固态硬盘定义及行业发展历程.docx

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1、固态硬盘定义及行业发展历程第一节 固态硬盘SSD定义 固态硬盘是一种永久性存储器或非永久性存储器的电脑外部存储设备。 固态硬盘用来在电脑中代替常规硬盘。在固态硬盘中已经没有可以旋转的盘状结构，但是依照人们的命名习惯，这类存储器仍然被称为“硬盘”。 新一代的固态硬盘普遍采用SATA接口。它被广泛用于于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。 第二节 固态硬盘SSD行业发展历程 IBM公司发明的世界上第一块硬盘 IBM重新提出“温彻斯特”技术的可行性，奠定了硬盘发展方向 上世纪七十代 StorageTek公司(Sun StorageTek)开发了第一个固态

2、硬盘驱动器 世界上第一款固态硬盘出现 三星率先发布一款GB容量的固态硬盘笔记本电脑 SanDisk公司发布了.寸GB固态硬盘产品，又继续发布了.寸GB型号 东芝推出了其第一款GB固态硬盘笔记本电脑 忆正MemoRight SSD的正式发布，标识着中国企业加速进军固态硬盘行业 SSD井喷式发展，各大厂商蜂拥而来，存储虚拟化正式走入新阶段 镁光发布了全球首款SATA Gbps接口固态硬盘，终于突破了SATAII接口MB/s的读写速度极限 SSD的容量完成从G到G跨越，读取速度高达MB/s 固态硬盘控制器巨头SandForce被著名半导体企业LSI公司以高达.亿美元全额现金支付方式收购 ，Golde

3、ndisk深圳云存科技有限公司推出全球第一款体积最小的CFast固态硬盘 ，Goldendisk 云存科技推出军工级GB宽温固态硬盘 ，英特尔企业级固态盘产品也随着用户应用需求的变化不断发展、创新，实现了从SATA到PCIe接口标准的更新，制造工艺的不断改进，以及主控芯片的成功研发。 第三节 固态硬盘SSD分类情况 固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。 、基于闪存的固态硬盘基于闪存的固态硬盘 采用FLASH芯片作为存储介质，这也是常所说的SSD。它的外观可以被制作成多种模样，例如：笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、U盘等样式。这种SSD固态硬盘

4、最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境。 、基于DRAM的固态硬盘 基于DRAM的固态硬盘：采用DRAM作为存储介质，应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计，可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理，并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。 应用方式可分为SSD硬盘和SSD硬盘阵列两种。它是一种高性能的存储器，而且使用寿命很长，美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。DRAM固态硬盘属于比较非主流的设备。 第四节 固态硬盘SSD产业链分析 一、 产业链模型介绍 产业链定义：即从一种或几种资源通过若干产业层次不断向下游产业转移直至到达消费者的路径

5、，它包含四层含义：一是，产业链是产业层次的表达。二是，产业链是产业关联程度的表达。产业关联性越强，链条越紧密，资源的配置效率也越高。三是，产业链是资源加工深度的表达。产业链越长，表明加工可以达到的深度越深。四是，产业链是满足需求程度的表达。产业链始于自然资源、止于消费市场，但起点和终点并非固定不变。 产业链模型是包含上游产业、下游市场、产业本身以及经销贸易物流服务的产业分析框架。它能系统地对产业链进行相关分析。 第一节 我国固态硬盘SSD行业发展现状 一、 固态硬盘SSD行业品牌发展现状 的中国固态硬盘市场，三星牢牢占据第一梯队的龙头老大位置，以.%的关注度高居榜首；第二名的浦科特保持去排名，

6、其关注比例略有下滑；新加入SSD俱乐部的影驰以.%跃居第三名，闪迪以.%屈居第四名。 金士顿、OCZ、英睿达位居第五第七名。此外还有威刚、金速等其它厂家的合计关注比例在.%。 三星凭借自产主控、闪存、缓存、固件等四位一体优势，主打 EVO、PRO系列固态硬盘，拿下第一关注度。第二名浦科特主打旗舰级别和主流级别的固态硬盘，走精细化路线，获得消费者认可。第三名影驰是固态硬盘领域的新近崛起品牌，其产品定位精准，避开三星和浦科特的锋芒，走性价比路线，其关注度得以迅速提升。 闪迪拥有闪存业务，颇有酒香不怕巷子深，依靠其传统的优盘、闪存卡销售渠道立足国内。金士顿则是借助其内存销售渠道，它的关注度位居第五。

