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nand flash单位从机械硬盘到固态硬盘：十年你的电脑快了多少

发布时间 : 2024-10-10

作者 : 小编

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从机械硬盘到固态硬盘：十年你的电脑快了多少

随着闪存技术的不断升级迭代，闪存芯片的良品率得到大幅提升，再加上原厂产能的不断加大，现如今固态硬盘的价格与几年前相比已经非常低，主流的固态硬盘价格基本在1-1.5元1GB的区间，凭借着极速的性能表现和较为合适的价格它如今已经成为了DIY玩家，游戏发烧友，普通攒机用户等PC需求群体的装机必备，几年前风头正盛的机械硬盘则开始走了下坡路。

01十年之前廉颇已老矣

有年龄的电脑玩家都知道，在2010年以前，机械硬盘曾以“高容价比和高性价比”这两大优势占领硬盘市场。但是面对固态硬盘不断壮大的崛起之势，它受困于硬盘转速和单碟容量这两个因素的影响，并未出现突破性的技术进步，所以给了固态硬盘以迅速占领市场的机会。

HDD与SSD出货对比

除了技术原因之外，机机械硬盘的性价比也逐渐被自己玩坏。根据资料显示，在2010年到2011年间，以500GB的机械硬盘为例，售价已经超过500元，容价比超过1GB/1元，可见机械硬盘的容价比也在丧失优势，所以大块头的机械硬盘开始走了下坡路，风光不再。

02十年你的电脑快了多少

在五年之前，说起固态硬盘大家都有两个感觉，一是速度快二就是价格高，到2015年左右，大家装机还是以机械硬盘为主。传统的机械硬盘HDD采用高速旋转的磁盘来存储数据，通过磁头来读写，这一过程类似于以前的VCD播放碟片，而在这个运动过程中带有延迟、并且无法同时迸发多向读写数据，所以它的速度会很慢。

举个实际点的例子你的系统用久了之后，机械硬盘开机时间基本要1分钟以上，有些极端时候可能开个3分钟，而且进去后硬盘还在狂响读取东西，要等一段时间后才能用。而如果你的电脑使用的是固态硬盘，那么开机基本可以10秒搞定的，并且可以开机立马使用，完全没有等待的时间。

下面，我们通过一组测试数据的对比，以管窥豹，深度感受下十年间电脑硬盘之间的性能差异。

某机械硬盘与三星970EVO Plus对比

熟悉硬盘产品的朋友，对于这些数据应当不会陌生，这是一组典型的硬盘性能测试对比图。

第一行数据表示的是连续读写，涉及到的是单个大文件，比如一个电影。在我们的日常使用中一般就是游戏安装，电影拷贝，压缩包拷贝等等，二者的差距将近达到了20倍左右，不知道你是否有体会呢？第二行为4K随机读写，比如我们的操作系统，各种软件，他们都是有成千上万个几MB甚至几KB组成的，系统读取一个后需要快速找到下一个文件然后读取下一个，固态找文件速度非常快，而机械需要花费大量时间去寻找文件，固态随机读写几乎是机械的100倍速度，所以使用机械硬盘的电脑卡顿是合理的。

第三行为4K深度队列，这一项一般是游戏和专业软件比较多、而二者的差距更是达到了1000倍以上。第四行是访问时间，机械的访问时间达到了15毫秒，而固态只有零点零几毫秒。

通过对比我们可以看到机械硬盘与固态的差距所在，不难看出，到了2020年机械硬盘已经非常慢了，随着内容创作者时代的加速普及，普通消费者对存储器的带宽需求势必进一步加大，而机械硬盘这种100MB/s+的速度是完全不行的。

以小编亲身经历为例来说，身边有一台办公电脑大概有八九年的服役历史，已经非常卡顿了CPU是E5800，配的是机械硬盘。后来更换了一块固态硬盘，重新做了系统，现在正常做表格是完全没问题的，速度也不算慢。

03十年固态硬盘行业一直在倒退？

除了机械硬盘到固态硬盘革命性的进步外，随着固态硬盘发展的大步流星，坊间开始有一种“行业倒退”论的传闻。部分用户和从业者认为，从SLC到MLC，再从MLC到TLC，甚至到现在QLC以及PLC，闪存颗粒可擦写寿命明显的缩短，这难道不是一种行业倒退么？

