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抢攻主流市场SSD得再加把劲
前有来者,后有追兵

【作者: 籃貫銘】2008年10月21日 星期二

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固态硬盘(SSD)自研发以来,就被视为储存解决方案的终极产品。因其绝佳的数据读写性能和无使用机械组件的优越耐震性能,因此,许多的厂商都看好SSD有取代传统硬盘的潜力,且争相投入SSD的研发与生产,企图抢占市场先机。顿时间,SSD产品在市场上的声势浩大,连研究机构也认为SSD有机会取得泰半的储存市场。而随着时间的过去,SSD的确在市场上有了些许成果,但距离厂商的预期仍差距甚远,究竟SSD的发展面临了何种困境,下一步又该如何突破。


Flash价格跌幅大 SSD后势看俏

目前SSD最大的发展困境仍是价格问题,若价格的降幅以及下降的速度无法符合市场的需求,则SSD便难有大规模普及的可能。但依据全球内存市场的跌幅来推算,SSD仍有可为之处,这也是目前所有投入SSD生产的厂商所一致认同的趋势。


在今年英特尔开发展者大会(IDF)上,英特尔正式宣布将推出SSD模块,除了看好SSD在行动装置上的应用外,也相信SSD的价格将会快速的趋近消费者需求。Intel就大胆预测,SSD的价格将会以平均每年40%的跌幅下滑。而内存市场的龙头三星电子也表示,SSD的年平均降幅将会达到35%~45%。



《图一 SSD的价格跌幅预估表》
《图一 SSD的价格跌幅预估表》数据源:Sandisk

而根据市场研究公司DRAMeXchange的统计报告显示,截至今年8月,由于需求不振,因此NAND Flash的合约价持续走跌,跌幅约在5~15%之间,总计今年6至8月的平均价格下跌36%。DRAMeXchange指出,以16GB MLC的产品为例,在6月的平均价格为5.06美元,7月便下跌至4.02美元,而8月持续下修至3.24美元,整体的跌幅达36%。


但若与传统的HDD比较,则SSD仍有一段路要走。据调查,目前2.5吋HDD每GB容量的价格为0.5~0.7美元左右,行动应用的1.8吋HDD每GB的价格则稍高,为1.2~1.6美元;反观SSD,即使是采用较低价的MLC制程的产品,每GB仍要价5美元左右,足足高过HDD有10倍之多。以目前主流的2.5吋HDD容量已高达200GB来看,若换算成SSD则需约1000美元的天价,难以说动消费者购买。即便是1.8吋的行动市场,其差距也非常有限,仍不足以造成大规模流行。


有数家的研究公司依据NAND Flash的跌幅来估计,认为2009年或2010年之间,SSD就会有相当程度的发展,但部分保守的研究单位则认为,至少要到2012年,SSD才能达到成熟发展的阶段。但无论如何,SSD的价格将会大幅度的减低,预计这两年先期市场就会明显成型。


(表一) SSD与HDD的GB单价比较

硬盘类别

HDD

SSD

尺寸/制程

1.8吋

2.5吋

3.5吋

2.5吋/SLC

2.5吋/MLC

每GB成本
(USD)

1.2~1.6

0.5~0.7

0.18

14

5


性能与可靠度需进一步提升

依技术规格来看,SSD无论是在体积、重量或者抗震性能上,都较HDD为佳,加上以电子移动为其储存原理,因此无需机械组件,在电耗上也有突出的表现。取代HDD将是无庸置疑的事。然而现实却与理想相左,这个目标距离实现还很遥远,扣除价格因素外,则SSD在实际应用上仍未展现出明显的效能优势,尤其是在消费者端的PC应用上。


这个问题的成因,除了是SSD本身的技术仍未成熟外,PC的系统设计与成本结构并未针对SSD做优化,也是造成SSD性能低落的一大原因。根据一些硬件测试网站的测试数据显示,某些采用SSD解决方案的NB,在部份应用上并不能超越HDD,甚至性能比HDD还差,连其最自豪的省电效能也未尽如人意;但在部分的高阶NB上,则SSD的性能发挥显著,尤其是采用SLC制程的SSD,效能更是令人惊艳。由此可知,光靠SSD本身的性能仍不够,PC系统商也必须有所改进。



