存储进化 更快、更大、更便宜

存储设备在电脑中的地位一直算不上特别高，和CPU、GPU市场引发玩家对战和争论相比的话，存储设备中无论是内存还是SSD、HDD，关心的人不多而且也仅限于规格和性能。实际上，由于存储设备的特性，它的性能和表现，有可能比CPU以及GPU等更影响我们使用电脑的实际体验。从1978年到现在，存储设备发生了诸多变化，速度更快、容量更大的同时价格也更便宜了。接下来，让我们一起来梳理—下这部分的历史吧！

电脑中的存储设备对电脑的整体性能表现起着非常重要的作用，比如内存的速度直接影响CPU存取数据的速度，如果内存速度过慢，CPU性能再好也只能处于无尽的等待中。与之类似的还有硬盘的存取速度。同时，存储设备的容量也非常重要，人们一直都在追求更大的存储空间来存放日益增长的数据。从2017年开始，无论是HDD、SSD还是内存，存储设备都在进行着多方面的技术进化和性能提升。

更快的速度、更大的容量和更低廉的价格，存储设备的发展，一步一个脚印，值得铭记。

内存变革：从DDR4时代迈入DDR5时代

内存是电脑中影响性能的关键部件之一。在2014年DDR4内存正式发布之后，从2015年开始，DDR5的消息就在不断地释放，包括三星、RDRAM、美光、英特尔等厂商都在不同场合提及过DDR5的消息。最早的DDR5内存计划在2018年发布，但是由于各种原因导致其在2020年才最终敲定规格，2020年7月，JEDEC发布了最终版本的DDR5内存规范。2021年，DDR5内存终于以商业化的形态来到了我们身边。

DDR5内存带来了两个重要的改变，一是数据传输速度大幅度提升，二则是数据存储密度大幅度提高。先来看数据传输速度。DDR5现有规划中已经可以看到DDR5 6400内存的身影，速度相比DDR4规范中最高的DDR4 3200直接翻倍，未来随着工艺发展和制造技术不断进步，最终出现远超DDR5 6400规格的内存也不是不可能。

从技术上来看的话，为了达到如此高的速度，DDR5在内部做出了很多改进。首先则是每个DIMM被划分为2个通道，每个通道的数据预取值从之前的8n翻倍至16n。划分为2个通道的原因是由于内存操作需要限制在64byte以内，而32bit数据通道和16n预取刚好在这个范围内。预取值的翻倍是DDR5名义数据传输频率提升的核心原因，DDR5的每次数据传输能够传递1 6个单位的数据，比DDR48个单位的数据翻倍，因此其名义带宽也得到了大幅度的提升。

另外，由于数据预取翻倍，数据传输速率提升，因此DDR5的总线带宽也必须做出改进。现在，DDR5采用了DEF机制进行总线数据传输，这使得传输的干扰更少，数据完整性更好。

除了更快外，DDR5的数据存储密度更高了。现在，消费级市场的DDR5允许单颗颗粒的最大容量为8GB，这个数据是现有DDR4 2GB的4倍。如果不考虑堆叠技术的话，消费级市场的双面颗粒（16颗粒）的单条DD5内存至少可以达到128GB。

如果考虑DDR5内存最高支持8层堆叠的话，那么一个拥有40个堆叠颗粒的企业级LRDIMM DDR5内存的容量将达到2560GB，这将大大缓解企业级用户内存不足必须单通道挂接多DIMM的窘境。

在其他信息方面，DDR5也相对DDR4作出了改进，比如DDR5的工作电压进一步降低至1.1V，这使得DDR5的能耗更低。DDR5还加入了片上电压调节模块，整个DDR5的PCB供电将由集成的电压调节模块而不是主板供电来负责，这将降低主板的制造和设计成本，但是提高了内存的成本，具體如何变化还有待进一步观察。

延迟值方面，DDR5设计了不同的类型，其中A类型的DDR5延迟值最低，B类型次之，C类型最次。因此消费者在购买时需要注意观察内存型号的具体内容，根据自己的性能需求和定位进行选择。不同类型延迟值DDR5内存的存在，使得厂商可以在同一频率下销售不同延迟的内存，而不再像DDR4以及之前的时代那样必须降频销售，同时低延迟值的内存价格会更贵一些，这些也符合市场对“一分钱一分性能”的定义。

最后再来看看有关市场方面的内容。由于DDR5内存刚上市，且只能搭配英特尔第十二代酷睿处理器和2690主板使用，因此其价格相对来说还是比较高的，目前16GB x2的DDR5 5200内存套条售价约3900元，最便宜的16GB DDR5 4800内存价格也高达1500元。相比之下，16GB DDR4 3200内存售价仅为450元左右，显然现在还处在新品上市的溢价期中。

