企业级固态硬盘SSD产业研究：三大替代构筑行业高增长.docx

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1、企业级固态硬盘SSD产业研究：三大替代构筑行业高增长1 SSD固态硬盘关键技术原理存储系统基本概念根据经典的冯诺依曼（Von Neumann）计算技术架构，每台计算机都将具有中央处理器（CPU）、内存（DRAM）、I/O(输入/输出)，外部存 储等。 由于硬盘读写速度无法匹配CPU处理速度，读写速度相对较快的内存（DRAM）应运而生，内存用于暂时存放CPU运算数据以及与硬盘等外部存 储器交换的数据。 外部存储器也是计算机系统的重要组成，在理想情况下存储器的速度应当非常快，能跟上处理器的速度，容量大而且价格也非常便宜，但目前无 法同时满足这三个条件。存储技术演进摩尔定律支配下，CPU处理速度越来

2、越快，基于磁介质进行数据存储的磁盘和处理器 CPU 之间一直存在着棘手的剪刀差性能鸿沟。 进入21世纪，信息爆炸导致数据量成倍增长，硬盘容量也在飙升，单盘容量已可达到TB级别，半导体存储登上了历史的舞台。和传统磁 盘存储介质相比，半导体存储介质具有天然的优势，无论在可靠性、性能、功耗等方面都远远超越传统机械磁盘。当前主流外部存储技术对比：HDD vs SSD机械硬盘（HDD）主要由：磁头臂，磁头, 主轴，磁盘，接口，磁盘控制器组成。工作时，磁盘上有磁性涂层。数据存储在这些盘片上， 并通过安装在控制器上的磁头进行读取。磁头沿着磁盘片的半径方向进行运动，与盘片的高速转动进行配合，然后磁头就可以在盘

3、片上 的特定位置运行，最后达到信息读取的功能。固态硬盘（Solid State Drive，SSD），固态硬盘是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。基于闪存的固态硬盘是固态硬盘的主要类别，构 造上看，固态硬盘即在PCB板上集成主控芯片，缓存芯片（DRAM，部分硬盘无DRAM）和用于存储数据的闪存颗粒（NAND FLASH）， 工作方法为：主控芯片通过固件算法对闪存颗粒进行数据读写。SSD已经成为消费级和企业级市场存储硬盘的主流选择。2 企业级SSD发展驱动要素数据流量高速增长，CPU性能推动存储技术迭代更新CPU主频的不断提升，从单核到双核，再到 多核；CPU的处理速度越来越快，而存储硬 盘的读

4、写速度已经远远跟不上CPU的读写速 度。 服务器CPU创新从5-7个季度转换到4-5个季 度，技术迭代在加速。 流量增长速度远远超过服务器增长速度，也 表明服务器的存储密度提升也在加速。存储接口协议演进，技术迭代升级HDD和早期SSD绝大多数都是使用SATA接口，SATA接口是由Intel联合多 家公司研发的系统接口标准。由于整个计算机系统性能瓶颈在硬盘端，而 不是在协议和接口端，AHCI协议和SATA接口足够满足早前存储系统性能 需求。 随着SSD技术的飞速发展，SSD盘的性能飙升，底层闪存带宽越来越宽，介 质访问延时越来越低，系统性能瓶颈转移到接口和协议。 2009年，Intel、美光、戴

5、尔、三星、Marvell等巨头制定了专门为SSD服务的 NVMe协议，NVMe协议理论读写速度远超SATA等协议。 随着服务器处理数据持续高速增长，未来存储接口的演进将会持续，带动 存储技术发展。存储介质演进，SSD性能提升（1）自数据产生以来，存储介质也历经了5代变化：磁带、软盘、光盘、HDD及SSD。在HDD向SSD演进之前，存储介质的改进均是为了容量 的提升。 而在HDD向SSD演进过程中，受NAND技术及闪存颗粒所限，读写速度、抗震性及无噪音成为目的，容量并非此次介质改进的关键。时 至今日，SSD在容量上相比HDD仍具有劣势。 NAND Flash是一种常见的非易失性存储介质，也就是我

6、们常说的SSD盘。它的基本存储单元被称为Cell，由一种类NMOS的双层浮空栅 (Floating Gate) MOS管组成，浮动栅内存放电子，通过对浮空栅内充放电改变其电子多少，来表示二进制数据。存储介质演进， SSD性能提升（2）单位存储容量不断提升：SSD分为SLC、MLC、TLC等类型，SLC代表每个Cell存储1比特数据，MLC每个Cell存储2比特，TLC每个Cell存储3比特。 存储的数据越多，单盘容量越大、单TB的成本越低，但同时对数据读写的精度要求也越高，性能和寿命也越低。 目前主流SSD盘采用的是TLC技术，未来QLC、PLC技术将进一步普及，其每个Cell可以存储4比特、

