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SSD QLC正式推出 HDD還能穩佔多少市場?
 

【作者: 籃貫銘】   2018年10月02日 星期二

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今年的快閃記憶體高峰會(Flash Memory Summit)可說是高潮不斷,許多新品與新技術爭相發布,為快閃記憶體的市場擘劃了美好的未來。而今年最受注目的新產品莫過於採用QLC規格的新一代固態硬碟(SSD),這個規格最大的特色就是具備高容量,目前單顆晶片的容量最高已經突破1TB。


而從技術演進的趨勢來看,QLC越過2TB也已近在咫尺,因此兩三年後的一個QLC SSD的容量就有可能是10TB起跳,那麼進一步挑戰HDD的市場也是遲早的事。問題只剩下,會取多少?又會用在哪裡?


QLC規範容量大 但性能是妥協

目前檯面上所有的SSD製造商幾乎都已經推出了QLC規範的產品,包含美光(Micron)、英特爾(Intel)、東芝(Toshiba)、威騰電子(Western Digital)和三星(Samsung)都先後宣佈成功開發使用4bit/cell架構的NAND快閃記憶體晶片。因此在終端市場的普及速度將會十分迅速。


快閃記憶體的基本儲存原理,就是儲存「單元(Cell)」的儲存資料越多,單位儲存面積容量就越大,但同時也造成電壓狀態越多,越難控制,導致顆粒穩定性越差,壽命也越低。



圖1 : QLC技術示意圖
圖1 : QLC技術示意圖

而QLC的基本定義,就是Quad-Level Cell,即4bit/cell,也就是每個單元儲存4個資料,產生16個狀態。而前一代TLC,則是Trinary-Level Cell,代表3bit/cell,為每個Cell單元儲存3個資料,可產生8個狀態。


因此,在容量上,QLC比TLC在儲存容量上有倍增的性能,但速度與可靠度則是再滑落一級,就算後續的技術能有所改善,但先天的差距還是有所限制。也因此,在應用上就必須進行取捨,是考慮容量,還是要多注重一些耐用度。



圖2 : QLC規格比較表
圖2 : QLC規格比較表

回到QLC這個規範,很清楚的,就是追求容量,而其直接影響到的市場必然也就會是傳統硬碟(HDD)。而目前市場上HDD可有的最大容量是14TB,價格約落在1萬8千到2萬之間,以桌機的應用為主;但以同樣的價格,只能買到2TB以下的SSD。


所以從容量的差距來看,SSD的價格還必須再降至1/7才有可能跟HDD平起平坐,而這是個相當不容易克服的差距,因此QLC SSD取代HDD的效應仍是需要時間來觀察。


而從競爭的角度來看,QLC SSD勢必要回到其最基礎的優勢上,才有可能再進一步分食HDD的市場,而這些優勢則包含:讀取速度快,機械結構簡單,與運行溫度低和零噪音等。尤其是某些應用非常注重散熱和噪音的影響。


進一步推擠HDD市場 全面取代中小型NAS儲存應用

因此最適合QLC SSD的應用,就會是那些運行於小型空間,或者需要較大容量的行動運算裝置,具體的產品就是桌上型電腦,筆記型電腦,以及家庭與中小企業用的NAS儲存。


這些應用的共通點就是有高儲存容量的需求,同時也期待有更佳的運行效能,包含傳輸速度、溫度、體積和噪音等,尤其是這類應用都會在小型的室內空間運行,同時也非常接近使用者,因此使用體驗是非常關鍵的因素。


反觀HDD在這些應用中,僅僅只有容量和價格的優勢,一旦SSD拉近在容量上的差距,則消費者就會非常容易傾向選擇SSD來作為儲存的首選。



圖3 : Intel新發表專為資料中心設計的QLC 3D SSD
圖3 : Intel新發表專為資料中心設計的QLC 3D SSD

至於HDD,仍會在對於穩定性與超高容量有非常高需求的應用上佔有一席之地,例如:安全監控和資料中心等,這些應用對於溫度、體積和噪音等並不敏感,單純考量容量與價格的因素,則HDD的優勢相當明顯。


不過隨著5G、物聯網和人工智慧應用的興起,儲存的讀取速度和傳輸性能也越來越受到重視,而在這個的需求下,SSD的優勢也逐漸顯現,尤其是在每秒I/O的讀取量上(Input/Output Operations Per Second;IOPS),因此已有越來越多的資料中心開始採用SSD作為儲存主體,或者是與機械式的HDD混合搭配使用。


而QLC規範的問世,預料將有助於這個趨勢的發展,讓更多的資料中心轉往採用SSD方案。



圖4 : 三星的QLC SSD容量已來到4TB等級
圖4 : 三星的QLC SSD容量已來到4TB等級

根據IHS的SSD和HDD儲存市場追蹤分析,就明顯指出HDD和SSD各自的市場佔有率將會不斷的拉近,且預料至2021年左右,SSD就會超過HDD。而QLC的推出,則會加速這個取代趨勢,讓HDD的市場進一步縮小。


HDD的困境從主要供應商的動向也可看出。威騰電子(Western Digital)在今年七月就發出官方聲明,將在2019年底關閉位於馬來西亞八打靈再也(Petaling Jaya)的HDD硬碟工廠,以對應HDD硬碟需求的持續下降。


然而HDD也不會就坐以待斃,其技術仍會持續的推進,尤其是在容量的部分,預料今年底就會有16TB的產品問世,並在2019年時推進到20TB。而未來HDD的產品線將會全面轉向超高容量發展,變成一種特殊的利基產品。


至於SSD,勢必將會成為主流的儲存解決方案,坊間主要消費性產品和中小型企業的儲存應用,都會是SSD的天下。這個在1989年推出的儲存技術,僅花費30年的時間,就取代了老前輩。


技術更加完整 帶動次世代應用發展

而對系統設計者來說,QLC的誕生無疑是件好事,它讓快閃記憶體可用的技術類型變得更加完整,能在性能與容量間有更多可選擇的技術規範。如果追求性能,則有SLC,如果追求容量則可選擇新的QLC,若要兩者之間的平衡,也有MLC和TLC,甚至還可以考慮混合式的設計(Hybrid)。


整體來說.QLC的推出讓SSD可以在大容量儲存的應用裡有更好的市場位置,同時也把HDD再往歷史的邊緣推去。再沒幾年,容量、讀取速度和傳輸都不會是問題,而那個時將會是AI技術可以大刀闊斧的時候。


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