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[企業儲存觀察室] 傳統硬體儲存供應商的市場混戰

大約 15 年前筆者開始關注並且觀察全球的企業資料儲存市場。一直以來,全球市佔前五大的儲存系統供應商中,包括了(曾經是)全球前三大的伺服器供應商:Dell、HPE (HP) 與 IBM;再加上(純)儲存系統供應商:EMC、HDS (Hitachi Vantara) 與 NetAp...

2021/03/04

[企業儲存觀察室] 2021+ 儲存趨勢觀察(之五)

數位儲存媒體的發展

傳統磁碟 HDD 在多個領域的市場銷售都在下降中,主因來自於 NAND 快閃記憶體供過於求導致固態硬碟 SSD 的價格下降。在消費性市場上 SSD 的單位價格較 HDD 略低於五倍,而且由於消費性市場所需的 TB 數不高,因此即便價格較高,但 SSD 在 PC 儲存的佔比還是不斷增加,同時間 HDD 的佔比則快速下降 。在企業市場上,SSD 與 HDD 維持在大約十倍的價格比,而且高容量的 HDD 維持在正常的成長曲線上。


預估 2020 年 HDD 的銷售數量大約會在 2 億 5 千萬顆左右,較 2019 年下滑 20% 左右。2018 與 2019 年 HDD 整體減少的數字約為 15% 左右,預估 2021 年仍然會繼續減少,大概還會較 2020 年少個 15% 左右。整體 HDD 的銷售數量從最高鋒 2010 年的 6.5 億顆,一跟下滑到今年的 2.5 億顆。2020 年 HDD 出貨的容量約有 1ZB,預估到 2025 年會增加到每年 2.5ZB。在 HDD 銷售數量的供應商佔比上,Seagate 約為 43%,Western Digital 約 37%,Toshiba 則為 20%。

為了要維持(對 SSD 的)競爭力,HDD 必須要持續的增加單位儲存密度,也就是要保持現有的每 TB 成本的優勢。近年來 HDD 儲存密度的增加率並不固定,大致上 GAGR 是 8%,與近幾年 NAND 快閃記憶體的儲存密度增加速度相比,HDD 這樣的增加率並不足夠,因此必須要以其它的方式來彌補。
延伸閱讀:「2010 年代企業資料儲存產業十年,之二

一是從磁碟著手,像是從 9 片增加到 10-12 片;或是採用玻璃以及玻璃陶瓷基材的磁碟;還有採用部份真空或使用氦填充的方式。目前有部份的產品已經採用這些新方法,未來應該會有更多的 HDD 採用。二是在磁記錄的技術上創新,使用能源輔助磁記錄 (Energy Assisted Magnetic Recoding) 方式,像是 WDC 就將偏壓電流 (Bias Current) 應用在寫入的磁頭上來抑制寫入抖動;Seagate 就使用熱輔助磁記錄 (Heat Assisted Magnetic Recording, HARM) 技術在 20TB 的 HDD 上,預計到 2023 年將達到 30TB,2026 年實現 50TB 的 HDD;WDC 與 Toshiba 則計劃使用微波輔助磁記錄 (Microwave Assisted Magnetic Recording, MAMR) 技術,預計在 2021 年推出使用 HAMR 或 MAMR 的 HDD 產品。
延伸閱讀:「WD:五項磁碟機技術使大數據成為可能」「2010 年代企業資料儲存產業十年,之六

儲存密度的增加使 HDD 容量增加的速度快於資料傳輸的速度,這為儲存系統的設計帶來其它的問題,像是緩慢的 RAID 重建速度。緩慢的資料傳輸速度似乎沒什麼太多的解法,Seagate 和 WDC 都計劃採用雙讀寫臂的設計,但目前並不清楚這樣的方式可以改善多少?畢竟旋轉式磁碟的轉速是一個先天上的限制,很難與純電子式 NAND 快閃記記憶體相比。

包括 Seagate 與 WDC 都開始在儲存產品上使用基於 RISC-V 架構的處理器核心,WDC 似乎打算在所有的儲存產品上,SSD、HDD 與儲存系統上使用 100% 的 RISC-V 處理器。Seagate 則會將 RISC-V 處理器應用在 HDD 讀寫頭定位移動控制資料的即時處理上,也會把它用在邊緣運算的組合式儲存上。長遠來看,Intel 有可能會在儲存產業失去它的市場。

磁帶是另一個磁記錄媒體,LTO 佔據企業磁帶 80% 的市場,2019 發表的 LTO-9 單卷未壓縮容量是 18TB,只比 LTO-8 的 12TB 多出 30%,較原本預計的 24 TB 也少了 30%。目前 LTO 組織公布最新的路線圖是下一代的 LTO-10 預計將會比 LTO-9 多出整整一倍,也就是未壓縮容量來到 36TB。LTO-9 的磁記錄密度是 13.5Gbpsi,較之 HDD 的 1Tbpsi 顯然還有很大的進步空間。
延伸閱讀:「ESG 報告:LTO 磁帶使用概況調查」「企業用磁帶前景如何?

目前全球僅剩的磁帶機供應商 IBM 正與唯二的兩家磁帶供應商 Fujifilm 與 Sony 在進行更高磁記錄密度的研發,包括 2015 年與 Fujifilm 使用鋇鐵氧體 (Barium Ferrite, BaFe) 顆粒塗層磁帶達到 123Gbpsi,單卷 220TB 的容量,以及 2017 年與 Sony 達到 201Gbpsi,單卷 330TB 的容量。2020 年 12 月 IBM 與 Fujifilm 展示以鍶鐵氧體 (Strontium Ferrite, SrFe) 顆粒塗層磁帶,達到 317Gbpsi,單卷 580TB 容量的新技術。

SSD 供應商們顯然沒有打算將二、三級儲存的市場拱手讓給 HDD 的意思,NAND 快閃記憶體供應商們繼續在想辦法增加單位儲存密度。2020 年我們己經看到 144-層 NAND 快閃記憶體的 SSD 產品面市,Micron 在 2020 年也公佈 176-層 NAND 快閃記憶體交貨給 Crucial 生產消費型 SSD 產品。QLC、3D 與更多層,使 NAND 快閃記憶體儲存密度以超過 30% 的 CAGR 增加,這遠超過 HDD 的低於 10%。時間將會證明前述的能源輔助磁記錄與其它新技術,是否能夠協助 HDD 抵抗 SSD 的進攻?
延伸閱讀:「2018 年的企業資料儲存故事:HDD 與 SSD 的戰爭

2020 年 NVMe 已經取代 SATA 與 SAS,完全主宰 SSD 的傳輸界面,未來 NVMe 的使用只會越來越普及,NVMe-oF 尤其是在光纖和乙太網路上的應用,也會越來越多;不過 NVMe 的普及速度似乎比我們先預想要慢。

Intel 最近發表第二代與第三代 Optane (3D XPoint) 記憶體, 2020 年 12 月採用第二代 Optane 的 NVMe SSD 面市,顯示 Intel 正在加強 Optane 記憶體的採用,從 DIMM-based 的記憶體到 NVMe SSD。

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