數(shù)據(jù)存儲行業(yè)未來發(fā)展趨勢分析

數(shù)據(jù)存儲行業(yè)未來發(fā)展趨勢分析

數(shù)據(jù)存儲行業(yè)未來發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)高速接口用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)高速部件之間的物理連接、確保信息交換的數(shù)據(jù)格式一致性，是固態(tài)存儲產(chǎn)品的基礎(chǔ)核心技術(shù)。作為存儲顆粒與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椋涌跊Q定了兩者之間的理論傳輸速度，并影響存儲產(chǎn)品的物理形態(tài)和通信協(xié)議。數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長，需要更大量的并發(fā)處理，更快速的數(shù)據(jù)訪問，更智能的數(shù)據(jù)管理方式，推動業(yè)內(nèi)不斷研發(fā)更高性能接口的存儲控制器芯片及存儲模組產(chǎn)品。在消費(fèi)級應(yīng)用領(lǐng)域，以USB、SATA、PCIe為代表的各接口，在進(jìn)行不斷的代際演進(jìn)，以更好的適應(yīng)不同場景的應(yīng)用需求。截至目前，便攜式存儲產(chǎn)品已進(jìn)入U(xiǎn)SB3．2Gen2（10Gbps）時(shí)代；消費(fèi)類SSD也正在加速從SATA向PCIe演進(jìn)。根據(jù)中國閃存市場ChinaFlashMarket數(shù)據(jù)，在PCOEM市場，PCIe接口SSD的搭載量已達(dá)到80%。在行業(yè)應(yīng)用市場，一方面SATA/SAS接口的固態(tài)硬盤產(chǎn)品因其可靠性、穩(wěn)定性、兼容性及大容量等方面的優(yōu)勢，仍然保持了穩(wěn)定的市場份額；另一方面，各大廠商也加緊推出基于PCIe接口的產(chǎn)品。2019年以來，針對數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級領(lǐng)域，三星、美光、英特爾等巨頭陸續(xù)推出多款NVMePCIeSSD新品，企業(yè)級SSD現(xiàn)有的主流產(chǎn)品集中于PCIe3．0，PCIe4．0的產(chǎn)品目前處于市場導(dǎo)入階段。2022年，部分主控廠商如微芯（Microchip）、慧榮科技（SMI）開始推出支持PCIe5．0協(xié)議的產(chǎn)品，但尚未達(dá)到成熟穩(wěn)定應(yīng)用的條件。未來，伴隨著更高性能接口協(xié)議的持續(xù)發(fā)布及更新，存儲模組將向大容量、低功耗、高速讀寫、長保存周期的發(fā)展方向持續(xù)演進(jìn)，以滿足不斷高速增長的數(shù)據(jù)存儲需求。存儲模組的主要原材料DFlash在發(fā)展過程中逐漸由平面結(jié)構(gòu)升級為三維架構(gòu)，通過工藝技術(shù)的提升，可以逐漸增加存儲單元的層數(shù)，實(shí)現(xiàn)在單位面積下更高的存儲容量。同時(shí)，存儲控制器存儲密度也跟隨技術(shù)的發(fā)展不斷前進(jìn)，最新的QLC顆粒每個存儲單元可以存儲4bit數(shù)據(jù)。堆疊層數(shù)和存儲密度的提升，在增加DFlash單位存儲容量的同時(shí)降低了每單位的存儲成本，進(jìn)一步刺激了用戶對大容量SSD需求的增長。DFlash存儲密度和堆疊層數(shù)的提升也對存儲控制器芯片及存儲模組的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。DFlash受器件特點(diǎn)等因素影響，可靠性隨著使用時(shí)間的增加而逐漸降低，而隨著工藝技術(shù)升級而不斷提升的存儲密度更使得存儲顆粒中的數(shù)據(jù)錯誤或數(shù)據(jù)丟失的概率顯著增加，使用壽命快速下降。以QLC架構(gòu)的存儲顆粒為例，雖然其單元容量為SLC架構(gòu)存儲顆粒的4倍，但其使用壽命僅為SLC的1/100；對數(shù)據(jù)糾錯要求從1~4bit增加到288bit，可靠性也同步減低。