7、5比特数据，SSD盘的单TB成本将进一步得 到降低。 堆叠技术提升存储容量：除了每个Cell存储的数据量越来越多，NAND Flash SSD也采用了堆叠技术来提高容量密度，从24层到32层、48层再到 百层以上，层数越多，单位面积SSD盘可容纳的数据量就越多。 目前主流SSD厂商的堆叠层数可以达到96层或128层，176层、192层已获技术突破。3 存储网络化网络存储技术网络存储技术（Network Storage Technologies）大致分为三种：直连式存储（DAS：Direct Attached Storage）、网络存储设备（NAS：Network Attached Storag

8、e）和存储网络（SAN：Storage Area Network）。DAS：存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接到服务器的。I/O（输入/输出）请求直接发送到存储设备。NAS ：基于LAN（局域网）的，按照TCP/IP协议进行通信，以文件的I/O（输入/输出）方式进行数据传输。是一种采用直接与网络介质相 连的特殊设备实现数据存储的机制。由于这些设备都分配有 IP 地址，所以客户机通过充当数据网关的服务器可以对其进行存取访问。SAN：存储设备相互连接且与一台服务器或一个服务器群相连的网络。它是一种通过光纤集线器、光纤路由器、光纤交换机等连接设备将 磁盘阵列、磁带等存储设备与相关服务器

9、连接起来的高速专用子网。DAS存储一般应用在中小企业，和计算机采用直连方式，省事； NAS存储一般应用在中大型企业中，通过以太网添加到计算机上； SAN存储一般应用在超大企业中，提供性能更加的存储，性能最高，价格昂贵。存储网络协议提供了一组标准规则，定义了如何在设备之间传输数据。诸 如网络连接存储(NAS)和存储区域网络(SAN)之类的系统依靠存储协议来促 进数据通信。 网络存储协议主要通过网卡来交互，存储网络中网卡是非常关键设备，根 据不同的存储网络网卡也有不同类型。4 企业级SSD市场呈现高增长态势需求拉动：云计算市场爆发，加速企业级SSD普及从应用行业上看，企业端数据存储需求的大幅放量将

10、带动企业级SSD存储量的快速增长。数据存取方式的转变可以大致分为三个阶段：第一阶段是20世纪末，PC为代表的个人消费电子出现，数据的大部分存储和使用都主要发生在个人娱乐和媒体端，主要依赖本地形式的 数据存储。第二阶段是21世纪初（2010年前），IT基础设施日益完善，数据开始向移动设备及网上存取转换。2010 年，近 50% 的存储数据用于娱乐 目的，以DVD 和蓝光光盘为代表的磁存储市场占比较大。第三阶段为2010年至今，主流视频消费模式转向流媒体服务，企业基础架构存储的数据份额随上升，而娱乐设备存储的数据开始下降。社 交媒体、大数据分析、高清视频和云计算等新型产业的快速发展带来高速访问的数

11、据存储需求，尤其是云端存储的兴起增加了企业的数 据使用。下游行业的数据需求转换带来企业级SSD的快速增长。最大客户群体云基础设施支出将显著拉动SSD增量。艾瑞咨询指出，企业 级固态硬盘下游客户主要来自云计算， 占总市场规模的份额达到67%， 企业级SSD将充分受益云基础设施增量。 根据Gartner的数据，2020年全球IT支出总额为3.8万亿美元，且2021年全 球公共云支出预计将达到3323亿美元，比2020年的2700亿美元增长 23.1%。到2020年，云基础设施市场只占IT总支出的7%。这给云市场留下 了巨大的增长空间，未来的云市场将达到数万亿美元。另外，根据Canalys测算，中国

12、云市场的平均增长率达到60%，超过世界其 他地区。在2021年第一季度，中国的云基础设施支出达到60亿美元，仅占 全球云市场的14%，国内品牌仍具备巨大的份额提升空间。实时性应用增量，企业级SSD优势明显数字经济浪潮下，企业数字化转型迈向纵深：国内数字化转型重磅文件落地，2021年12月国务院印发“十四五”数字经济发展规划，强 调产业数字化转型迈上新台阶的要求，自上而下明确数字化转型方向。 全球范围内数字经济占比持续提升，根据IDC数据显示，2020年内全球企业数字化转型相关支出达1.3万亿美元，预计到2024年支出将增长 至2.4万亿美元，同期非数字化转型的ICT投资将以-1.6%的CAGR

