的最大特色是支持 NVMe 標準協(xié)議，高速低延遲低功耗，帶寬走PCIe3.0x4，理論傳輸速度高達 32Gbps，而 SATA 只有 6Gbps，比 SATA 快了 5 倍之多。 （4）SAS 接口在企業(yè)級存儲領域已逐漸取代 SCSI，它是一種串行互連架構，可以讓企業(yè)用戶以更為靈活的方式進行擴展和管理他們的存儲系統(tǒng)。從 SAS1.0 到SAS4.0，連接速度已經(jīng)從 3Gb/s 提高到了 24Gb/s。

2、總線

目前 SATA 和 PCIe 是 SSD 產(chǎn)品兩種主要的總線標準，部分使用 SAS。不同總線標準的位寬和傳輸頻率決定了每次傳輸中能夠提供的最大速度，其中 PCIe 具備更好的帶寬速度，因而SATA 接口+AHCI 協(xié)議被 PCIe 接口+NVMe 協(xié)議逐步取代。 PCIe 從 1.0 到 4.0 版本的吞吐量具有質(zhì)的飛躍，PCIe 4.0 是目前大規(guī)模商用較為主流的版本，SSD 性能大幅提升，但相較于 PCIe 3.0SSD，價格仍高出很多，將率先在高端市場應用。當前 PCIe SSD 主要還是以 PCIe 3.0x4 為主，最大理論速度可以達到 4GB/s，一般 SSD 最大實際測試速度基本可以達到 3.5GB/s。PCIe 4.0 相較于 PCIe 3.0，最大帶寬翻倍，PCIe 4.0 x4 通道可帶來 8GB/s 的超高理論帶寬，SSD 實測順序讀取性能也能達到 7GB/s。PCIe 5.0 在企業(yè)級和消費級都已有產(chǎn)品產(chǎn)出，頭部主控廠商 Marvell 企業(yè)級 SSD 及原廠 Intel 第 12 代處理器均有搭載。

SAS 總線與 SCSI 協(xié)議相匹配，用于企業(yè)級 SSD，具有高性能、高可靠性等優(yōu)點，SAS3.0 可以達到 12Gb/s 的速率。由于總線性能的提升和系統(tǒng)的可擴展性，SAS3.0 技術在數(shù)據(jù)中心等領域大范圍應用。

3、協(xié)議

AHCI（高級主機控制器接口規(guī)范）主要用于通過 SATA 總線與電腦連接的硬盤設備。隨著 SSD 的發(fā)展和企業(yè)級用戶對于數(shù)據(jù)存儲要求的提高，傳統(tǒng) AHCI 標準的 SATA SSD 已逐漸失去優(yōu)勢。 相比 AHCI，NVMe（非易失性存儲器接口規(guī)范）是專門為閃存類存儲設計的協(xié)議，其性能可有數(shù)倍的提升，可降低延遲超過 50%，且 NVMe PCIe SSD 可提供的 IOPs是高端企業(yè)級 SATA SSD 的十倍左右。

SCSI 即小型計算機接口（Small Computer System Interface），指的是一個龐大協(xié)議體系，到目前為止經(jīng)歷了 SCSI-1/SCSI-2/SCSI-3 變遷。SCSI 協(xié)議定義了一套不同設備（磁盤，磁帶，處理器，光設備，網(wǎng)絡設備等）利用該框架進行信息交互的模型和必要指令集，能夠與 PCIe 總線和 SAS 總線相匹配。

雖然固態(tài)硬盤出現(xiàn)較晚，市場推廣早期份額較低，但由于固態(tài)硬盤相較于機械硬盤具有十分顯著的優(yōu)勢，近年來市場逐漸體現(xiàn)除出對其高性能的認可。2019 年，固態(tài)硬盤市場規(guī)模已超過 550 億美元，我們預計未來幾年將以超過 15%的復合年增長率增長，在 IDC 數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球企業(yè)級固態(tài)硬盤支出已超過企業(yè)級機械硬盤，而這一趨勢仍在持續(xù)中。隨著技術的發(fā)展和價格的優(yōu)化，固態(tài)硬盤的市場競爭力將進一步提升，將實現(xiàn)對機械硬盤更深層的替代。

企業(yè)級SSD產(chǎn)業(yè)鏈

從企業(yè)級 SSD 產(chǎn)業(yè)鏈出發(fā)，目前市場的業(yè)務布局模式包括：能夠一體化完成固態(tài)硬盤全部生產(chǎn)線的企業(yè)（如三星）、專注于固態(tài)硬盤 NAND 生產(chǎn)的企業(yè)（如長江存儲）、專注于主控領域的企業(yè)（如英韌科技）、專注于模組生產(chǎn)研發(fā)的企業(yè)（如憶恒創(chuàng)源）、專注于控制器和模塊組合生產(chǎn)研發(fā)的企業(yè)（如賽捷）、專注于 SSD 成品的企業(yè)（如寶存科技）以及同時包括控制器、模組和服務器研發(fā)生產(chǎn)，業(yè)務向下游延伸的企業(yè)（如華為）。 企業(yè)級 SSD 的主要硬件組件包括NAND Flash、主控芯片和 DRAM， 核心軟件為企業(yè)級 SSD 的固件。