《图二 在某些应用下,SSD并无明显的性能优势》 - BigPic:799x455
《图二 在某些应用下,SSD并无明显的性能优势》 - BigPic:799x455数据源:汤姆硬件

若单就SSD本身的问题来看,则可靠度仍是最大的问题。Marvell计算机及连接产品事业部总经理兼制造营运部副总裁陈若文就明白指出,耐用度仍是SSD的一大挑战。他表示,目前读写次数仍是SSD的一大次命伤。即使是采用SLC制程的产品在实际使用上仍显不足,虽然SLC号称具备10万次的读写。但以浏览网页的应用来说,每开启一个网页就会同时写入好几个档案,而网页读取又时常进行更新,读写的次数更加的频繁,因此不需多久,10万次的极限就会消耗完。因此持续提升SSD的耐用度是制造商的一大课题。


要改进SSD的耐用度,除了芯片本身的制程改进外,最重要的就是在控制IC上着墨。由于控制IC是在管理SSD内部的NAND Flash存取,因此对于SSD的耐用度有绝对性的影响。目前相关业者在SSD控制IC技术上的发展,主要朝向在故障区块管理(Bad Block Management)、错误侦测与修正(Error Detection and Correction)与动态平均抹写(Dynamic Wear Leveling)与等方面,以提高SSD的可靠性与耐用度。而更高阶的虚拟模式调整(Virtual Mapping)、静态平均抹写(Static Wear Leveling)及动态故障区块管理(Dynamic Bad Block Management)也是未来控制IC的发展重点。



《图三 储存媒介的发展图 》
《图三 储存媒介的发展图 》

而台湾的工研院也针对SSD的应用需求,自行开发了一套系统数据管理方法及wear leveling的算法,能大幅提升SSD的稳定度和读写次数,让SSD写入次数寿命提高了20倍以上。该算法是一种同时采用8信道的高速平行读写技术,系统容量达到256GB,使SSD的使用寿命与可靠度足与HDD抗衡。


检测标准与市场主导者仍不明确

目前全球约有40家的SSD制造商正积极的竞争此市场,虽然SSD产品的供货商众多,但多数都是须仰赖合作的晶圆厂来提供NAND芯片,加上这些厂商通常也没有研发控制IC的能力,必须再仰赖第三方供应控制IC,因此对于SSD技术的演进并无明显的推动力道,这也是为何SSD推出已一段时间,却仍没有太多市场斩获,且技术也没有大幅进展的另一个因素。


就PC产业结构来看,由于PC主要是采Wintel架构,系统与技术的推动都必须仰赖英特尔和微软支持。但SSD推出的初期,英特尔和微软并未明显表态支持,因此并未针对SSD的特性来提供技术支持。再加上PC系统商长期与HDD供货商合作,在SSD仍无法提供明显的市场竞争优势时,系统商短时间内也不愿意破坏这沿用许久的供应链。


《图四 Marvell计算机及连接产品事业部总经理兼制造营运部副总裁陈若文就明白指出,耐用度仍是SSD的一大挑战。》
《图四 Marvell计算机及连接产品事业部总经理兼制造营运部副总裁陈若文就明白指出,耐用度仍是SSD的一大挑战。》

但目前这个现象已逐渐产生转变。由于看好SSD在行动PC市场的发展潜力,英特尔、三星、美光及东芝等半导体大厂已相继投入,预料将会加速SSD市场的发展。尤其是英特尔的投入,对于PC整合SSD更有指针性的意味。此外,市场最大的HDD供货商希捷(Seagate)也宣布将推出SSD的产品,此举对于PC制造商采用SSD更有决定性的影响。