13、收缩。新兴业务场景驱动下，企业对于数据实时性需求正在不断增加： 根据IDC预测，全球实时性数据占比将从2019年的19.3%增加到2024年的 24.4%，这一需求正在扩展到新的领域，如大数据分析、物联网等。实时性数据为企业提供动态业务分析的基础，以快速作出数据响应。技术变革带来的替代市场：企业级SSD替代HDD带来存量转移从替代层面看，SSD支出规模及增速高于企业级HDD趋势不可逆。 出货量端，根据Statista统计，SSD于2021年将超过HDD，数据中心端HDD需求在2025年前仍保持小幅增长但消费级HDD出货量将会持续下降， 逐步被SSD取代。 存储量端，HDD在存储量占比将在未来四

14、年仍有所上升，而后随闪存成本持续下降，HDD的存储量也将持续下降，大规模被SSD及其他闪存取 代。 企业级SSD对HDD大规模替代是必然趋势。成本降低，企业级SSD有望快速渗透全球存储市场中，闪存成本不断下降， 带动全闪存储份额快速增加，市场占比超过20%。根据第三方机构Wikibon的预测， 2027年SSD单TB 成本将低于HDD， 达到15美元/TB。 2025年后， HDD的出货量将每年下降27%， 只应用于扩容和归档等少数场景。根据IDC统计，固态硬盘每GB的价格在2015-2020年期间， 平均每年的降幅将达到25%，未来五年将继续保持这一趋势。 根据IDC统计及预测，全球企业级基

15、于NAND闪存的固态硬盘每GB价格预计在2020-2025年以19%的年复合增长率下降。长期来看，随着固 态硬盘价格的下降，全闪存数据中心不仅具有在绿色节能方面的优势，其自身也将变得更具成本效益，存储容量出货增速也迎来新的上升 周期。5 行业格局集中，芯片、模组有需求NAND Flash：技术+投资门槛过高，短期难以撼动巨头际领先的存储原厂凭借多年技术积累，不断提升晶圆制程以提高单位面积的存储密度和降低存储芯片功耗，随着制程工艺不断逼近极 限，芯片设计与晶圆制造的研发门槛不断提高，研发资本投入不断增加。同时，主要存储原厂还需通过持续大额资本支出来投放成熟制程 产能，维持规模优势和市场份额。国内

16、企业目前规模极小，但投资力度不小，在性能、产量等多方面逐步看齐国际大厂，空间可 期。NAND Flash 全球市场高度集中：根据 Omdia （IHS Markit） 数据， 2021年全球 NAND Flash 市场规模为 675 亿美元，由三星电子、铠侠、 西部数据、美光科技、 SK 海力士、英特尔六家公司主导，2021年第三季度，三星在NAND Flash全球市场份额约 34%，此外， SK 海力士收 购英特尔 NAND Flash 业务已于 2021 年获得主要市场监管当局批准，全球 NAND Flash 市场将进一步集中。主控芯片：原厂+台系主导，国产化切入点目前市场上流通的固态产品

17、，使用的主控芯片可以分为两大类型 ： 一类是各存储原厂诸如三星、Intel、美光等巨头基于IDM生产模式生产，其中三星的主控自产自销，基本不单独出售主控，美光既用于自有产品 也外卖给其他下游厂商。 另一类是Fabless厂商，核心玩家主要是Marvell、慧荣及群联电子。 Marvell性能较好，一直是主控市场上性能的佼佼者，其SSD控制器基于NAND Edge LDPC引擎，支持在企业和超大规模数据中心环境中使用高性 能和大容量的SSD，并兼容TLC、QLC和SLC存储器，数据安全及数据纠错能力领先。 慧荣和群联是台系主控代表，慧荣主控以不错的性能和低廉的价格为主要特点，整体较为平衡。群联主

18、控性价比好，中低端市场有优势。6 产业格局发展方向及行业重点公司海外收并购成就巨头从历史上看，存储行业的发展中心经历了美日韩的转移。存储行业，尤其是存储器领域，由上世纪七十年代以美国IBM、Intel等 为初始发展中心，到上世纪八十年代以日本东芝、日立等厂商带领上游存储技术的持续突破，再到上世纪九十年代至今，存储行业逐步演 化为以韩国为主导，韩国、日本及美国各大原厂寡头垄断的格局。纵观全球大厂，近年来，大额收购频现，横向整合是目前SSD行业格局变化的主要途径。 1）西数式横向整合，收购闪迪直接切入SSD赛道 ；海力士式横向整合，吞并Intel 闪存及SSD业务，着重提升上游制造能力，形成产业

