2025高容量儲存技術展望:SSD突破100TB、硬碟上看40TB,300層快閃記憶體接棒

自2024年下半年起,高容量儲存媒體接連出現新進展,涵蓋快閃記憶體、機械式硬碟及歸檔儲存裝置等領域。SSD容量規格突破100TB等級,3D堆疊快閃記憶體進入300層量產階段,並朝400層發展;硬碟容量則正式進入30TB級距,未來有機會進一步達到40TB。此外,華為針對歸檔用途推出的磁—電碟(Magneto-Electric Disk,MED)也逐步揭露技術細節。

這些技術的發展路線各不相同,但都指向更高容量、更高儲存密度或更低長期保存成本。若市場與供應鏈沒有重大變數,相關成果預計在2025年陸續反映於產品與應用層面。

SSD容量從61.44TB邁向122.88TB

以2.5吋標準規格為基準,市售SSD最大容量在30.72TB停留超過5年,直到2024年中才提升至61.44TB。Solidigm率先發表首款61.44TB SSD,之後三星、Western Digital(WD)與美光也推出相同容量規格的產品。

61.44TB的最高容量規格維持不到一年。自2024年7月舉行的FMS大會起,三星、Solidigm、WD與群聯先後發表122.88TB SSD產品,讓標準規格SSD的最高容量再次加倍。首批122.88TB SSD預計自2025年初開始實際上市。

若將範圍擴大至非標準規格,現階段容量更高的是Pure Storage專用的DFM儲存模組。Pure Storage在2023年中推出75TB DFM模組,並於2024年初開始出貨;到了2024年9月,該公司進一步推出容量翻倍至150TB的DFM模組,並於同年12月初正式出貨。

DFM是搭配Pure Storage FlashArray儲存陣列使用的專屬模組,並非一般伺服器或儲存設備普遍採用的標準2.5吋SSD。不過,150TB DFM的推出也顯示,100TB等級SSD儲存產品正逐步從特殊規格走向更廣泛的市場供應。

3D快閃記憶體進入300層量產階段

SSD容量提升主要依靠兩項技術:一是提高單一快閃記憶體儲存單元的位元數,二是增加3D快閃記憶體的堆疊層數。

在儲存單元多級化方面,產業目前主流仍停留在每個儲存單元儲存4位元的QLC。QLC技術早在2009年問世,3D堆疊式QLC記憶體則約於2017年前後出現,並在2018年應用於首批QLC SSD。

自2022年起,業界陸續傳出每個儲存單元儲存5位元的PLC,以及儲存6位元、7位元的HLC技術開發消息。Kioxia與Solidigm均被指正在開發PLC產品,HLC則已完成實驗室驗證。然而,截至目前,PLC仍未進入商品化階段,HLC距離實際應用也仍有相當距離。

相較之下,3D堆疊技術近年的進步更加明顯。2018年QLC SSD開始上市時,3D快閃記憶體堆疊層數約為64層;6年多後,主流技術已推進至200層以上。這意味著近年快閃記憶體與SSD容量密度的提升,主要由堆疊層數增加所帶動。

SK Hynix率先量產321層產品

SK Hynix於2023年8月發表321層3D TLC快閃記憶體樣品,並在2024年11月底宣布正式投入量產,成為當時市售堆疊層數最高的快閃記憶體產品。

三星已於2024年4月開始量產286層3D TLC快閃記憶體,美光則在同年7月宣布276層TLC快閃記憶體投入量產。中國長江存儲(YMTC)則在2024年6月傳出正在開發300層技術。

此外,三星預計在2025年IEEE國際固態電路會議發表4xx層3D TLC記憶體論文。該會議預定於2025年2月16日至20日舉行。韓國媒體BusinessKorea報導,三星計畫於2025年下半年量產400層3D快閃記憶體,最快可能提前至2025年第二季。

在沒有重大市場變數的情況下,300層3D堆疊技術可望在2025年中開始擴大應用,400層產品則可能在2025年底前進入量產階段。不過,實際普及速度仍取決於良率、成本、控制器支援與終端市場需求。

硬碟容量進入30TB,HAMR推動40TB目標

機械式硬碟方面,Seagate與WD分別在2024年初及年底推出30TB等級產品,正式將硬碟最大容量推進至30TB級距。兩家公司採用的技術路線並不相同。

  • Seagate:以每張碟片約3TB的容量密度,搭配10張碟片達成30TB。
  • WD:單張碟片容量密度相對較低,但採用11張碟片組態,同樣達到30TB級距。

Seagate進一步依靠熱輔助磁記錄(HAMR)技術,朝40TB硬碟邁進。該公司在2024年初表示,第二代HAMR預期可實現每張碟片4TB的容量密度,理論上能以10張碟片實現40TB硬碟。

若產品開發與量產進度順利,40TB硬碟最快可能在2025年底前問世。不過,這項時程仍屬業者規畫與市場預期,實際上市時間可能受到HAMR量產良率、成本及客戶導入速度影響。

華為MED結合SSD與磁帶作為歸檔媒體

華為在2024年初MWC大會發表磁—電碟(MED),應用於面向歸檔儲存的OceanStore Arctic「磁—電」儲存系統。華為最初將MED描述為結合硬碟與磁帶特性的裝置,每組MED容量為72TB,成本較磁帶低20%,功耗較硬碟低90%,每座MED機櫃的傳輸率則是磁帶的2.5倍。

MED採用密封式設計,機櫃不需要配置磁帶櫃常見的機械手臂,因此可減少相關機械結構可能帶來的故障機率。華為在2024年11月初進一步公布技術細節,顯示MED實際上是SSD與磁帶的混合儲存媒體。

第一代MED採用7吋媒體封裝,內含SSD、磁帶、磁帶讀寫頭、捲軸與馬達。由於磁帶讀寫頭整合在MED內部,裝置本身即可讀寫磁帶,不需要額外搭配磁帶機或磁帶櫃。

SSD負責快取,磁帶承擔長期保存

在MED架構中,SSD主要負責讀取快取與寫入緩衝,資料存取須先經過SSD,再與磁帶進行資料交換。因此,資料寫入可達到SSD速度;讀取資料若仍位於SSD快取,也能維持SSD等級的讀取速度。若資料不在快取中,系統則必須從磁帶搜尋,可能需要數分鐘。

MED所使用的磁帶技術由華為及其供應商自行發展,並非目前主流的LTO磁帶技術。第一代MED容量為72TB,高於現有部分主流歸檔媒體,包括容量達50TB的IBM 3592磁帶及容量18TB的LTO-9磁帶。

不過,MED的7吋外形明顯大於目前約4至5吋的LTO與IBM 3592磁帶,因此若以整體外形與儲存密度衡量,其優勢並不完全等同於單一媒體容量提升。華為預計在2026年至2027年推出第二代MED,屆時可能改用更小的3.5吋規格。

高容量儲存市場的技術分工更加明確

整體而言,2025年的儲存媒體發展呈現多軌並進。SSD透過更高層數的3D快閃記憶體與大容量模組,持續強化高效能與高密度儲存;硬碟則以HAMR等技術提高單碟容量,在大容量、低單位成本市場維持競爭力;MED則聚焦於長期歸檔,試圖結合SSD的存取速度與磁帶的低功耗及長期保存特性。

其中,MED並不是採用全新資料存取機制的概念儲存技術,而是將SSD與磁帶兩項成熟技術整合在同一封裝中。這種設計可能有助於降低對傳統磁帶櫃與相關機械結構的依賴,但其實際競爭力仍須觀察儲存密度、成本、資料搜尋延遲、相容性及生態系統成熟度。

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