7、OCZ皈依东芝阵营，随着OCZ采用东芝原厂闪存，彻底摆脱黑片的影响，其关注度将有所上升。 英睿达在M固态硬盘时期动荡下跌，英睿达迅速对产品线进行调整，发布MX接替M，同时发布新旗舰M。在今CES，英睿达发布新的MX、BX加强主流级别、入门级固态硬盘的竞争力，预计今英睿达的产品关注度会有一个值得期待的提升。 威刚和金士顿属于同类型厂商，亦借助传统的内存销售渠道。威刚的产品更新速度慢，这是它的产品欠缺关注度的原因之一。金速作为国产固态硬盘厂商，获得与英特尔接近的关注度，主要是其产品定位比浦科特更为精准，在夹缝中求生存。英特尔固态硬盘的销量主要集中在行业客户 ，其品牌影响力不容小视，今英特尔对产品定

8、价采取更为开放策略，对消费者是一个好消息。 二、 固态硬盘SSD行业需求市场现状 固态硬盘是目前半导体技术的发展热点，平板电脑、智能手机、云存储都依赖于固态硬盘的发展 ，它将成为信息产业的核心支柱之一。固态硬盘因为体积小、重量轻、功耗小，尤其是抗震性好、速度快，成为军事装备、航空航天、移动设备的优选数据存储载体。固态硬盘芯片的产业化，打破了依赖国外的被动局面，达到了我国在信息存储方面的自主、可控的要求，对我国信息安全做出了基础性的重大贡献。 三、 固态硬盘SSD市场需求层次分析 ，杀价正酣的固态硬盘进入普及，元的GB、元的GB、元的GB成为该阶段固态硬盘的标识符。 四、 我国固态硬盘SSD市场

9、走向分析 随着闪存工艺整体步入nm时代，部分推进至nm，固态硬盘价格更加便宜，取代机械硬盘日趋明显。 第二节 中国固态硬盘SSD产品技术分析 五、 固态硬盘SSD产品技术变化特点 目前使用的机械式硬盘都是基于温彻斯特技术，但是目前最大的转速只能够达到 转速，但是却远远不能够商用，因为从能耗和安全性方面都很难达到应用级别，而且还会产生巨大的噪音，因此传统的机械式硬盘的性能已经很难提升，对此新型的基于 SSD技术的固态硬盘的出现显然有效解决了传统机械硬盘所面临的瓶颈问题。所谓固态硬盘是一种采用固态的电子存储芯片作为存储单元，目前 SSD 固态硬盘的组建技术哦有两种，一种是非永久性的存储器 (DRA

10、M)，但是这种DRAM 技术生产的固态硬盘一般只能够用于临时存储，因为一旦断电就会失去存储内容。另一种技术就是基于 FLASH 闪存技术，这种技术能够让数据永久的存储在存储器中，所以现在市面上的固态硬盘都是基于 FLASH 闪存的硬盘。这种硬盘有两种存储单元，一种是分层式的存储，另一种是单层式存储。多层式存储顾名思义能够实现多个单层的存储量，因此存储容量大，其成本低，但是速度相对单层存储慢。 六、 固态硬盘SSD产品市场的新技术 、基于服务器的固态硬盘应用 目前固态硬盘最主要的应用就是服务器上的存储应用，这种方式主要使用 PCIE 卡应用于服务器的存储部署。当前市场上服务器供应商以及存储器供应

11、商都能够提供基于服务器的固态硬盘，从技术原理方面来分析，和CPU 直接调用缓存的概念类似，也就是 CPU上的高速 Cache，只不过所提供的管理方式是基于存储的方式，在这种部署中，所有的数据会直接存储在固态硬盘中，所以部署的难度相对较低，而且所花的时间也会相对较低，并能够直接的体现出固态硬盘方面的速度优势。而且还不存在 SAN 网络设备出现的延迟问题，所以非常合适服务器的部署，在数据库的应用上能够有效提升读取速度，降低访问延迟能够达到九成以上。 、基于缓存的应用 目前固态硬盘的整体成本还相对过高，所以一些存储供应商提供了低成本提升存储性能的方案，也就是将固态硬盘当成存储系统中的高速缓存来使用。

12、这种方式不会产生兼容性的问题，将固态硬盘当成缓存使用，实际上就好像在传统的机械硬盘上增加了更大的缓存容量，因为传统的机械硬盘中的缓存数量是一定的，再加上硬盘的密封性，因此通过增加固态硬盘的方式来提升机械式硬盘的缓存容量是一个非常有效的方法，同时相应的成本也明显的下降，目前在很多笔记本电脑以及个人 PC 机上已经得到了相对广泛的应用。 、基于分层式存储的应用 基于分层式的存储应用主要是根据存储数据的重要性以及读取频率和保留的时间和容量等方面的参数进行分析，然后将数据采用不同的方式来进行存储，通过分层式的存储，能够将数据在存储媒介上进行自由的迁移，实现在不同存储媒介上的存储。在这个存储应用中，主要

