編譯｜半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
SSD逐漸蠶食HDD銷量。
隨著 122 TB SSD（固態(tài)硬盤）的出現(xiàn)，用 SSD 取代HDD（機(jī)械硬盤）的情況突然變得更具吸引力。
到 2024 年底，有五家供應(yīng)商推出 60 TB 以上的 SSD，三家供應(yīng)商推出 122 TB 以上的 SSD：美光、群聯(lián)和 SK 海力士。三星擁有 60 TB 以上的 SSD，而鎧俠和西部數(shù)據(jù)則落后于 60 TB 以上的 SSD。
這對“HDD不會被SSD 取代”的論點(diǎn)有何影響？
本次討論的重點(diǎn)是價(jià)格、性能、數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量和用電量。我們無法檢查驅(qū)動(dòng)器采購價(jià)格，因?yàn)榇鎯﹃嚵?OEM 和超大規(guī)模制造商用于批量采購的價(jià)格并不公開。但是，我們可以了解一些影響驅(qū)動(dòng)器所有權(quán)的成本指標(biāo)。
我們在容量和性能方面比較了Supermicro的 2RU x 12 插槽磁盤驅(qū)動(dòng)器機(jī)箱和 2RU x 24 插槽 SSD 機(jī)箱：
容量
- 2U HDD陣列：12 塊 32TB 的 SMR（疊瓦式磁記錄）HDD，總計(jì) 384TB
- 2U SSD陣列：24 塊 122TB 的SSD，總計(jì) 2928TB，經(jīng)過 3:1 的數(shù)據(jù)去重后可達(dá) 8784TB
- 40U 機(jī)架搭配 19 個(gè) 2U HDD機(jī)箱，容量為 7296TB，即 7.3PB
- 40U 機(jī)架搭配 19 個(gè) 2U SSD機(jī)箱，容量為 166896TB，即 166.9PB，是同等HDD機(jī)架容量的 22.8 倍
請注意，250 TB SSD 即將問世，這將使 SSD 機(jī)架容量密度翻倍。
表現(xiàn)
- 32 TB HDD 延遲：4.16 毫秒
- 32 TB HDD 持續(xù)傳輸速率：269 MBps
- 122 TB SSD 延遲：30 μs
- 122 TB SSD 順序讀取帶寬：采用 PCIe gen 5 時(shí)為 14,600 MBps ，比 HDD 快 54.3 倍
在此基礎(chǔ)上，一個(gè)裝有 19 個(gè) 2RU SSD 機(jī)箱（包含 122 TB SSD）的 40U 機(jī)架可以取代裝有 32 TB 磁盤驅(qū)動(dòng)器的 23 個(gè)機(jī)架，并提供 54 倍的讀取帶寬。想象一下，數(shù)據(jù)中心的空間、冷卻和電力節(jié)省，再加上比磁盤驅(qū)動(dòng)器機(jī)架高出 50 倍的性能提升。
功耗
單個(gè)HDD和SSD的功耗可通過 Solidigm的 Signal65 研究來評估。該研究著眼于構(gòu)建一個(gè) 100 兆瓦的人工智能數(shù)據(jù)中心，采用 122.88TB 的 QLC（四級單元）Solidigm SSD、TLC（三級單元）SSD，或混合 TLC SSD加上 24TB HDD的部署方案，并設(shè)有 1PB、5PB 和 10PB 的總?cè)萘窟x擇。
對于 122.88TB 的 Solidigm QLC SSD，其平均功耗（讀寫比為 90% 讀、10% 寫時(shí)）為 14.3 瓦，閑置功耗額定值為 5 瓦；而對于 24TB 的HDD驅(qū)動(dòng)器，其活動(dòng)功耗為 8.2 瓦，閑置功耗為 6.5 瓦。該報(bào)告通過計(jì)算占空比，算出 “每種HDD類型的總功耗需求是通過對HDD活動(dòng)功耗和閑置功耗取加權(quán)平均值來計(jì)算的”。
報(bào)告中提到，“基于每種HDD的性能和存儲密度進(jìn)行了占空比計(jì)算。由于HDD從閑置狀態(tài)轉(zhuǎn)換到活動(dòng)狀態(tài)所需的時(shí)間，以及工作負(fù)載對高吞吐量的要求，我們假定HDD以及與之相關(guān)的SSD緩存層始終處于 100% 的活動(dòng)狀態(tài)?！?/p>
報(bào)告發(fā)現(xiàn)，“隨著容量增加，QLC SSD在能效方面的優(yōu)勢愈發(fā)明顯。與 TLC SSD相比，當(dāng)容量從 1PB 增加到 10PB 時(shí)，QLC SSD的能效優(yōu)勢在 3.3% 到 19.5% 之間。相較于混合HDD環(huán)境，其優(yōu)勢更為顯著，在低容量水平時(shí)能效優(yōu)勢為 32.9%，在高容量水平時(shí)可達(dá) 79.5%。”
總體而言，與混合 TLC SSD和HDD相比，QLC SSD的能效高出 79.5%。QLC SSD還能使數(shù)據(jù)中心內(nèi)的人工智能基礎(chǔ)設(shè)施總量增加 26.3%。根據(jù)該報(bào)告：“盡管所模擬的三種設(shè)備具有不同的活動(dòng)功耗值，其中單個(gè)HDD的活動(dòng)功耗最低，但高密度的 QLC 設(shè)備以少得多的數(shù)量實(shí)現(xiàn)了相同的總?cè)萘?，從而?dǎo)致總體功耗更低?！?/p>
報(bào)告指出：“QLC HDD的高密度挑戰(zhàn)了HDD的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，同時(shí)提供了閃存性能，使其成為許多傳統(tǒng)HDD環(huán)境極具吸引力的替代品?！?/p>
