固态存储行业未来发展趋势
思瀚产业研究院    2023-12-06

（1）对更高性能接口的不懈追求是存储行业持续发展的主旋律

计算机高速接口用于实现计算机高速部件之间的物理连接、确保信息交换的数据格式一致性，是固态存储产品的基础核心技术。作为存储颗粒与主机进行数据传输的媒介，接口决定了两者之间的理论传输速度，并影响存储产品的物理形态和通信协议。数据量的爆发式增长，需要更大量的并发处理，更快速的数据访问，更智能的数据管理方式，推动业内不断研发更高性能接口的存储控制器芯片及存储模组产品。

在消费级应用领域，以 USB、SATA、PCIe 为代表的各接口，在进行不断的代际演进，以更好的适应不同场景的应用需求。截至目前，便携式存储产品已进入 USB3.2 Gen2（10Gbps）时代；消费类 SSD 也正在加速从 SATA 向 PCIe 演进。根据中国闪存市场 China Flash Market 数据，在 PC OEM 市场， PCIe 接口 SSD的搭载量已达到 80%。

在行业应用市场，一方面 SATA/SAS 接口的固态硬盘产品因其可靠性、稳定性、兼容性及大容量等方面的优势，仍然保持了稳定的市场份额；另一方面，各大厂商也加紧推出基于 PCIe 接口的产品。2019 年以来，针对数据中心和企业级领域，三星、美光、英特尔等巨头陆续推出多款 NVMe PCIe SSD 新品，企业级SSD 现有的主流产品集中于 PCIe3.0，PCIe4.0 的产品目前处于市场导入阶段。

2022 年，部分主控厂商如微芯（Microchip）、慧荣科技（SMI）开始推出支持PCIe5.0 协议的产品，但尚未达到成熟稳定应用的条件。

未来，伴随着更高性能接口协议的持续发布及更新，存储模组将向大容量、低功耗、高速读写、长保存周期的发展方向持续演进，以满足不断高速增长的数据存储需求。

（2）存储颗粒工艺技术的提升带动单位存储成本下降，对存储控制技术提出了更高的要求

存储模组的主要原材料NAND Flash在发展过程中逐渐由平面结构升级为三维架构，通过工艺技术的提升，可以逐渐增加存储单元的层数，实现在单位面积下更高的存储容量。同时，存储控制器存储密度也跟随技术的发展不断前进，最新的 QLC 颗粒每个存储单元可以存储 4bit 数据。堆叠层数和存储密度的提升，在增加 NAND Flash 单位存储容量的同时降低了每单位的存储成本，进一步刺激了用户对大容量 SSD 需求的增长。

NAND Flash 存储密度和堆叠层数的提升也对存储控制器芯片及存储模组的设计提出了更高的要求。NAND Flash 受器件特点等因素影响，可靠性随着使用时间的增加而逐渐降低，而随着工艺技术升级而不断提升的存储密度更使得存储颗粒中的数据错误或数据丢失的概率显著增加，使用寿命快速下降。

以 QLC 架构的存储颗粒为例，虽然其单元容量为 SLC 架构存储颗粒的 4 倍，但其使用寿命仅为 SLC 的 1/100；对数据纠错要求从 1~4bit 增加到 288bit，可靠性也同步减低。因此，存储介质的分析能力、存储控制芯片设计能力、固件算法的开发能力对于存储模组应用性能的影响越来越大。

（3）数据安全保护功能将成为数据存储的刚性需求

随着信息技术的快速演进，全球数据泄露等网络安全事件频繁发生，造成重大损失。2021 年，工业制造、政务、医疗、金融、交通等领域数据泄露事件频发，数据交易黑色地下产业链活动猖獗。据统计，2021 年公开报告的数据泄露事件 1,291 起，超过 2020 年的 1,108 起。数据安全重要性的凸显，给数据存储行业带来了新的挑战。

随着数据读写速度加快，芯片级全盘硬件加密技术的存储模组配合所搭载的数据保护软件，能够防止数据被越权访问、篡改或盗窃，有望成为存储行业的刚性需求，全面覆盖数据存储的各应用场景。

（4）国产技术迅速发展，自主可控生态逐步完善

2018 年以来，华为事件和中兴事件凸显了我国上游核心基础技术受制于人的现状，坚定了我国打造自主可控产业生态的决心。为解决产业链稳定性问题，在国家的大力支持下，本土厂商加大了对 CPU、存储颗粒、控制器芯片、操作系统等领域底层技术的研发及相关投入，并陆续在上述领域取得了一定的研发成果。

存储颗粒方面，长江存储自 2018 年推出 Xtacking 晶栈架构以来，就不断地取得技术突破，从最开始的 32 层堆叠的 NAND Flash，向 64 层、128 层技术跃进。长江存储最近成功研发超过 200 层堆叠的存储颗粒，将实现对美光、SK 海力士等 NAND Flash 巨头的追赶。