不过，值得注意的是，目前市场上的DDR5内存并没有标注自己是A类、B类还是C类，如果有需要的读者最好还是自己询问清楚，毕竟A类内存的延迟值表现更好，最终性能比C类内存有显著提升。

从目前的发展情况来看，DDR5内存成为未来的主流已经是大势所趋。在接下来的2022年，英特尔和AMD都将更新平台，发布更多采用DDR5内存的平台，几大内存厂商也逐渐开始将产能转移至DDR5。

当前的消息显示，英特尔明年将推出600系列的中端和入门级主板，AMD的Zen 4架构也将提供对DDR5内存的支持。包括三星、海力士、美光在内的主要内存企业都宣称未来将全力转产DDR5内存。千门万户曈曈日，总把新桃换旧符，DDR4内存已经陪伴我们太久时间了，是时候退役休息了。2022年之后的很长一段时间，将是DDR5的世界。

SSD：PCIe总线成为主流，堆叠层数变得越来越高

SSD这种存储设备实际上是以芯片作为数据存储介质的，既然是芯片，那么就具有芯片的产品特性，比如其成本会随着不断扩大的生产规模和不断提升的制程而降低、速度会随着各种总线技术和读写技术的进步而提升等。从2017年到2021年，SSD产品随着NAND颗粒以及控制芯片的进步，在存储容量、速度和产品特性上出现了诸多变化。

容量更大：1TB起步时代来临

SSD产品的容量在早期和工艺相关，但是随着NAND颗粒的特性、工艺不能无限制缩小之后，堆叠技术、阵列下COMS技术等诸多技术又走向前台，开始成为SSD和相关NAND颗粒容量提升的法宝。

堆叠技术是2017年以来NAND颗粒容量提升的核心技术之一。早期的NAND颗粒都是平面布置的，其晶体管密度的提升主要来自制程的不断缩小。但是随着制程缩小，NAND数据存储的核心也就是浮栅中所使用的MOSFET中，起到绝缘作用的隧道氧化层已经很薄了。而持续的通电读写会导致浮栅磨损，将使得NAND颗粒不再具有存储电子的能力，数据可靠性自然也无从谈起。

在这种情况下，各大厂商逐渐放缓了在工艺方面的持续微缩，在寻找新的浮栅改进技术的同时，更倾向于采用堆叠技术提升NAND颗粒的容量。采用堆叠技术的NAND颗粒被称为3DNAND。

2017年，各大厂商的3D NAND颗粒基本上都是从32层起步，经过32层、64层、96层的逐步发展，目前最高堆叠层数方面，SK海力士发布了176层，英特尔发布了144层，铠侠发布了162层，三星最高达到了200层，美光最高达到了176层，国内的长江存储最高也来到了128层。一些厂商公布的未来计划显示，SK海力士将在2025年达到500层的堆叠，铠侠将在2022年达到212层堆叠，三星则预计在下一代和下下一代产品上分别实现300层和400层的堆叠。

不过，堆叠也并非永无极限，NAND在堆叠时，上层和下层的芯片需要通孔和触点予以连接，堆叠层数越高，连接层占用的面积越大。目前厂商单次堆叠的层数应该都在100～150左右，更高层数的堆叠产品除了芯片连接方式的进步外，主要还是来自将已经完成堆叠的芯片再度堆叠，形成“堆叠的堆叠”，持续推高单位面积存储密度。

除了堆叠之外，厂商还在浮栅技术方面有所突破。比如三星和SK海力士将采用电荷陷阱技术，并期待在采用新的材料（氮化硅膜）后，有望持续缩小NAND的工艺制程。不过这些内容可能需要在2022年甚至更远的时间点才能看到了。

在NAND颗粒的类型方面，从2017年到2021年，NAND占主流的颗粒类型依旧是TLC，但是部分QLC颗粒已经出现在市场上，并凭借其超大的容量以及相对低廉的价格等优势，获得了部分用户的青睐。从目前的应用来看，QLG SSD更适合当作数据存储盘使用，其较低的持续读写性能使得QLG SSD在缓存用尽后速度会严重降低至100MB/s，不太适合用作主系统盘使用。

总的来看，通过堆叠技术、QLC技术的发展，SSD的容量从2017年到2021年持续提升，目前市场上的主流已经从之前的120GB、240GB提升至1TB。2017年时，大约600元左右可以买到240GB的SSD.现在600元可以购买到1TB左右的SSD。一般来说，如果不是对数据存储要求特别高的用户，1～2TB已经基本满足日常使用的需求了。这样一来，HDD在PC存储中的地位逐渐被SSD彻底替代的日子也不远了。