除了市场领导者不明显之外,SSD目前也缺乏共通的验证标准,仅由各制造商自行提供产品数据,这也造成市面上SSD产品性能参差不齐,间接影响消费者的购买信心。工研院电光所所长詹益仁表示,由于SSD缺乏共通的验证平台,导致制造商各说各话,消费者也无从去判断优劣。太阳计算机也在日前带头呼吁SSD业者应成立标准制定组织,以加速该产业的发展。升阳表示,虽然SSD发展至今已经有许多独立的标准,但在标准化方面的工作仍不够。成立标准制定组织将有助于用户评估固态硬盘的性能。


《图五 研院电光所所长詹益仁表示,SSD目前缺乏共通的验证标准,仅由各制造商自行提供产品数据,造成市面上SSD产品性能参差不齐。》
《图五 研院电光所所长詹益仁表示,SSD目前缺乏共通的验证标准,仅由各制造商自行提供产品数据,造成市面上SSD产品性能参差不齐。》

而为了解决SSD的验证问题,工研院推出了一套完整的SSD性能测试软件平台,以建立统一的系统验证共通平台,加速推升产业发展高价值的信息储存装置。该软件为第一套公开可授权的软件,可监测SSD读写流程,确定性能优劣,为SSD稳定度提供公正客观检测数据,有利于未来固态硬盘的快速发展。


服务器与低价计算机是主要市场

虽然目前SSD的价格仍高居不下,在市场上的使用空间也非常有限,但还是有部分的应用市场已逐渐转向使用SSD,其中以低价的小尺寸笔记本电脑(如EeePC)和高阶的服务器是最主要的两大市场。


在低价计算机上,由于应用诉求是以上网及字处理为主,因此不强调庞大的储存容量,配置16至32GB的SSD即可应付大多数的使用需求,加上低价NB的尺寸和体积较小,非常适合采用省电且轻薄的SSD。目前市场上的低价计算机如华硕的EeePc和宏碁的Aspire one等,都已使用SSD作为储存媒介。SanDisk固态硬盘产品营销总监Doreet Oren表示,低价计算机是一个全新的市场,与传统的NB在应用需求上截然不同。储存装置除了必须因应其行动需求具备耐震的性能外,同时还要低耗电,而SSD正适合这样的装置。


《图六 英特尔新推出的SATA SSD内部NAND闪存技术。其中IPOS提高了50倍之多。》
《图六 英特尔新推出的SATA SSD内部NAND闪存技术。其中IPOS提高了50倍之多。》

而对应此市场,Sandisk也推出了低价计算机专用的pSSD模块,以满足特殊的系统需求。Oren指出,目前低价计算机已是一个可见且逐渐成型的市场,该市场对于SSD的需求非常大。,由于不强调储存容量,因此现阶段16GB的pSSD模块已能满足其储存需求。但她也透露,未来Sandisk也会推出32GB的SSD模块。无独有偶的,美光也看好SSD在行动应用上。针对此市场,美光也推出了相对应的产品「real SSD」。美光内存系统发展副总裁Dean Klein表示,SSD具有极佳的应用效能,将会逐便进入企业、工业、网通及NB市场中。


相对于低价计算机的需求,高阶的服务器则是看上了SSD的高储存效能。陈若文就指出,对于高阶的服务器用户,尤其是金融业者来说,价格并不是首要的考虑,存取的性能才是首要。他表示,这类的用户对于价格并不敏感,最在乎的还是效能,尤其是金融业者。由于金融业者须同步处理用户的在线交易,因此对于每秒输入/输出数(IOPS)非常要求,而SSD正好可以满足这个需求。此外,低耗电的特色也符合现代企业的要求。


《图七 SanDisk固态硬盘产品营销总监Doreet Oren表示,低价计算机是一个全新的市场,与传统的NB在应用需求上截然不同,而SSD正适合这样的装置。》
《图七 SanDisk固态硬盘产品营销总监Doreet Oren表示,低价计算机是一个全新的市场,与传统的NB在应用需求上截然不同,而SSD正适合这样的装置。》