32GB/人民币5000元

其实在笔者看来，行业是否倒退，并不能简单的从一个维度进行评价，而是应该从技术体验以及价格等方面进行多维判定，其中市场选择可能是决定性因素。

下面这款固态硬盘，是三星品牌存储在2006年推出的SLC产品，容量32G，读写速度49M/S、29M/s，Web服务器下，最大IOPS不足2200K。账面数据与现在的TLC固态硬盘无法相比，但在当时已经非常强悍。它的售价大致价格25美元/GB，也就是每GB卖150~175人民币，这个价格你觉得怎么样呢？

500GB/人民币639元（商品价格为发布日期售价）

时间拨到10年代，三星860EVO可以说是近年来相当畅销的一款TLC固态硬盘，500GB容量目前售价为639元。连续读写性能在500MB/s+，性能对比初代SLC SSD几乎有了十倍的提升，单位价格也实现了大幅降低，你还能说SSD行业在倒退吗？

970EVO Plus

其实，随着3D NAND技术的快速发展，以三星为首的闪存原厂已实现了从2D平面全面向3D NAND的转移，单位面积的存储容量也越来越大。

三星从2013年开始量产第一代3D V-NAND，第一代V-NAND产品，直到2018年，开始批量生产第五代V-NAND 3D堆叠闪存，9x层的堆叠设计；一直引领着存储行业在闪存容量和性能方面的持续性创新。

所以我们可以看到，近年来不少厂商纷纷研发和使用9X层的3D NAND的产品；至于三星，则继续在推动100+层3D NAND发展，按照目前发展趋势，最早到明年初，我们或将看到100+层3D NAND的固态产品。

当技术的演变创新的加快，存储介质普及率提升，固态硬盘的制造成本也实现了大规模的降低，越来越多的人购买SSD，再次推动厂商进行技术创新和演变。

这其实是固态硬盘行业，或者说是硬盘行业发展的良性循环。

因此我们可以发现，在3D NAND堆叠高度的不断增加下，NAND Flash单位存储密度做到1Tb的规模下，单位存储的价格其实也在下降，SSD产品也正是在价格持续走低、性能不断完善的情况下，开始成为了行业主流产品。

或许有人会问了，单位容量提升、价格降低的背后，其实是牺牲了存储颗粒的耐久度，对于这个你又如何解释？

其实，历史经验告诉我们，存在即合理，或者更夸张的说，存在即领先。也就是说目前出现的主流颗粒，一定是经历过了市场、技术、行业等多维度多层面的综合考量下的最优选择。无论是固态硬盘诞生之初的SLC，还是后来居上的MLC，以及如今渐成主流的TLC/QLC，这些其实都是历史的选择，或是当下技术环境中的最优选择。

是考虑了消费能力，技术水准以及颗粒自身体质的综合选择，这种选择往往也只能由行业顶级厂商才有匹配和试用的权利，例如存储巨头三星，从去年开始就相继推出QLC系列产品，这便是固态硬盘历史发展的讯号，也将是以后相当长的时间内的最优解决方案之一。

回到最初那个问题，“固态硬盘行业是否在后退？”，其实市场已经给出了答案。

04再过十年机械硬盘将何去何从？

当下5G、云计算、物联网等一系列依托大数据的尖端技术开始落地，数据存储行业真正迎来了大爆炸时代，所以当下存储行业的发展趋势已经回归到上升的方向。数据存储的量级，也将实现“大跃进”式的增长，根据预测，数据存储量级将从目前的32ZB，跃升到2023年超过100ZB，容量需求迎来了大幅增长。

按目前机械硬盘的发展技术来看，服务器SAS硬盘15000转/每分钟，性能最高；2.5英寸的机械硬盘可以实现最高转速10000转/每分钟的水准；SATA3.5英寸硬盘最高转速7200转/每分钟，这也是目前最为主流的一种机械硬盘。

众所周知，机械硬盘因其廉价的成本和较为稳定存储性能，成为了当下大部分数据中心首选存储介质，然而随着3D闪存技术的不断革新，闪存的成本也随着技术迭代和大规模的应用，开始不断降低。所以同时基于闪存存储的小空间、高性能、强大适配性、能够适用各种不同的存储环境等先天优势的QLC闪存颗粒，会在未来成为数据中心的主流。

从96层的3D NAND到100+层，在可预见的未来，固态硬盘替代机械硬盘成为数据中心的首选，或将成为现实。不过根据行业发展规律来预计，十年内机械硬盘依旧会存在，但无论是在消费端还是企业端或都不再是主流首选。

