固态硬盘全景调研与发展战略研究

固态硬盘全景调研与发展战略研究

数据存储类行业发展概况在数字社会，数据作为信息化系统中的核心部分和底层基座，具有基础战略资源和关键生产要素的双重作用。在移动互联网技术不断迭代升级的背景下，全球数据量呈现爆发式增长。根据IDC预测，2025年全球数据圈将猛增至163ZB，增长量约为2016年全球数据圈的9倍。作为全球第一数据生产国，我国数据量也面临急剧增长的态势。我国数据量的增长依赖于数字经济的实现，作为十四五规划重点战略对象，数字经济的逐步落实将导致更为庞大及迅速的数据增长。信通院数据表明，2018年我国新增数据量为7．6ZB，预计2025年我国新增数据量将达到48．6ZB，年均复合增长率高达30%。数据量的急剧扩展，愈发凸显了数据存储及管理的重要性。数据储存设备作为数据管理的必要设备，其市场空间巨大。存储系统行业概况存储系统（主要指外接存储系统）的主要技术包括网络、服务器和应用软件。其中，网络存储技术是一种通过网络进行数据存储的技术，通过网络设备（包括专用数据交换设备、磁盘阵列或磁带库等存储介质以及专用的存储软件）利用通信网络为用户提供信息存取和共享服务。网络存储结构大致分为3种：直连式存储（DAS：DirectAttachedStorage）、网络存储设备（NAS：NetworkAttachedStorage）和存储网络（SAN：StorageAreaNetwork）。根据IDC的数据，2020年我国服务器出货量350万台，2021年增长至391万台，增长率为11．7%。IDC预计，随着十四五规划的推进以及新基建的投资，2021~2025年，中国服务器市场规模将由257．31亿美元升至424．7亿美元，保持13．35%的年复合增长率。存储网络所需的存储控制和通信技术被美国企业所垄断，随着我国服务器市场规模的提升，存储系统解决方案、国产硬盘阵列控制器芯片及相关阵列卡的需求也将不断增长。数据存储行业下游应用市场的发展情况（一）数据存储行业消费级应用代表市场PC市场经过数十年发展已日趋成熟，形成了稳定的用户群体和庞大的市场规模。近年来，随着人工智能及5G技术融合需求凸显，上游处理器厂商加速产品更新迭代，处理器技术的路线选择决定着PC整体架构的设计与制造，处理器的竞争将会向下游传导，促进PC产品迭代与性能提升，拉动市场换代需求，PC市场出货量呈现加速上升态势。IDC报告显示，2021年全球PC出货量为3．49亿台，同比增长15．56%。随着下游应用场景逐渐丰富，电子竞技、在线教育等行业发展加速，PC在传统商业办公及家庭应用之外获得包括游戏、教育等对性能要求更高场景的增量市场。个人PC对高性能的持续追求，带动了固态硬盘在PC市场搭载率的不断提升。据中国闪存市场ChinaFlashMarket数据，在以台式机和笔记本电脑为代表的个人PC市场，固态硬盘的搭载率已经超过60%和70%。（二）数据存储行业工业级应用代表市场工业级应用需求较为分散，定制化需求高，对于宽温、抗震、可靠性及温度管理的要求显著高于消费级产品，主要的应用领域包括智能制造（工业控制）、智能汽车等。随着工业互联网将设备与信息互联，制造业的数字智能程度和生产效率将大大提升，这对智能终端设备及其上下游产业提出更高的要求。在制造业转型升级的背景下，我国制造业数字化的进程不断加快。据IDC数据，到2020年，我国离散制造行业计算机渗透率仅为16．8%，从需求端看，计算机设备在制造行业渗透的空间巨大。制造业中的存储设备需要在高温差、振动、电磁辐射等相对复杂的使用环境下，获得高的耐用性、可靠性和相容性。《十四五智能制造发展规划》，明确提出到2025年，规模以上制造业企业大部分实现数字化网络化，重点行业骨干企业初步应用智能化；到2035年，规模以上制造业企业全面普及数字化网络化，重点行业骨干企业基本实现智能化。制造业数字化的不断推进，海量的设备物联数据和生产经营相关业务数据不断涌现，将产生可观的数据存储需求。汽车的新四化，即智能化、电动化、网联化、共享化变革浪潮驱动汽车内的含硅量大大提升。