太阳计算机在今年中便表示,将从下半年开始在服务器系统中使用SSD作为储存媒介,以提高系统作业效能。太阳计算机系统部执行副总裁John Fowler表示,除了升阳之外,其他的服务器制造商也在考虑使用这项技术,虽然市场普遍认为由HDD转向SSD将会从2010年开始,但事实上,许多的服务器客户已经准备好采用这项解决方案。


除了服务器供货商已着手SSD的解决方案,专门提供企业储存服务的厂商也开始供应SSD的产品,其中企业储存龙头EMC更在今年初推出了首款企业用的SSD储存产品。该产品采用SLC技术,应用专属的控制IC,达到极快的读写性能。分析师就表示,EMC的投入将会为SSD的企业储存市场带来关键性的转变,并有可能成为杀手级的应用。


《图八 针对低价计算机市场,Sandisk也推出了专用的pSSD模块,以满足特殊的系统需求。》
《图八 针对低价计算机市场,Sandisk也推出了专用的pSSD模块,以满足特殊的系统需求。》

而扮演推动SSD发展的关键角色英特尔,也在日前正式推出了一系列的高性能SSD产品。包含针对主流市场的笔记型和桌面计算机用的SSD,以及针对企业及服务器应用的SSD。其中针对企业服务器、储存系统与工作站设计的X25-E极致型SATA SSD,便强化了在IOPS的性能,并将单位面积的IOPS增加达50倍。


《图九 美光内存系统发展副总裁Dean Klein表示,SSD具有极佳的应用效能,将会逐便进入企业、工业、网通及NB市场中。》
《图九 美光内存系统发展副总裁Dean Klein表示,SSD具有极佳的应用效能,将会逐便进入企业、工业、网通及NB市场中。》

而扮演推动SSD发展的关键角色英特尔,也在日前正式推出了一系列的高性能SSD产品。包含针对主流市场的笔记型和桌面计算机用的SSD,以及针对企业及服务器应用的SSD。其中针对企业服务器、储存系统与工作站设计的X25-E极致型SATA SSD,便强化了在IOPS的性能,并将单位面积的IOPS增加达50倍。

取代传统HDD的空间不大


讲效能,固然是SSD占有绝对性的优势,但这并不意味着HDD会因此而退出市场,反而是因为容量越来越多庞大的数字内容,更让HDD有存在的必要,因为若讲储存容量,则SSD目前仍远落后于HDD。尤其是HDD的垂直读写技术和其他各种先进的技术,将促使HDD的体积逐渐缩小,同时容量也会加速提高,各种抗震和省电的性能也会逐步提升。分析单位就预计,未来几年内,HDD的体积将持续减小,并迫使SSD的大规模流行再延后十年。陈若文表示,人们对于储存容量的需求是不会停止前进的,尤其是目前数字内容的档案越来越庞大,储存空间一下子就被用完。以数字相机为例,去年一张照片的档案可能只要几百KB,但现在一张可能就要3~4MB,变大了十几倍之多,可想见容量消耗的有多快。若再加上MP3和电影档,一个基本的储存需求就要数百GB以上。未来若蓝光DVD的应用普及,则储存容量的要求更会加被提高。这点是SSD很难克服的地方。


因此他也认为,SSD大量取代HDD的情况有可能不会发生。这样的看法,在HDD的制造商上最为明显。虽然HDD的市场老大希捷已表态加入SSD的战局,但并不代表其他的HDD供货商有相同的看法。富士通业务开发副总裁Joel Hagberg就表示,目前SSD的技术仍不够成熟,未来很有可能会被其他的技术所取代,因此富士通在未来两年内并不会考虑进入SSD市场。他指出,目前采用SSD的笔记本电脑,都受到许多用户的抱怨,对于SSD的表现不满意。



《图十 垂直读写技术促使HDD的体积逐渐缩小,同时容量也会加速提高。》
《图十 垂直读写技术促使HDD的体积逐渐缩小,同时容量也会加速提高。》

垂直读写技术促使HDD的体积逐渐缩小,同时容量也会加速提高。


Hagberg指出,目前SSD只适用行动应用上,如手机、PMP、MID、MP3播放器和NB等装置。若应用在高性能的服务器上,则SSD的耐用性则被受考验。他认为,随着时间的演进,SSD的应用比例的确会逐渐增加。但在未来2-3年内,市场占有率仍只会维持在5%左右。