05写在最后

从硬盘的发展史来看，硬盘体积变小、容量变大是必然趋势。但由于HDD和SSD的应用领域不同，在未来一段时间内，SSD完全代替HDD的可能性依旧不大，但是长远来看，由于成本下降技术革新，如QLC闪存技术和3D TLC技术导致的SSD成本下降，在可见的未来，SSD最终取代HDD占据主导地位的发展方向是显而易见的。

某位业内专业人士曾经表示，SSD与HDD每GB成本差异到达十位数以上，并且永远也不会看到SSD与HDD每GB成本的交叉点。但是根据目前的发展情况来看，这个结论即将会被现实证明为错误，所以你的电脑还在使用机械硬盘吗？

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Nand Flash主要厂商及其产品

根据2020年二季度Nand Flash市场排名，三星占据31%，处于领先地位，紧跟其后的是铠侠，占比达17%。排名第三、第四、第五、分别是西数、美光、SK海力士。以下是DRAMeXchange统计数据：

电子发烧友对目前市场主要的Nand Flash厂商及其产品进行梳理，以下是具体内容：

三星

1、三星SSD 980 PRO

三星电子推出首款消费类PCIe 4.0 NVMe SSD：三星SSD 980 PRO， 980 PRO采用三星1XX层 TLC NAND闪存，以及容量分别为512MB和1GB的DRAM缓存，通过内部设计，可充分发挥PCIe Gen4的潜力。数据显示，三星SSD 980 PRO顺序读取速度最高可达7000MB/s，顺序写入速度最高可达5000MB/s。

2、870 QVO SATA SSD

三星推出了其第二代QLC闪存驱动器870 QVO SATA SSD， 870 QVO分别提供同类最佳的顺序读取和写入速度，分别高达560 MB/s和530 MB/s，借助该驱动器的Intelligent TurboWrite技术，它可以使用大型可变SLC缓冲器保持最高性能

3、eUFS 3.1

三星电子宣布已经开始批量生产用于智能手机的512GB eUFS 3.1，其写入速度为512GB eUFS 3.0的三倍，打破了智能手机存储中1GB/s的阈值。

三星eUFS 3.1连续写入速度超过1,200MB/s，是基于SATA SSD (540MB/s)的两倍以上，是UHS-I microSD卡（90MB/s）的十倍以上。

KIOXIA

1、第六代企业SAS SSD

随着其第六代企业SAS SSD系列的推出，专为现代IT基础设施设计的24G SAS将其上一代的数据吞吐率提高了一倍，同时搭载了新功能和增强功能，以达到新的应用性能水平。

PM6系列采用铠侠的96层BiCS FLASH 3D TLC闪存，可提供业界领先的高达4,300MB/s（4,101MiB/s）的SAS SSD顺序读取性能，比上一代提高了2倍以上。铠侠的新驱动器容量高达30.72TB，使其成为业界容量最高的2.5英寸SAS SSD。

2、BiCS FLASH

铠侠开发具有112层垂直堆叠结构的第五代BiCS FLASH™三维(3D)闪存。新产品具有512 Gb（64千兆字节）容量并采用TLC技术。

铠侠创新的112层堆叠工艺技术与先进的电路和制造工艺技术相结合，与96层堆叠工艺相比，将存储单元阵列密度提高约20%。因此，每片硅晶圆可以制造的存储容量更高，从而也降低了每位的成本（Bit-cost）。此外，它将接口速度提高50%，并提供更高的写性能和更短的读取延迟。

西部数据

1、SN550 NVMe SSD

Western Digital设计的控件和固件搭配最新的 3D NAND，可始终如一地提供优化的性能。

2、iNAND MC EU521

西部数据宣布率先基于UFS 3.1规范协议推出iNAND MC EU521嵌入式闪存产品，新增多项功能，并进一步提高速度、容量、降低功耗，再加上11.5x13x1.0mm小型封装尺寸。西部数据表示，iNAND MC EU521将在3月份上市，采用主流的96层3D NAND，并充分利用UFS 3.1高带宽以及SLC NAND缓存，可提供最高800MB/s的顺序写入速度。

美光

美光的下一代 M500 固态硬盘采用 Micron 20 nm MLC NAND 闪存、SATA 6 Gb/s 接口，具有行业标准 512 字节分区支持功能、热插拔功能以及功耗极低的器件休眠模式，并满足 ATA-8 ACS2 指令集规范要求。