1、 閃存顆粒

閃存顆粒是固態(tài)硬盤的存儲介質(zhì)，是一種非易失性存儲器，即在斷電的情況下依舊可以保存已經(jīng)寫入的數(shù)據(jù)。其中 NAND 閃存顆粒有著功耗更低、價格更低和性能更加的優(yōu)點，成為了企業(yè)級 SSD 重要的存儲原料。 根據(jù) NAND 閃存顆粒中電子單元密度的差異，可以分為 SLC（單層次存儲單元）、MLC（雙層存儲單元）以及 TLC(三層存儲單元)，此三種存儲單元在壽命以及造價上有著明顯的區(qū)別。此外，閃存顆粒的立體堆疊層數(shù)也決定著存儲顆粒的總體容量，根據(jù)垂直方向堆疊的顆粒層數(shù)不同和選用的顆粒種類不同，3D NAND 顆粒又可以分為 32 層、48 層、64 層甚至 176 層 3DTLC/MLC 顆粒的不同產(chǎn)品，其生產(chǎn)研發(fā)具有很高的技術難度，但更高的存儲密度和更低的單位存儲價格需求不斷推進存儲廠商提高堆疊層數(shù)，目前的升級速度維持在大約一年一代的頻率。2021 年下半年開始，3D NAND 正式進入了 176L 的量產(chǎn)，176L 3D NAND 的存儲密度較上一代增加了 70%，由于各原廠對于高堆疊 3D NAND 產(chǎn)品的重視，有望在 2023 年看到 200 層以上的堆疊產(chǎn)品。 目前，NAND Flash 全球市場高度集中于三星、西部數(shù)據(jù)、美光科技、海力士、英特爾等六家公司，合計占據(jù)了 99%左右的市場份額，其中三星以超過 30%的市場份額穩(wěn)居第一；而國內(nèi)目前市場規(guī)模較小，主要由長江存儲作為主導。

2、 主控芯片

主控芯片在硬盤工作時承擔與主機通信、控制閃存的數(shù)據(jù)傳輸以及運行 FTL 算法等職責，相當于計算機中的 CPU 的職能，所以主控性能的優(yōu)劣直接影響了固態(tài)硬盤整體的性能表現(xiàn)，其主要的功能包括： （1）調(diào)配數(shù)據(jù)在各個閃存芯片上的負荷，讓所有的閃存顆粒都能夠在一定負荷下正常工作，協(xié)調(diào)和維護不同區(qū)塊顆粒的協(xié)作。 （2）連接閃存芯片和外部（SATA、PCIe 等）接口，負責數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。 （3）負責固態(tài)硬盤內(nèi)部各項指令，諸如 ECC 糾錯、耗損平衡、壞塊映射、讀寫緩存、垃圾回收以及加密等。

目前市場上的主控芯片生產(chǎn)模式主要有兩種，一是各存儲原廠例如三星、英特爾、美光等巨頭自行設計并承擔生產(chǎn)的模式，其中三星的主控自產(chǎn)自銷，基本不單獨 出 售 主 控 ， 美光既用于自有產(chǎn) 品，也外賣給其他 下游 廠 商 。二是美 滿（Marvell）、慧榮科技、群聯(lián)電子等只從事主控芯片設計與銷售而不從事生產(chǎn)的模式。 企業(yè)級 SSD 主控主要由三星為主的原廠所提供，而國內(nèi)企業(yè)如大普微、英韌科技、得瑞領新等企業(yè)也具有企業(yè)級 SSD 主控的設計能力。而大普微作為國內(nèi)首家基于自研主控芯片和固件，實現(xiàn)真正國產(chǎn)化 Gen4 SSD 規(guī)模出貨的企業(yè)，也是國內(nèi)唯一一家得到規(guī)模出貨驗證的 SSD 主控產(chǎn)商，實現(xiàn)了國內(nèi)企業(yè)級 SSD 廠商品牌在海外市場的突破。

3、 固件/算法

固件（Firmware）是出廠預設在存儲器中，運行在閃存控制器內(nèi)部的程序代碼，擔任著存儲器中協(xié)議處理，數(shù)據(jù)管理和硬件驅(qū)動等核心工作，相當于 SSD 存儲器的操作系統(tǒng)。SSD 固件專門針對閃存介質(zhì)進行特性設計，利用磨損平衡寫入算法、錯誤校正碼 ECC 及壞塊管理算法、FTL 算法、垃圾回收算法 GC 等技術，對于映射管理、數(shù)據(jù)糾錯、垃圾回收、功耗控制、掉電保護、損耗均衡等方面進行控制和維護。 目前能夠獨立開發(fā)固件的 SSD 廠商為數(shù)不多，僅有三星、Intel、閃迪、英睿達、浦科特、東芝、OCZ 等，能夠利用大廠帶來的技術優(yōu)勢占據(jù)較大的市場份額。

審核編輯 ：李倩