市占率排名第二的WD也表示,SSD仍有待市场考验,WD目前并没有投入此市场的计划,但WD也表示,虽然目前没有投入的计划,但相关的技术WD都在评估中。


《图十一 透过采用垂直读写技术,目前HDD已达成单碟320GB的容量,并推出容量达1TB的产品。图为WD的1TB及的企业用硬盘。》
《图十一 透过采用垂直读写技术,目前HDD已达成单碟320GB的容量,并推出容量达1TB的产品。图为WD的1TB及的企业用硬盘。》

市场研究公司iSuppli与Gartner也都认为,SSD会先以NB为主要的应用,未来的比重会到达三成至二成。但由于SSD价格远高于传统硬盘,因此SSD要在短期内被大量使用,恐怕不容易。Gartner的分析师Joseph Unsworth表示,SSD要广泛进入PC产业,必须在成本和设计进行更多的改善。而且产业界还需要一段长期的教育时间,才能让OEM和终端用户了解SSD所能提供的性能。


Oren则表示,用户不能单只从价格来看SSD。因为SSD在性能上拥有更好的表现,这些体验是传统硬盘所无法提供的,因此会有明显的区别,消费者也要习惯以更高的价钱取得更好的效能。詹益仁则认为,SSD取代HDD是迟早的事,只要技术与应用成熟,有可能出现跳跃性的转换。


混合式硬盘可能是另一个奇兵

而除了HDD与SSD之外,还有一种介于两者之间的混合式硬盘,该硬盘同时采用闪存与传统磁式碟盘作为储存的媒介。储存在闪存上的数据可快速存取,而传统磁盘则具备大容量且低成本的优势,因此也吸引了不少业者投入研发。希捷、日立、三星、富士通和东芝等主要的业者还组成了混合储存联盟,将致力于相关技术的研发。


由于这种混合式硬盘是专为微软的Vista操作系统所开发,是透过操作系统来控制数据的存取。Vista操作系统会将使用频繁的数据存在闪存中,以达成快速存取的效能。只要用户的数据存取规格被记录下来,便可大幅加速运作的效能,而传统碟盘的转度也可以降下来,进而达成省电的目标。由于在读写性能上做了改善,因此混合式硬盘在启动时间、功耗、重量及可靠性也大幅提高,甚至不会因为成本的考虑而牺牲了容量,未来将很有机会在笔记本电脑上进行应用。


《图十二 混合式硬盘同时采用闪存与传统磁式碟盘作为储存的媒介。图为三星所研发的混合式硬盘。》
《图十二 混合式硬盘同时采用闪存与传统磁式碟盘作为储存的媒介。图为三星所研发的混合式硬盘。》

但近来,由于低价计算机的快速发展,加上混合式硬盘的开发并无明显进度,因此在市场上仍未有使用的空间。陈若文也认为,未来SSD与HDD也可能会走向整合,也就是采混合(Hybrid)的储存架构。由闪存来处理系统运作的存取需求,充分发挥在读写上的优势;而HDD则走向专业储存的角色。


结语

但近来,由于低价计算机的快速发展,加上混合式硬盘的开发并无明显进度,因此在市场上仍未有使用的空间。陈若文也认为,未来SSD与HDD也可能会走向整合,也就是采混合(Hybrid)的储存架构。由闪存来处理系统运作的存取需求,充分发挥在读写上的优势;而HDD则走向专业储存的角色。


根据iSuppli的报告内容,2007年全球SSD的出货量为84,000颗,预计2008年将能成长至150万颗。iSuppli也预测,至2011年时,全球SSD的出货量将可达5,500万颗,销售额方更可达56亿美元。面对这样的乐观数据,全球的PC供货商和内存厂都是乐观其成,但真能否达成以上的成果则有赖市场考验。


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