NAND能完全替代HDD？

Pure Storage 开启了存储行业最重要的讨论之一，称 2028 年之后将不再销售新的硬盘驱动器 (HDD)。Pure 的大胆声明意味着新 HDD 的所有容量（不替换故障驱动器的容量）将被保留。2029 年发货的容量将被已发货的 SSD 容量所取代。这是大量额外的 SSD 出货量，并引发了全球 NAND 制造能力是否能够生产足够闪存的问题。

我们试图仅从 NAND 制造的角度来确定 Pure 的预测是否可能——忽略 HDD 和 SSD 的 TCO 影响，这需要论证。

五年多来，硬盘驱动器销量一直在下降，因为 SSD 在越来越多的驱动器类别中提供了引人注目的替代品。SSD 比 HDD 更快地响应 I/O 请求，因为它们不必等待读写磁头穿过盘片表面移动到正确的磁道，然后等到磁盘旋转将正确的数据块带到磁盘头上。

SSD 成本一直在稳步下降，尽管随着芯片中闪存容量的增加，成本下降的速度也有所下降。这是由于三件事：NAND 芯片组件尺寸缩小、3D NAND 技术中增加了更多层单元以及 TLC 多位单元（3 位/单元）的使用现已成为主流。数据缩减技术（压缩和重复数据删除）意味着 SSD 可以容纳比其原始物理容量更多的数据，当 HDD 不使用数据缩减时，其每 TB 成本更接近 HDD。

整个硬盘市场因此而下滑。笔记本电脑几乎完全转向 SSD，台式电脑也紧随其后，快速（10,000rpm 2.5 英寸）任务关键型 HDD 也正在被 SSD 取代。HDD 商业市场正在围绕近线（7,400rpm，3.5 英寸）驱动器进行整合。然而，QLC（4 位/单元）SSD 技术使每 TB 的 SSD 成本又下降了一个档次，并且层数的持续增加将维持这种下降趋势。

HDD 制造商表示，他们的技术进步（例如HAMR）将继续降低价格，从而保持相对于 SSD 的成本优势。闪存驱动器的价格不会低于硬盘驱动器的价格，因为硬盘驱动器成本的下降将维持磁介质的承受能力。

富国银行高级分析师 Aaron Rakers 在 2019 年预测，当价格降至硬盘驱动器的 5 倍时，企业存储买家将开始青睐 SSD。他指出，2017 年企业级 SSD 的溢价是大容量近线磁盘驱动器的 18 倍。2019 年，这一溢价下降至 9 倍。Rakers 表示，2020 年，企业级 SSD 的成本总体为 185 美元/TB，近线 HDD 的成本约为 19 美元/TB，这意味着企业级 SSD 的溢价为 9.7 倍。正如图表所示，这几个季度都保持不变：

HDD 的客户通常希望更快的数据访问，如果成本等于或至少不比 HDD 高太多，他们会使用 SSD，并且 SSD 的使用寿命与 HDD 一样长。正如分析师指出的那样，实现这一目标的障碍在于，全球根本没有足够的 NAND 制造能力来取代客户购买的所有 HDD 产能。

Pure已成为第一家明确表示闪存将取代硬盘驱动器的闪存存储供应商。该公司声称其 QLC 闪存系统可以取代近线存储驱动器阵列，因为其五年内的 TCO 低于近线驱动器阵列。由于更高密度的驱动器，闪存每 TB 成本的持续下降将增强这一优势。

TCO 计算从采购价格开始，然后考虑驱动器生命周期的电力和冷却成本，以及报废时的处置成本。这些是在未来进行估计的，磁盘驱动器制造商可以根据不同的假设提供替代数字。

即使抛开成本和价格问题，问题仍然是是否有足够的 NAND 制造能力来取代每年销售的数百万个硬盘。

美光高级总监Colm Lysaght在 2019 年表示：“显然，随着时间的推移，SSD 的每 GB 价格将越来越接近 HDD 的每 GB 价格……然而，从近线 HDD 到 SSD 的‘批发转换’所需的原始 EB 数量对于NAND闪存行业值得思考。产生所需的 EB 所需的资本投资……极其昂贵。

“SSD 可能会蚕食（甚至可能蚕食）近线 HDD 市场，但两者将在未来许多年共存。”

Wikibon 的David Floyer等分析师表示，NAND 制造能力不会成为限制性问题。他在 2021 年预测，到 2026 年，NAND 生产效率将导致 SSD 每 TB 价格比 HDD 便宜。这是一个大胆的主张。

现在已经是 2023 年，Pure 基本上表明它认为闪存制造能力不会成为限制——“生成所需 EB 所需的资本投资”不再“昂贵得令人望而却步”。真的吗？NAND制造能否应对磁盘驱动器容量替换负载？

为了确定 NAND 代工行业能否在 2029 年之前生产出满足 SSD 数据存储需求增长所需的容量并取代新的 HDD，我们必须估计存储数据增长率、当前出货的 HDD 和 SSD 容量以及 NAND 代工容量。晶圆代工产能必须增加多少才能满足需求，NAND 层数的增加和位/单元的增加将如何影响制造产量？