13、是将不经常使用的数据存储到层次较低的存储层，而将访问密度较高的数据则迁移到较高的存储层次。这种存储方式不仅仅能够提升存储的性价比，同时也能够优化整个存储性能。目前阵列固态硬盘都是将其部署在一个单独的逻辑层，也就是 层。由于在存储的阵列内部，因为阵列和存储背板直接相连。各层数据之间的自由移动速度主要和硬盘的延迟以及吞吐量及背板延迟有关，在这些参数之中，最为关键的参数就是输入输出的吞吐量。因为固态硬盘具有较高的输入输出的吞吐量，所以应该将固态硬盘部署在 层，然后在部署 SAS 硬盘以及 SATA 硬盘和 PATA 硬盘，进而形成 层的存储系统，为了实现不同数据的自由迁移，采用自动化分层的 AST

14、软件能够有效的解决数据迁移问题，从而实现数据迁移的最佳性能。 七、 固态硬盘SSD产品市场现状分析 近些随着 CPU 和内存技术的不断发展，服务器的运行速度瓶颈基本上体现在传统机械式硬盘的速度上，特别是读取速度，现在 转机械硬盘的生产工艺就已经相对困难，大部分机械式硬盘还停留在 转的水平，特别是笔记本的硬盘更是如此，这种速度远远不能够满足现代存储方面的需求，当前大型分布式的存储系统比如谷歌服务器等基本上都采用了 SSD 固态硬盘，从而有效的提升了读取速度。 第三节 中国固态硬盘SSD行业存在的问题 八、 固态硬盘SSD产品市场存在的主要问题 .成本高。每单位容量价格是传统硬盘的一倍(基于闪存)

15、,甚至一倍(基于DRAM)。 .容量低。目前固态硬盘最大容量远低于传统硬盘。固态硬盘的容量仍在迅速增长,据称BIM已测试过TB的固态硬盘。 .由于不像传统硬盘那样屏蔽于法拉第笼中,固态硬盘更易受到某些外界因素的不良影响。如断电(基于DRAM的固态硬盘尤甚)、磁场干扰、静电等。 九、 国内固态硬盘SSD产品市场的三大瓶颈 .写入寿命有限(基于闪存)。一般闪存写入寿命为万到万次,特制的可达万到万次,然而整台计算机寿命期内文件系统的某些部分(如文件分配表)的写入次数仍将超过这一极限。特制的文件系统或者固件可以分担写入的位置,使固态硬盘的整体寿命达到以上。 .基于闪存的固态硬盘在写入时比传统硬盘慢很多

16、,也更易受到写人碎片的影响。 .数据损坏后难以的恢复。传统的磁盘或者磁带存储方式,如果硬件发生损坏,通过目前的数据恢复技术也许还能挽救一部分数据。但如果固态硬盘发生损坏,几乎不可能通过目前的数据恢复技术在失效(尤其是基于DRAM的)、破碎或者被击穿的芯片中找回数据。 十、 固态硬盘SSD产品市场遭遇的规模难题 .根据实际测试,使用固态硬盘的笔记本电脑在空闲或低负荷运行下,电池航程短于使用RPM的.英寸传统硬盘。 .基于DARM的固态硬盘在任何时候的能耗都高于传统硬盘,尤其是关闭时仍需供电,否则数据丢失。 .据用户反映,使用低廉的MLC的固态硬盘在Wnidows操作系统下运行比传统硬盘慢。这是由

17、于wnidows操作系统的文件系统机制不适于固态硬盘。在Linux下无此问题。 第四节 对中国固态硬盘SSD市场的分析及思考 十一、 固态硬盘SSD市场特点 固态硬盘与普通硬盘比较,拥有以下优点： .启动快,没有电机加速旋转的过程 .数据存取速度快 不用磁头,快速随机读取,读延迟极小。根据相关测试:两台电脑在同样配置的状态下,运行大型图像处理软件时能明显感觉到SSD固态硬盘无论是保存还是打开文件时的速度都要快些。当按下笔记本电脑的电源开关时,搭载固态硬盘的笔记本从开机到出现桌面一共只用了秒,而搭载传统硬盘的笔记本总共用了秒,两者几乎有将近一半的差距。 .相对固定的读取时间 由于寻址时间与数据存