据McKinsey数据，预计2025年国内汽车半导体行业规模将达到180亿美元；到2030年该市场规模将达到290亿美元。其中，电动智能汽车的加速渗透将成为车载半导体行业快速增长的核心驱动力。存储芯片在智能汽车中应用广泛，智能座舱、车联网、自动驾驶等功能均需要相匹配的存储空间来支持其正常运行。随着自动驾驶等级提高，AI功能逐渐增加，车辆需要对传感器所捕获的大量资料进行实时处理，即具备整合信息并立刻做出判断的能力，这对于带宽和存储空间均提出了更高的要求。DFlash因在高抗震性、大容量、读写速度等方面的优势，有望成为车载存储芯片中增长最快的领域。据Gartner的数据，2019年全球高级驾驶辅助系统中DFlash存储消费2．2亿GB，预计至2024年，这一数据将达41．5亿GB，2019年-2024年的复合增速达79．8%。随着智能驾驶技术的不断完善、智能驾驶等级从L2向L3、L4甚至L5过渡，智能驾驶中的传感器、高精地图等高速数据需求将进一步释放，智能汽车的固态存储产品将从eMMC、UFS等嵌入式存储向固态硬盘演进，固态硬盘类产品未来预计将在智能驾驶测试车及RoboTaxi等场景率先获得广泛应用，随后逐步延伸至其他智能驾驶应用场景。云计算、在线支付、移动社交等越来越多的实时交互应用带来了对数据实时性要求的不断提高，尤其是随着人工智能、物联网等技术的深度融合，越来越多的业务场景提出极为极致的低延迟要求，从而对数据中心的存储性能提出了更加苛刻的要求。据IDC预测，全球实时数据占比将从2019年的19．3%上升到24．4%。基于DFlash的SSD在数据存储速度、抗震、能耗等方面性能突出，能够快速响应企业用户需求，已逐渐取代HDD成为企业级应用市场的主流数据存储介质。随着主流存储介质从HDD向SSD切换，基于高性能SSD打造的全闪存存储将成为未来数据中心主流的存储方式，并应用于企业的关键核心业务。据IDC的统计数据，2020年，在全球范围内企业级SSD的支出已经超出HDD，且这一趋势将持续加强。据Gartner数据，2020年全球企业级SSD市场规模约为169．3亿美元，其中，我国企业级SSD市场规模占全球市场总规模的比例约为13．8%。随着云计算的蓬勃发展，作为云服务基础设施的数据中心产业亦不断扩张，以Facebook、Amazon、Google、阿里巴巴、腾讯、百度为代表的超大型数据中心用户正在成为企业级SSD的巨大需求方。2020年，数据中心以SSD形式存储的存量数据占比约为20%，而2030年则有望进一步提升到55%。存储系统方面，全闪存凭借出色的性能优势和绿色节能逐渐成为市场刚需，从而推动固态存储在企业级应用领域的需求大幅增加。据IDC数据，2020年我国外置存储市场中基于DFlash的全闪存阵列的市场占比已经达到18．9%，增速达24．0%，高于市场的平均增长率17．5%；相对于全球占比39．9%的市场情况来看，全闪存在我国市场的渗透率仍有很大空间。存储器行业全球规模存储器作为现代信息技术发展的核心部件之一，应用极为广泛，现代电子产品基本上都要用到存储器，且需配置多种存储器，随着今年来全球电子信息技术及半导体产业的不断发展，全球存储器行业市场规模也随之不断扩张。据资料显示，2021年全球存储器行业市场规模为1353亿美元，同比增长13．3%。从行业市场结构来看，DRAM与DFlash是半导体存储芯片的主流市场。据资料显示，2021年全球存储芯片市场中，DRAM占比达56%，DFlash占比约41%，此外NORFlash占据约2%的市场份额。存储器行业中国规模我国存储器市场主要集中在DARM和DFlash领域。在存储器细分市场，光存储和磁存储逐渐往企业级市场方向发展，其中光存储目前在企业级市场应用快速发展，很大程度地拉动了整个存储器市场的发展。据资料显示，2020年我国存储器行业市场规模为3223亿元，同比增长11．9%。存储器行业市场发展现状分析在新兴技术驱动下，存储主要面对的是云计算、大数据和人工智能等大规模数据应用场景。