我们制定了一个初步的简化电子表格模型，并与一些分析师和供应商分享，他们的观点改进和完善了该模型。总而言之，这表明 2029 年 NAND 代工产量将出现 5.7% 的缺口——405 艾字节。

我们从 2022 年出货的 HDD 容量约为 1,320EB 和 SSD 容量开始 - 通过检查供应商和研究机构数据收集。如果 2022 年 HDD 出货量 1,320EB 到 2029 年降至零 EB，并且数据继续增长，SSD 行业将必须增长以满足自身市场需求，并补充HDD 所缺失的贡献。

它将受到过渡期间存储数据增长的影响。这将涉及相当简单的假设，但这在这里是可以接受的，因为我们只是想看看制造能力基础是否到位。Objective Analysis的 Jim Handy表示：“ IDC 的数据圈经常被引用为衡量数据生产增长速度的指标。他们表示，2026 年将产生 221,178 艾字节的数据，到 2029 年可能会达到 394,127 艾字节。” 从 2026 年到 2029 年，数据复合年增长率将达到 21.2%。

我们将其应用到2022年的HDD出货产能上，得出2029年所需的5,071EB。接下来我们问2022年有多少NAND产能？Handy 告诉我们：“2021 年 EB 出货量为 538EB，因此他们有能力在 2022 年至少出货这么多。” 这就是我们的起点。

我们预测到 2029 年，复合年增长率为 21.2%，到 2029 年将达到 2,067 EB。然后我们加上 HDD 更换数量（5,071 EB），即可得出 2029 年所需的 NAND 制造能力为 7,137.8EB。

额外的 3D 分层和 QLC 将带来多少投入？Handy 告诉我们：“我们需要新的产能，而新产能的上线速度将支持 EB 每年约 30% 的增长。闪存层大约每两年增加一倍。这使得该行业的增长率约为 40%，因此他们不需要以如此高的速度增加层数。不过，我不知道加倍的层数是否需要加倍的晶圆厂工具和占地面积来处理固定数量的晶圆。”

这是一个很大的假设。

我们将通过每年增加的分层增加 40%，到 2029 年代工产能总计额外增加 3,375.9EB。假设从 TLC（3 位/单元）切换到 QLC（4 位/单元）NAND，则额外增加 33.3% 。这使我们得到 5,671.2 EB x 1.33 = 7,542.8 EB ——比所需的 7,137.8EB 缺口 405EB。这意味着需要额外的 NAND 制造能力，这意味着必须建造新的 NAND 代工厂。

分层增加系数是一个关键数字。如果降低到每年 30%，那么到 2029 年我们最终会出现 2,647.9EB NAND 制造缺口。

戴尔发言人表示：“我们的观点是，我们的产品组合使戴尔能够保持灵活性，并为客户提供非常广泛的驱动器选项。随着更高密度和低成本 HDD 的不断创新，我们预计现在说 2028 年之后客户需求不会存在还为时过早。”

希捷首席技术官 John Morris 告诉我们：“简单来说，我们认为用 NAND 取代 HDD 的可能性微乎其微。不仅因为成倍增加 NAND 供应所需的巨额资本支出投资，还因为 NAND 没有达到推动从 HDD 过渡所需的每比特成本。

“更重要的是，SSD 和 HDD 之间始终存在协同作用，因为它们各自满足企业世界中不同的工作负载需求。在大多数存储市场中，它们被部署在一起以创建成本最优化的解决方案。这种架构将在可预见的未来持续存在。我们对硬盘价值的信念体现在我们对硬盘创新未来的持续投资上。”

他还建议：“与其关注总 HDD 和 SSD EB，不如只关注近线 HDD 和企业 SSD EB（以及相关的 CAGR）。CY22 的实际值反映了与企业级 SSD 相比，近线 HDD EB 约为 7 倍。”

Pure Storage 发言人表示：“在审视 NAND 市场供应时，我们鼓励您超越当前 SSD 消费量，而是着眼于整个市场……TrendFocus 的研究表明……整个 NAND 市场规模约为 2.5 倍。”目前 SSD 使用的是什么。

“虽然 SSD NAND 与手机/平板电脑/USB 记忆棒/汽车和电器中使用的 NAND 不同，但这表明 NAND 制造和晶圆厂的可用池要大得多，可以用来推动增长和平衡需求。最终，制造商将扩大生产规模并重组其工厂，以满足最富有成效的市场，我们确实预计从 HDD 到 SSD 的过渡将成为这一需求的主要因素。

“您的模型假设传统 HDD 到 SSD 进行 1:1 转换。虽然这对于这种规模的模型来说是合适的，但我们确实相信，随着企业从 HDD 转向 SSD，由于数据减少量增加、性能提高（副本需求减少）、故障率降低以及更好的纠删码效率。”

总而言之，我们（非常简化的）建模练习表明，只要层数以每年 40% 的速度增加，SSD NAND 制造产量缺口将低于 6%。这还没有考虑纯粹的观点，即 NAND 总制造能力“比目前 SSD 使用的产能大约 2.5 倍”。

5.7% 的差异也完全在误差范围内。基本上，我们认为到 2029 年为 SSD 制造闪存以取代新的 HDD 船舶时似乎不存在 NAND 代工产能问题。

你可以打赌，我们会密切关注，看看未来会怎样。

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