因此，存儲介質(zhì)的分析能力、存儲控制芯片設(shè)計(jì)能力、固件算法的開發(fā)能力對于存儲模組應(yīng)用性能的影響越來越大。隨著信息技術(shù)的快速演進(jìn)，全球數(shù)據(jù)泄露等網(wǎng)絡(luò)安全事件頻繁發(fā)生，造成重大損失。2021年，工業(yè)制造、醫(yī)療、金融、交通等領(lǐng)域數(shù)據(jù)泄露事件頻發(fā)，數(shù)據(jù)交易黑色地下產(chǎn)業(yè)鏈活動猖獗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年公開報(bào)告的數(shù)據(jù)泄露事件1，291起，超過2020年的1，108起。數(shù)據(jù)安全重要性的凸顯，給數(shù)據(jù)存儲行業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。隨著數(shù)據(jù)讀寫速度加快，芯片級全盤硬件加密技術(shù)的存儲模組配合所搭載的數(shù)據(jù)保護(hù)軟件，能防止數(shù)據(jù)被越權(quán)訪問、篡改或盜竊，有望成為存儲行業(yè)的剛性需求，全面覆蓋數(shù)據(jù)存儲的各應(yīng)用場景。2018年以來，華為事件和中興事件凸顯了我國上游核心基礎(chǔ)技術(shù)受制于人的現(xiàn)狀，堅(jiān)定了我國打造自主可控產(chǎn)業(yè)生態(tài)的決心。為解決產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定性問題，在國家的大力支持下，本土廠商加大了對CPU、存儲顆粒、控制器芯片、操作系統(tǒng)等領(lǐng)域底層技術(shù)的研發(fā)及相關(guān)投入，并陸續(xù)在以上領(lǐng)域取得了一定的研發(fā)成果。存儲顆粒方面，長江存儲自2018年推出Xtacking晶棧架構(gòu)以來，就不斷地取得技術(shù)突破，從最開始的32層堆疊的DFlash，向64層、128層技術(shù)躍進(jìn)。長江存儲最近成功研發(fā)超過200層堆疊的存儲顆粒，將實(shí)現(xiàn)對美光、SK海力士等DFlash巨頭的追趕。國產(chǎn)存儲控制器廠商，也在不斷補(bǔ)足我國在自主知識產(chǎn)權(quán)高速接口IP、核心控制算法等領(lǐng)域的短板，為實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)自主可控貢獻(xiàn)力量。隨著核心軟硬件自主技術(shù)水平的顯著提升，我國與發(fā)達(dá)國家技術(shù)水平差距已逐漸縮小，存儲產(chǎn)業(yè)鏈自主可控的條件逐漸成熟。存儲器行業(yè)全球規(guī)模存儲器作為現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的核心部件之一，應(yīng)用極為廣泛，現(xiàn)代電子產(chǎn)品基本上都要用到存儲器，且需配置多種存儲器，隨著今年來全球電子信息技術(shù)及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，全球存儲器行業(yè)市場規(guī)模也隨之不斷擴(kuò)張。據(jù)資料顯示，2021年全球存儲器行業(yè)市場規(guī)模為1353億美元，同比增長13．3%。從行業(yè)市場結(jié)構(gòu)來看，DRAM與DFlash是半導(dǎo)體存儲芯片的主流市場。據(jù)資料顯示，2021年全球存儲芯片市場中，DRAM占比達(dá)56%，DFlash占比約41%，此外NORFlash占據(jù)約2%的市場份額。硬盤市場行業(yè)發(fā)展概況全球數(shù)據(jù)量的爆發(fā)性增長，導(dǎo)致數(shù)據(jù)存儲需求持續(xù)增加，硬盤作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器，是計(jì)算機(jī)最主要的存儲設(shè)備。根據(jù)Trendforce數(shù)據(jù)，2016年全球固態(tài)硬盤出貨量為1．