18、储位置无关,因此磁盘碎片不会影响读取时间。 .基于DRAM的固态硬盘写入速度极快。 .无噪音 SSD固态硬盘工作是非常安静的,没有任何噪声产生。得益于无机械部件及闪存芯片发热量较小、散热快等特点,SSD固态硬盘因为没有机械马达和风扇,工作时噪音值为零分贝。某些高端或大容量产品装有风扇,因此仍会产生噪音。 .耗电低 低容量的基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低,但高端或大容量产品能耗会较高。传统硬盘马达驱动盘片,达到每分钟数千转。然而驱动马达的电流量并不低,对使用电池的便携设备,及大量使用硬盘的硬盘数组而言负担过大。而固态硬盘以同等容量的装置来比较,动作时不到传统硬盘的/。更何况传统硬

19、盘需要启动时间(由盘片静止到其稳定转速的时间,这段时间无法读写数据),为了应付实时的存取往往牺牲耗电,让盘片不停的转动。固态硬盘不需要启动时间,NAND又是以CMOS组件组成的,是出名的“不动作,不耗电”,如此一来,固态硬盘的节能优势更大。 .经久耐用,防震抗摔 因为内部全部采用了闪存芯片,内部不存在任何机械活动部件,不会发生机械故障,也不怕碰撞、冲击、振动。这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用,而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。 .工作温度范围更大 典型的硬盘驱动器只能在到摄氏度范围内工作。而大多数固态硬盘可在一一摄氏度工作,

20、一些工业级的固态硬盘还可在一一摄氏度,甚至更大的温度范围下工作。 .低容量的固态硬盘比同容量硬盘体积小、重量轻 SSD固态硬盘比常规.英寸硬盘重量轻至克,在笔记本电脑、卫星定位等随身移动产品上,更小的重量有利于便携。但这一优势随容量增大而逐渐减弱。直至GB,固态硬盘仍比相同容量的普通硬盘轻。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质,因而抗震性极佳。其芯片的工作温度范围很宽。目前广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航、导航设备等领域。 十二、 固态硬盘SSD市场分析 目前固态硬盘的生产成本还相对较高，所以广泛的使用于笔记本或者 PC 机的条件还不够，不过相对于服务器来

21、说，为了最大限度的提升数据的存储速度和读取速度，引入固态硬盘已经成为必然的趋势，而上文提到的三种存储应用方案也已经相对成熟，所以已经开始进入到商用阶段，不过随着固态硬盘技术的不断成熟，相信固态硬盘不久一定会全面取代传统机械硬盘，从而有效提升计算机的存储性能。 十三、 中国固态硬盘SSD行业发展的新思路 地址映射、垃圾回收和损耗均衡是固态硬盘设计中的关键技术，与闪存转换层和缓冲区管理算法的设计都密切相关。下面简要分析三者之间的相互关系。 不同的地址映射机制，需要不同的垃圾回收机制和损耗均衡机制来配合。例如，在页映射机制中，每个块中的页依次被使用，更新后的数据也依次存储在新的数据页中，直到空闲空间

22、比例降低到一定程度时，启动垃圾回收机制。这种情况下，闪存中各块的使用较为均衡，也使得损耗均衡策略较为简单。在块映射机制中，数据的更新产生大量未被利用的空闲数据块，使得硬盘的可用空间迅速减小，因此需要垃圾回收机制，来回收这些未用的空闲空间。在混合映射机制中，日志块的更新，更易产生存储空间的访问不均，因此需要损耗均衡策略的配合；垃圾回收更是由于闪存异地更新的特性而成为不可或缺的部分。 损耗均衡机制和垃圾回收机制更是密不可分，损耗不均主要是由于垃圾回收中的擦除操作引起的，但过度考虑损耗均衡，势必会影响垃圾回收的效果，例如对“冷”数据和“热”数据的处理。“冷”数据是指那些在被写入后就很少被访问甚至不被

23、访问的数据。垃圾回收机制会优先选择“热”数据块进行回收，因为“热”数据块中通常包含较少的有效数据页，而损耗均衡机制则会交换“冷”数据和“热”数据的位置，避免“热”数据块的过度擦除。 地址映射、垃圾回收和损耗均衡三个模块共同构成了闪存转换层的基础，各模块之间不是相互独立的，而是有着非常紧密的联系。理解三者之间的关系，有助于闪存转换层和缓冲区管理算法的设计，有助于提升固态硬盘的性能。 十四、 对中国固态硬盘SSD行业发展的思考 随着云计算、移动互联网等新一代信息技术的快速发展，信息化发展日渐成熟，全球数据量的增速之快前所未有。 根据 IDC 最新的数字宇宙研究，由于全球范围内个人电脑、智能手机等设