基于此，從容量、性能和電力使用情況來看，使用HDD構(gòu)建近線存儲系統(tǒng)似乎是不明智的。在主存儲領(lǐng)域，SSD與HDD的競爭中閃存已經(jīng)勝出?？纯?NetApp已安裝的 ONTAP 系統(tǒng)持續(xù)向全閃存 ONTAP 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變就知道了。再看看 xAI 在其 Colossus 數(shù)據(jù)中心使用 DDN和 VAST Data的全閃存存儲也是如此。
但現(xiàn)在，全閃存供應(yīng)商正準(zhǔn)備打入近線存儲市場。Pure Storage已與一家排名前四的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心提供商簽署協(xié)議，供應(yīng)其全閃存近線存儲和主存儲技術(shù)。這涉及 Pure 公司專有的 75TB 和 150TB 閃存驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)，而不是商用SSD。
美光在其最新的季度財(cái)報(bào)電話會議上指出，它預(yù)計(jì)高容量商用SSD將開始取代數(shù)據(jù)中心的大容量HDD。
這些跡象支持了 Pure Storage 的觀點(diǎn)，即閃存驅(qū)動(dòng)器將取代HDD驅(qū)動(dòng)器。
SSD 蠶食磁盤驅(qū)動(dòng)器
然而，HDD 行業(yè)宣稱 SSD 不會取代 HDD，希捷指出了三個(gè)原因。
首先，SSD 價(jià)格難以與 HDD 價(jià)格抗衡。直至 2027 年，HDD 相比 SSD 在每 TB 價(jià)格上會保持超過 6:1 的優(yōu)勢。不過，與之相反的觀點(diǎn)是，盡管 SSD 的采購成本可能高于 HDD，但考慮到電力消耗和數(shù)據(jù)中心空間等因素后的總體擁有成本（TCO）或許更傾向于 SSD，正如 Solidigm 的上述報(bào)告所示。
其次，SSD 制造產(chǎn)能無法與 HDD 制造產(chǎn)能匹敵。集邦科技（TrendForce）和國際數(shù)據(jù)公司（IDC）預(yù)計(jì)，2027 年總共需要 3686 EB 的 NAND 和 HDD 容量。NAND 行業(yè)屆時(shí)能生產(chǎn) 963 EB，而 HDD 將貢獻(xiàn) 2723 EB。若這部分 HDD 貢獻(xiàn)的容量要由 NAND 取代，預(yù)估成本將達(dá) 2060 億美元。希捷認(rèn)為到 2027 年這根本不可能實(shí)現(xiàn)。
第三，SSD 不太適合近線 HDD 工作負(fù)載，因?yàn)槎鄶?shù)企業(yè)工作負(fù)載并不需要 SSD 的速度。希捷使用“需要”一詞耐人尋味。倘若企業(yè)和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心通過使用 SSD 既能獲得速度，又能更好地利用數(shù)據(jù)中心服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)節(jié)省電力和空間成本，那么他們很可能會說相比 HDD 更“需要”SSD。Pure Storage 與超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的交易表明這種情況是有可能的。
爭議并非 SSD 制造產(chǎn)能永遠(yuǎn)無法趕上 HDD，而是到 2027 年 NAND 制造產(chǎn)能無法與 HDD 相匹配。如果 SSD 取代近線 HDD 存在切實(shí)的市場機(jī)遇——依據(jù)希捷所引用的數(shù)據(jù)，2027 年這一機(jī)遇對應(yīng)的容量為 2723 EB——那么隨著時(shí)間推移，NAND 制造商在 2027 年后將會擴(kuò)充制造產(chǎn)能。
從中期來看，直至 2029 年，像湯姆·考夫林（Tom Coughlin）這樣的分析師預(yù)計(jì) HDD 的出貨量和容量銷量將會增長。考夫林向我們表示：“是的，這是我的評估。依我之見，鑒于熱輔助磁記錄（HAMR）等 HDD 方面的新進(jìn)展，SSD 在二級存儲領(lǐng)域?qū)㈦y以與 HDD 競爭?！?/p>
我們可以認(rèn)為，市場對存儲容量的需求增長速度將會超過SSD的生產(chǎn)產(chǎn)能，而SSD的生產(chǎn)產(chǎn)能將會隨之增加以追趕需求。
我們覺得，隨著 122TB 的 PCIe Gen 5 SSD進(jìn)入市場，且真實(shí)的總體擁有成本（TCO）數(shù)據(jù)得以呈現(xiàn)，有關(guān) “SSD將沖擊近線HDD” 的爭論在整個(gè) 2025 年都將持續(xù)下去。支持SSD的觀點(diǎn)將會愈發(fā)有力，促使分析師們改變他們的看法。
如果市場情緒轉(zhuǎn)向青睞SSD，那么這對三家HDD制造商 —— 希捷（Seagate）、東芝（Toshiba）和西部數(shù)據(jù)（Western Digital）—— 而言影響將是巨大的。HDD屆時(shí)就會如同膠卷相機(jī)面對數(shù)碼相機(jī)，進(jìn)而又面對智能手機(jī)攝像頭時(shí)那般處境?？逻_(dá)在這種轉(zhuǎn)變過程中表現(xiàn)如何呢？
隨著SSD逐漸蠶食它們的近線HDD銷量，這三家企業(yè)將面臨一段漫長的衰退期。屆時(shí)我們或許會看到東芝退出HDD業(yè)務(wù)，希捷收購一家SSD控制器制造商來鞏固其 Nytro SSD產(chǎn)品線，而西部數(shù)據(jù)甚至可能通過同樣的方式重新涉足SSD業(yè)務(wù)。
編譯自blocksandfiles