47億個，至2021年全球固態(tài)硬盤出貨量增長至3．73億個，全球固態(tài)硬盤出貨量保持高速增長，年均復(fù)合增長率高達(dá)20．41%。信息爆炸導(dǎo)致數(shù)據(jù)量成倍增長，硬盤容量雖已達(dá)太字節(jié)（TB）級別，但單塊磁盤的存儲容量與速度仍無法滿足實(shí)際需求，因此磁盤陣列應(yīng)運(yùn)而生。磁盤陣列使用獨(dú)立磁盤冗余陣列技術(shù)（RAID）把數(shù)據(jù)儲存在多個硬盤中，輸入輸出操作以平衡的方式交疊進(jìn)行，大幅提高了存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量，改善了磁盤性能，增加了傳輸速率及容錯能力。數(shù)據(jù)存儲行業(yè)需求市場現(xiàn)狀幾十年來，傳統(tǒng)的存儲設(shè)備更新?lián)Q代，身形由當(dāng)年的巨大越變越小，容量卻從當(dāng)年的微小越變越大。同時(shí)，存儲速度大幅也得到提升，不可同日而語。從最原始的打孔設(shè)備到磁帶設(shè)備，再到軟盤、光盤、硬盤、磁盤陣列和固態(tài)硬盤，存儲成本已經(jīng)大大降低，傳輸速度和效能大大提高，大數(shù)據(jù)信息時(shí)代已經(jīng)來臨。如今，機(jī)械硬盤（磁盤）、固態(tài)硬盤存儲容量已達(dá)到TB的級別，主流的存儲器芯片DRAM、SDRAM、FLASH等存儲設(shè)備的壽命越來越長，體積越小、速度越快而功耗越小。就目前PC內(nèi)存市場來說，更高密度、更大帶寬、更低功耗、更短延遲時(shí)間、更低成本的主流DRAM仍是不二之選。而在通信領(lǐng)域、消費(fèi)領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，F(xiàn)LASH已經(jīng)崛起，成為目前最有潛力，發(fā)展最快的存儲器芯片產(chǎn)品。存儲器作為電子產(chǎn)品的數(shù)據(jù)存儲支撐，在整個產(chǎn)業(yè)占有核心地位。20世紀(jì)50年代，存儲器由于它體積龐大，還僅僅只能運(yùn)用于大型計(jì)算機(jī)。而隨著整個存儲器行業(yè)面臨的趨勢呈現(xiàn)出交付的比特單位持續(xù)上升、存儲器價(jià)格持續(xù)下跌以及新的應(yīng)用不斷要求更高的存儲密度等特征，如今的存儲器順勢發(fā)展，早已今非昔比，體積小、性能高、容量大，使存儲器運(yùn)用于各個領(lǐng)域，成為開啟大數(shù)據(jù)時(shí)代的基石。存儲器行業(yè)中國規(guī)模我國存儲器市場主要集中在DARM和DFlash領(lǐng)域。在存儲器細(xì)分市場，光存儲和磁存儲逐漸往企業(yè)級市場方向發(fā)展，其中光存儲目前在企業(yè)級市場應(yīng)用快速發(fā)展，很大程度地拉動了整個存儲器市場的發(fā)展。據(jù)資料顯示，2020年我國存儲器行業(yè)市場規(guī)模為3223億元，同比增長11．9%。存儲器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀存儲器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)，其利用磁性材料或半導(dǎo)體等材料作為存儲介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的存儲。在計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過程中，輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都會保存在存儲器里，可以說存儲器是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的核心部件之一。按介質(zhì)的不同，存儲器可分為磁性存儲器、半導(dǎo)體存儲器和光學(xué)存儲器；按使用類型可分為隨機(jī)存儲器和只讀存儲器。我國數(shù)據(jù)存儲行業(yè)市場走向分析當(dāng)前，數(shù)據(jù)存儲技術(shù)在NAS和SAN這兩種基本架構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展迅速。