速度更快：NVMe全面铺开，PCle总线持续升级

SSD产品除了容量提升外，另一个重要的变化在于速度持续提升。

2017年，还有不少SSD采用的是SATA接口，或者采用KVMe接口，但是执行的是SATA数据传输协议，最高数据传输速度上限仅为500GB/s。随着平台技术演进和SSD性能提升，SSD的数据传输接口目前已经基本转换至以NVMe为主流且支持PCle总线为主，相比SATA总线的500MB/s，PCle 3.0 x4总线最高可达4GB/s的读取速度，更快的PCle 4.0 x4的速度更是可以达到读写8GB/s。目前英特尔已经发布了第十二代酷睿处理器，提供了对PCle 5.0的支持，然而PCle 5.0的SSD尚未大规模商用，还需要耐心等待—段时间。

技术更新：做腾表现远超NAND

作为近几年来IT业界最大的技术创新之一，英特尔傲腾持久内存受到越来越多企业用户的青睐。傲腾系列产品的特点，在于不采用传统的NAND的浮栅结构，它采用了一种全新的非易失性存储结构，因此在性能、寿命和断电数据存储等方面非常有优势。

英特尔的数据显示，傲腾系列存储的理论最快速度比内存大了1个数量级，比NAND等存储产品快了1到2个数量级，再加上其非易失性，整体表现令人震撼。具体说来，傲腾持久内存的主要技术特性包括最大内存容量可提升至每处理器4.5TB，速度远高于NAND以及25%的内存带宽提升等。这些存储性能的提升让I/O瓶颈效应进一步降低，并帶来更快的处理速度和更高的应用性能，一经发布就得到了多家企业的青睐。做腾固态盘则拥有强劲的4K随机读写性能表现，延迟低于6微秒、随机读写延迟低于25微秒。如此强悍的性能指标让所有NAND产品都望尘莫及，并且其寿命也达到了每天支持100次全盘写入。

HDD硬盘：容量无极限

从现况来看，HDD在结构方面基本上不会再有突破性的变化，HDD存在的唯一目标就是不断提升存储容量。从2017年到现在，HDD的容量从大约10TB提升至超过20TB，并且还利用各种技术持续推动存储容量提升。

目前，HDD提升存储容量的方法主要是依靠PMR、充氮技术、多磁盘技术来实现的。

相关技术显示，磁盘在PMR、垂直记录等技术的辅助下，单碟片的存储容量上限大约在2.2TB左右，如果需要继续提升存储容量就要借助其他技术了。比如西部数据推出的20TB HDD产品就拥有10个碟片。未来西部数据还将推出22TB的HDD，也只是在现在的基础上再增加一个碟片而已。

至于未来的发展方向，希捷和西部数据表示未来热辅助技术或者微波辅助技术将是发展的重点。希捷的HAMR技术和西部数据的EAMR技术都将显著提升磁盘的数据存储密度，热辅助技术会提升磁盘数据密度至2.6Tb/平方英寸，对应的硬盘最大容量应该在40～50TB。未来希捷还将使用颗粒状介质以及图案化介质等技术，将HDD的存储容量进一步推高至120TB。

国产存储设备获得突破

除了国际企业在存储产业上带来了大量突破以外，国内厂商在这段时间的发展也是非常惊人的。目前，国内厂商已经可以完成DRAM芯片、NAND颗粒、控制芯片等全系列芯片的国产化，市场上也有部分国产SSD或者内存条现身。比如长江存储就宣布旗下128层Xtracting QLC颗粒即将量产，64层颗粒出货已经超过3亿颗，已经推出了1 28层TLC颗粒，并且相关产品也已经上市。实际测试表明，国产NVMe SSD产品的整体性能和稳定性等，和国外品牌同档次产品基本一致，非常值得选购。

内存方面，合肥长鑫在2019年开始量产19nm工艺的DDR4和LPDDR4内存。截至2020年底，合肥长鑫已达到每月4万片产能，并启动每月6万片产能的建设。合肥长鑫宣布，旗下内存颗粒目前已经应用在多款内存产品中，合肥长鑫也是全球第四个突破20nm以下内存生产工艺的厂商。2021年合肥长鑫将完成17nmDRAM内存的研发，并加速DDR5内存的研发。目前，合肥长鑫的内存还没有以独立品牌出现在市场上，期待未来能看到合肥长鑫的产品。

总的来看，存储产品在2017到2021年还是发生了非常巨大的变化。无论是DDR5内存崭露头角，还是高性能SSD的全面铺开，以及大容量HDD的上市，都显示了数据存储行业的广阔的未来。期待下一个十年，数据存储的技术和产品给我们带来更多的惊喜和感叹！