19、链部分领域绝对强势。 2）英特尔产业链不再完全，日后在SSD行业的竞争力很难重返第一，而三星目前为唯一的全产业链IDM厂商，其一体化IDM模式或为 未来整个行业的竞争终局。三星全产业链布局，独树一帜的龙头三星具备自主可控的SSD全供应链闭环，资源向上游持续倾斜，NAND领域不断发力，迭代速度领先全球，为目前唯一一家全产 业链IDM模式厂商。三星在企业级SSD领域享有良好声誉， 能够通过在供应链上的研发与控制能力， 为企业客户提供高性能、 高容量、 高可靠性的 固态硬盘产品及方案。 作为全球最大的半导体公司之一， 三星在固态硬盘两类重要原材料NAND Flash以及DRAM市场都拥有全 球领先的

20、市占率， 其3D NAND的技术创新也使三星在改进闪存技术方面更进一步， 其闪存容量、 性能、 扩展性等更加符合企 业日益增长的数据处理和存储系统需求。同时，三星在主控、模组等固态硬盘关键上游领域均拥有多年的技术和市场积累，构 建了自主的全供应链闭环。三星IDM模式近些年来持续验证优越性，从曾经被英特尔及日本大厂遥遥领先，到稳坐SSD行业第一，独立实现核心技术持续领 跑，产品商业化路径及销售渠道亦积淀深厚。IDM模式构建全供应链闭环，在行业大洗牌的背景下，内部资源整合、向特定领域 倾斜不断为三星提供增长动力。国内行业格局展望国内企业级SSD市场目前仍属于早期快速增长阶段，而且可以依托的上游纯国

21、产化的NAND FLASH供应商较为单一，诸多公司产品发展策略 以核心产品或者技术往下游模组延伸为主。 国内SSD产业链厂商可以概括为“具备主控设计能力的模组生产公司”，即主要切入点一般为主控芯片的软硬件设计（包括主控芯片、固件） 及最终SSD模组的设计及生产，这也意味着代工环节的国产力量需要跟上，而上游存储颗粒（NAND及DRAM）则主要依托国际大厂及国内 长江存储等。未来国内企业级SSD行业发展路径可能： 1）固件、主控厂商正逐步尝试纵向延伸扩展业务补齐短板； 2）加大研发和客户拓展，从消费级延伸切入企业级SSD； 3）长江存储IDM模式，横向整合或打开产业新局面。行业重点公司忆恒创源公司

22、始终坚持企业级PCIe SSD模组及固件的研发和技术创新，2021年上半年公司企业级SSD业务收入占比达92.58%。目前公司已建 立了完备的企业级PCIe SSD产品的开发和验证体系，组建了经验丰富的研发和管理团队，形成了稳定的上下游合作关系。公司紧跟存储行业最新发展趋势，与NVMe、PCI-Sig等国际化标准组织深入合作，通过产品迭代创新，公司持续满足企业级客户对 高性能、高可靠性、高安全性和大容量存储产品不断提升的严苛要求，产品覆盖国内头部互联网企业、云计算厂商、金融机构及三 大电信运营商等，并赢得了广大终端用户的信赖和认可。2021年8月，公司被认定为北京市“专精特新”中小企业。公司成

23、立至今已经完成 6 代企业级 SSD 产品的开发及升级迭代，公司主力企业级 SSD 产品主要包括 PBlaze5 及 PBlaze6 系列， 该产 品作为服务器的重要数据存储设备，主要应用于互联网、云服务、金融和电信等各类企业的数据中心。得瑞领新公司100% 自研控制器+自研固件+模组，自有主控芯片的企业级SSD属于技术与市场壁垒双高的领域，与华为是国内仅有的两家控制器、固件以及硬件板级设计完全自主研发的企业级SSD供应商； 专注于企业级NVMe控制器芯片和SSD产品开发， 持续迭代，6年半量产3代主控， 9款SSD模组产品，部分产品实测达到与Intel、三星匹敌甚至更优的产品指标；通过严苛实测，获得阿里、H3C、航天科工、天河超算、三大运营商等重点客户认可，产品进入销售放量阶段；为长存颗粒实现提供国际标准验证，能够满足阿里云Open-channel SSD的定制化需求； 拥有SSD领域国内顶尖团队：创始团队及核心技术人员拥有一流存储公司工作丰富经历，在IC、固件、测试、存储系统方面皆配备完整、技术 顶尖。报告节选：