一方面有心的架構(gòu)出現(xiàn)，另一方面，許多原來不適用于NAS或SAN的技術(shù)開始向它們兩者靠攏，爭取也在這龐大的存儲市場中分得一杯羹。最為明顯的是當(dāng)前新涌現(xiàn)的IPSAN存儲技術(shù)，它利用技術(shù)相當(dāng)成熟，部署更加容易，成本更低的IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)SAN存儲。下面分析數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的發(fā)展方向。雖然現(xiàn)在有很多各種各樣的存儲架構(gòu)，但基本架構(gòu)單元在目前來說沒有多大改變，仍是DAS、NAS與SAN三者共存，在短期內(nèi)不可能出現(xiàn)一種或兩種完全取代其他兩種或一種的趨勢。虛擬存儲是SAN存儲系統(tǒng)智能化的一種技術(shù)表現(xiàn)。虛擬化存儲可更有效地利用存儲設(shè)備的存儲空間，更有效地管理存儲系統(tǒng)中的各網(wǎng)絡(luò)，而不致出現(xiàn)現(xiàn)有NAS和SAN系統(tǒng)中所具有的信息孤島。存儲虛擬化通過合并這些孤立的存儲池，程度地滿足應(yīng)用需求。存儲虛擬化使按照需求重新分配存儲資源變得更方便，即使跨多個文件服務(wù)器或SAN也不成問題。通常在服務(wù)器中都是采用傳統(tǒng)的SCSI接口磁盤，不過，IDE技術(shù)也在不斷發(fā)展，再加上新型的串行ATA接口技術(shù)發(fā)展勢頭非常強(qiáng)勁，大有趕超SCSI之勢。于是為了兼容SATA的磁盤接口技術(shù)SAS，IBM推出了SSA技術(shù)，但由于兼容性和升級能力不盡如人意，在市場上的影響遠(yuǎn)不及SCSI技術(shù)廣泛。在存儲介質(zhì)上，也是百花齊放，傳統(tǒng)的、新型的都有。如傳統(tǒng)的磁帶、磁盤，新型的CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW等都在各種實(shí)際的存儲應(yīng)用中得到應(yīng)用，也不可能出現(xiàn)一種全面替代另一種或幾種的現(xiàn)象。存儲的互操作性對用戶而言極為關(guān)鍵。它分為兩個方面。一個存儲設(shè)備支持不同的服務(wù)器系統(tǒng)，這個問題已經(jīng)得到了很好的解決。另一個方面是如何支持多廠商的存儲系統(tǒng)。數(shù)據(jù)存儲對象包括數(shù)據(jù)流在加工過程中產(chǎn)生的臨時(shí)文件或加工過程中需要查找的信息。數(shù)據(jù)以某種格式記錄在計(jì)算機(jī)內(nèi)部或外部存儲介質(zhì)上。數(shù)據(jù)存儲要命名，這種命名要反映信息特征的組成含義。數(shù)據(jù)流反映了系統(tǒng)中流動的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出動態(tài)數(shù)據(jù)的特征；數(shù)據(jù)存儲反映系統(tǒng)中靜止的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出靜態(tài)數(shù)據(jù)的特征。網(wǎng)絡(luò)附屬存儲器（NAS）市場發(fā)展概況由于計(jì)算機(jī)存儲技術(shù)的飛速發(fā)展，如何快速高效地提供數(shù)據(jù)成為存儲技術(shù)新的突破口。在RAID技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速大容量存儲的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)的出現(xiàn)弱化了空間限制，使數(shù)據(jù)的使用更為簡便自由。作為數(shù)據(jù)存儲設(shè)備之一，NAS是一種連接在網(wǎng)絡(luò)上的專用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器。它以數(shù)據(jù)為中心，將存儲設(shè)備與服務(wù)器徹底