SK海力士

Intel 突然宣布以 90 亿美元（约 601 亿）的价格将旗下的 NAND 闪存业务出售给了 SK 海力士，后者有可能成长为新的全球第二大闪存公司，SK海力士推出Gold P31系列SSD新品，是全球首个基于128层NAND闪存的消费者SSD。Gold P31采用的是128层TLC，PCIe NVMe Gen3接口，读取速度最高达3500MB/s，写入速度最高达3200MB/s，以满足长时间游戏的游戏玩家以及对性能和稳定性有较高要求的专业创作者和设计师。

英特尔

Intel基于144层3D QLC闪存Arbordale Plus，容量将比Intel目前的96层产品提升50%。

长江存储

128层QLC 3D NAND闪存芯片X2-6070研发成功，并已在多家控制器厂商SSD等终端存储产品上通过验证。

长江存储表示，X2-6070是业内首款128层QLC规格的3D NAND闪存，拥有业内已知型号产品中最高单位面积存储密度，最高I/O传输速度和最高单颗NAND闪存芯片容量。

每颗X2-6070 QLC闪存芯片共提供1.33Tb的存储容量。而在I/O读写性能方面，X2-6070及X2-9060均可在1.2V Vccq电压下实现1.6Gbps（Gigabits/s千兆位/秒）的数据传输速率。

旺宏

Macronix在2020年下半年生产48层3D NAND存储器。公司计划在2021年和2022年分别推出96层3D NAND和192层3D NAND。目前，该公司用于制造NAND的最先进技术是自2019年2月开始使用的19纳米平面技术，这款NAND Flash的第一个客户将是任天堂。

华邦

1、QspiNAND Flash

华邦提供了一系列相容于SPI NOR接口的QspiNAND产品，华邦的QspiNAND系列产品内建了ECC的功能，而且也能提供了连续好”块”的QspiNAND，这些都能让使用者并不需要额外的控制器。

2、OctalNAND Flash

全球首款采用x8 Octal接口的NAND Flash—华邦OctalNAND Flash产品可望提供车用电子与工业制造商高容量的储存内存产品，华邦电子首款采用全新接口的NAND产品，1Gb W35N01JW，连续读取速度最高可达每秒240MB， W35N-JW OctalNAND Flash采用华邦通过验证的46nm SLC NAND制程，提供卓越的数据完整性，且数据保存期更可达10年以上。此产品写入／抹除次数(Program/Erase Cycle)可达10万次以上，可符合关键任务型车用与工业应用所需的高耐用性与高可靠性。

兆易创新

GD5F4GM5系列采用串行SPI接口，引脚少、封装尺寸小，相比于上一代NAND产品，大大提升了读写速度，最高时钟频率达到120MHz，数据吞吐量可达480Mbit/s，支持1.8V/3.3V供电电压，能够满足客户对不同供电电压的需求；同时提供WSON8、TFBGA24等多种封装选择。

北京紫光存储

北京紫光存储Raw NAND颗粒是符合业界标准的闪存产品，适用于各类固态存储解决方案。Raw NAND颗粒需要搭配闪存控制器使用。全系采用业界领先的3D TLC闪存芯片。支持ONFI 4.0，最高读写支持667MT/s。采用业界领先的3D TLC闪存芯片，相比2D闪存芯片单位面积下容量大幅提升。

北京君正

公司Flash产品线包括了目前全球主流的NOR FLASH存储芯片和NAND FLASH存储芯片，其中NAND FLASH存储芯片主攻1G-4G大容量规格。

ISSI 系一家原纳斯达克上市公司，于 2015年末被北京矽成以7.8亿美元私有化收购，之后北京君完成对北京矽成100%股权收购。ISSI Introduces SLC NAND高性能4Gb SLC NAND主要用于嵌入式市场，能够满足工业、医疗，主干通讯和车规等级产品的要求，具备在极端环境下稳定工作、节能降耗等特点。

东芯

东芯串行NAND Flash产品为单颗粒芯片设计的串行通信方案，引脚少和封装尺寸小，且在同一颗粒上集成了存储阵列和控制器，带有内部ECC模块。使其在满足数据传输效率的同时，既节约了空间，提升了稳定性，也让其在成本上也极具竞争力，且提升了性价比。产品分为3.3V/1.8V两种电压，不仅能满足常规对功耗不敏感的有源器件，也使其在目前日益普及的移动互联网及物联网设备中，有足够的发挥空间。产品拥有多种封装，可更灵活的满足很多应用场景，比如常规的光猫，路由器，网络摄像监控，物联网及智能音箱等。