相较于传统存储，源于大型互联网数据中心的软件定义存储技术，天生具有的可扩展性以及灵活性，数据存储行业为新基建时代带来了革命性的数据储存手段。伴随着信息产业的迅猛发展和普及，数据存储技术已成为现代信息产业架构中不可或缺的底层基座。然而，日益增长的数据存储需求，要求数据存储技术在介质、架构、协议、应用与运维模式等数据存储行业方面不断发展演进。当前数据资源已成为关键生产要素，更多的产业通过利用物联网、工业互联网、电商等结构或非结构化数据资源来提取有价值信息;而海量数据的处理与分析均要求构建大数据中心。近年来，伴随着互联网的快速发展以及在各行业的渗透，互联网行业的IDC需求仍是推动中国数据中心（IDC）业务市场规模绝对值增长的主要驱动力，数据存储行业市场始终保持市场规模量级的增长。在区域市场中，由于北上广地区禁限政策的出台，数据中心布局范围逐渐向周边区域延伸，以满足区域市场内IDC业务需求。如今，数据存储正在进行数字化转型的企业需要具备能够支持不断增长的数据量和数据速率的能力。因此，对于面向未来的数据中心来说，数据中心和IT设施团队需要符合可持续投资战略的正确技术。最开始的阿里巴巴互联网数据仓库建设，几乎就是中国工商银行的缩小版，互联网的数据从业人员几乎全部来自国内各大银行或电信行业，或者来自国外类似微软、yahoo这样的传统IT企业。随着分布式技术的逐渐成熟和工业化，互联网数据仓库迎来了飞速发展的春天。现在，抛弃大型机+关系型数据库的模型，采用分布式的服务器集群+分布式存储的海量存储器，无论是从硬件成本、软件成本还是从硬件升级、日常维护上来讲，都是一次飞跃。更重要的是，解决了困扰数据仓库发展的一个非常重要的问题，即计算能力不足的问题，当100～200台网络服务器一起工作的时候，无论是什么样的大型机，都已经无法与之比拟了。以阿里云（阿里巴巴集团数据中心服务提供者）为例，近1000台网络服务器分布式并行，支持着每日淘宝、支付宝、阿里巴巴三大子公司超过PB级别的数据量，随着技术的日益成熟和硬件成本的逐渐降低，未来的数据仓库将是以流计算为主的实时数据仓库和分布式计算为主流的准实时数据仓库。存储控制器芯片行业概况存储控制器芯片是存储产品的大脑，起着指挥、运算和协作的作用。它不但负责调配数据在各个存储单元上的负荷，协调和维护不同区块颗粒的协作，让所有的存储单元都能够在合理的负荷下正常工作；为存储模组内部各项指令，如垃圾回收、磨损均衡等的功能的完成提供算力；又承担了数据中转站的功能，负责存储介质和外部接口的连接。因此存储控制器芯片是决定存储模组性能、寿命和使用体验的关键。固件是出厂预设在存储模组中，运行在存储控制器芯片内部的程序代码，主要用于驱动控制器，承担着协议处理、数据管理和硬件驱动等工作，包括传输协议处理、逻辑管理算法、数据加密和保护、闪存驱动、介质保护、异常处理等功能，对存储的功能、性能、可靠性、寿命等关键指标具有重要影响。根据中国闪存市场CFM的数据，预计2022年全球固态存储控制器芯片的出货量达4．31亿颗。目前，存储控制芯片按制造商可以分两类：第一类由存储颗粒原厂自主设计，如三星、铠侠、Intel和美光等，其基于IDM生产模式自产自销，将自研的存储控制芯片应用于自主品牌的存储模组中，不单独对外出售。第二类由第三方存储控制器芯片厂商设计，如美满（Marvell）、微芯（Microchip）、慧荣科技、群联电子等，其存储控制器芯片主要用于其他厂商的存储模组中。存储器行业发展现状存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，其利用磁性材料或半导体等材料作为存储介质，实现程序和数据的存储。在计算机的运算过程中，输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都会保存在存储器里，可以说存储器是现代信息技术发展的核心部件之一。按介质的不同，存储器可分为磁性存储器、半导体存储器和光