24、备的普及，和新兴市场内不断增长的互联网访问量，以及监控摄像机和智能电表等设备产生的数据爆增，使数字宇宙的规模达到惊人的 .ZB(ZB=Byte)。IDC 预计，从 ，数字宇宙的规模每两将翻一番，至 将达到 ZB。海量数据的处理和存储，对计算机系统提出了更高的要求。 得益于半导体技术的快速发展，固态硬盘在一些科学研究与商业服务器环境中得到初步应用，使用固态硬盘取代传统硬盘作为外部存储设备逐渐成为一种可行的办法。固态硬盘以半导体存储器为存储介质，内部无可运动部件，抗震性强，且相比需要磁头旋转才能访问数据的磁盘，半导体器件具有更长的寿命，故可靠性更强。同时由于没有机械旋转部件，故寻道时间几乎为零，很

25、大程度的改善了 IO 的性能，可在一定程度上缓解当前存储子系统的性能瓶颈问题。 第五节 中国固态硬盘SSD行业发展态势分析 随着大数据时代的到来，企业将面临越来越多的存储挑战，在解决这些问题的时候，固态存储正发挥着至关重要的作用。 .价格降低 随着技术的发展，NAND Flash厂商产品出产合格率和产量上都有很大的提升，而随着Flash的成本下降将很可能反映在固态硬盘产品的售价上，价格的下降将有效提升企业用户购买的意愿。 .寿命更长 企业用户不采用SSD硬盘的最大原因就是其在寿命方面的表现，虽然如今在一些特定的SSD硬盘其写入寿命能够万次，但很难普及，而且在价格方面也是一个很大的阻碍，随着技术

26、的提升，理论但由于其技术特性，重复读写在单一的区块上，如何改善设计和平均分配，将大大提升SSD的寿命。 .厂商在制作过程中可以采取种方式来改变现状： .用回老式传统的SLC芯片，增强SSD的寿命 .设计更优良的抹除方式，减少SSD寿命磨损 .采用新架构构，减少NAND Flash的写入次数 SLC芯片的写入次数支持高达万次，对于企业用户来说，寿命往往是他们最看重的部分。而平均抹除则是跨入固态硬盘制造厂商的基本技术，如果能在主区域处理静态数据，或者增加静态平均。总之，需产品出现，这样才是使得SSD更好的在企业级中有更好的应用。 SSD固态硬盘垄断存储市场是不可避免的，而对于企业市场来说，SSD更

27、是有着得天独厚的优势，随着价格降低以及稳定性提高固态硬盘的上升空间更大。SSD性能上的优势让其在未来成长中的潜力不可小觑，而且大数据时代的来临更是让固态硬盘走向市场的速度更快。，企业级SSD市场大有可期！ 第六节 中国固态硬盘SSD行业发展特点分析 固态硬碟(SSD)是这几快速崛起的储存产品，也带给记忆体相关业者相当多商机，包括NANDFlash晶片、SSD供应商或是SSD控制晶片业者。目前NANDFlash晶片供应商包括三星电子(SamsungElectronics)、东芝(Toshiba)、新帝(SanDisk)、美光(Micron)、英特尔(Intel)、SK海力士(SKHynix)等，

28、SSD供应商包括上述NANDFlash供应商和记忆体模组厂、传统硬碟供应商等，SSD控制晶片供应商包括美商LSI、迈威尔(Marvell)等，台系供应商包括智微、群联、慧荣等。 SSD市场分为以笔记型电脑(NB)、桌上型电脑(DT)与平板电脑为主体的消费性市场，以及航太、车用电子或工业电脑、工控产品等市场，另外还有大型资料库的云端储存应用。上述领域这几都快速成长，未来成长空间仍相当大，根据市调机构统计，SSD市场出货量复合成长率(CAGR)达%。 消费性SSD市场崛起主要是拜轻薄型笔电、平板电脑等应用兴起之故，此市场的SSD应用分为独立型SSD、混合型SSD或是cache功能的SSD产品，虽然着NANDFlash晶片价格随着半导体制程演进而逐渐下滑，但纯SSD产品对于消费性市场的单价成本仍相对高，因此切割出不同市场应用，有些以和传统硬碟搭配，以降低单位成本。