目前的存儲產(chǎn)品，主要分為光學(xué)存儲、磁性存儲和半導(dǎo)體存儲三類。光學(xué)存儲主要就是 CD、DVD 等常見形式。磁性存儲包含磁帶、軟盤、硬盤等。而半導(dǎo)體存儲則是指DRAM、NAND、NOR FLASH等等。

但在大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲使用中，還是以磁盤產(chǎn)品為主，也就是機械硬盤，畢竟DVD這種不適合頻繁讀寫數(shù)據(jù)的場景，而SSD壽命相對差一些，價格又貴，而機械硬盤能夠有較大容量，較高壽命，又能頻繁讀寫，擦除等，成本也相對可控。

所以我們看到，在數(shù)據(jù)計算中心中，大多使用機械硬盤，進行大規(guī)模的集群，這樣實現(xiàn)高效、高容量的效果。不過我們也清楚，機械硬盤市場，主要被美、日、韓廠商占領(lǐng)，國內(nèi)企業(yè)的份額非常少，絕大部分都要靠進口。事實上不僅僅是機械硬盤市場，在半導(dǎo)體存儲市場，也是如此，像主流的DRAM、NAND產(chǎn)品，國內(nèi)的份額也非常低，90%以上靠進口。

為此，國內(nèi)眾多的企業(yè)在存儲產(chǎn)品方面不斷努力，以期打破國外壟斷，進而減少依賴，將數(shù)據(jù)存儲產(chǎn)品，掌握在自己手中。

而近日，有消息傳出，華為或推出一種新型的存儲產(chǎn)品，這種產(chǎn)品采用全新的磁電存儲技術(shù)，對應(yīng)的老式的磁性存儲技術(shù)，也就是機械硬盤這一塊，堪稱顛覆式。

當然這種產(chǎn)品，主要用于大規(guī)模的集群性產(chǎn)品之中，也就是用于數(shù)據(jù)中心這樣的場景下。

這種磁電技術(shù)稱之為MED（磁電磁盤），據(jù)稱和磁性存儲產(chǎn)品相比，功耗降低 90%，存儲密度提升50%以上，預(yù)計2025年上半年左右在海外上市。我們知道，以往采用機械硬盤的集群，一臺42U 機架最多可容納 288 個硬盤，接近10PB的數(shù)據(jù)，功率可能達到2.88kW。但如果采用華為這種MED硬盤，可能一臺42U的機架，容量超過20PB,而功耗只有0.3KW左右，潛力巨大，絕對堪稱是顛覆式的。

不過目前關(guān)于這種MED磁盤，據(jù)稱其原理是磁電效應(yīng)，它在材料的磁特性和電特性之間建立了聯(lián)系，至于具體怎么實現(xiàn)的，還沒有更多的消息。


2024是DRAM技術(shù)迸發(fā)活力的一年

從1998年三星生產(chǎn)出最早的商用DDR SDRAM芯片，到DDR1、DDR2、DDR3、DDR4的延續(xù)，再到今年躍升主流的DDR5，和即將到來的DDR6、DDR7，DRAM技術(shù)還在持續(xù)突破。按照不同的應(yīng)用場景劃分，固態(tài)技術(shù)協(xié)會（JEDEC）把DRAM分成標準DDR、LPDDR、GDDR三類，其中DDR主要應(yīng)用于服務(wù)器和PC端，LPDDR主要應(yīng)用于手機端和消費電子，GDDR的主要應(yīng)用領(lǐng)域為圖像處理領(lǐng)域，近期上述三類DRAM技術(shù)新品對原廠營收占比貢獻不斷上升。


1、2024年是DDR5/LPDDR5的天下

在主流DRAM市場格局上，三星、美光、SK海力士三分天下，目前DDR5/LPDDR5市場競爭

以上述三家為主流。此外，中國臺灣存儲企業(yè)華邦及南亞科技，以及大陸存儲企業(yè)長鑫存儲的定位也在主流DRAM市場。

從過往歷史看，每代DDR新標準發(fā)布后都需要經(jīng)過2年左右的優(yōu)化，才能實現(xiàn)性能的較為全面的穩(wěn)定提升，而后實現(xiàn)對上一代產(chǎn)品的市場替代則可能需要3到5年的時間。業(yè)界數(shù)據(jù)顯示，DDR3和DDR4都享有大約7年的生命周期。DDR4存儲器標準于2012年發(fā)布，而其初代產(chǎn)品則于2014年入市，直到2016年才實現(xiàn)了市場份額的大幅提升。

對于最新一代的DDR5而言，經(jīng)歷了2023年上半年的產(chǎn)能爬坡和性能攀升，下半年在三大原廠營收比重不斷上升，并在2024年正式迎來黃金發(fā)展期。

據(jù)TrendForce集邦咨詢研究顯示，2023年四季度三星（Samsung）營收高達79.5億美元，季增幅度逾五成，主要受惠于1alpha nm DDR5出貨拉升，使得Server DRAM的出貨位元季增超過60%。SK海力士（SK hynix），雖然出貨位元季增僅1~3%，然持續(xù)受惠于HBM、DDR5的價格優(yōu)勢，以及來自于高容量Server DRAM模組的獲利，平均銷售單價季增17~19%，第四季營收達55.6億美元，季增20.2%。美光（Micron）量價齊揚，出貨位元及平均銷售單價均季增4~6%，DDR5與HBM比重相對低，故營收成長幅度較為和緩，第四季營收達33.5億美元，季增8.9%。

而LPDDR5方面，TrendForce集邦咨詢認為，AI PC有望帶動PC平均搭載容量提升，并拉高PC DRAM的LPDDR比重。以Microsoft定義的滿足NPU 40 TOPS的CPU而言，共有三款且依據(jù)出貨時間先后分別為Qualcomm Snapdragon X Elite、AMD Strix Point及Intel Lunar Lake。其中，三款CPU的共同點為皆采用LPDDR5x，而非現(xiàn)在主流采用的DDR SO-DIMM模組，主要考量在于傳輸速度的提升；以DDR5規(guī)格而言，目前速度為4800-5600Mbps，而LPDDR5x則是落于7500-8533Mbps，對于需要接受更多語言指令，及縮短反應(yīng)速度的AI PC將有所幫助。因此，TrendForce集邦咨詢預(yù)期，今年LPDDR占PC DRAM需求約30~35%，未來將受到AI PC的CPU廠商的規(guī)格支援，從而拉高LPDDR導(dǎo)入比重再提升。

行業(yè)人士表示，由于DDR5/LPDDR5(X)技術(shù)愈發(fā)成熟，其保質(zhì)期或?qū)⒈壬弦淮L。目前，存儲廠商目前擴產(chǎn)重點集中在HBM、DDR5與LPDDR5(X)產(chǎn)品上。

TrendForce集邦咨詢研究顯示，產(chǎn)能規(guī)劃方面，三星去年第四季大幅減產(chǎn)，在庫存壓力改善后，今年第一季投片開始回升，稼動率約為80%。下半年旺季，需求預(yù)期將較上半年明顯增溫，產(chǎn)能會持續(xù)拉高至第四季。SK海力士則積極擴張HBM產(chǎn)能，投片量緩步增加，隨著HBM3e量產(chǎn)后，相關(guān)先進制程投片亦持續(xù)上升。美光投片量有回溫趨勢，后續(xù)將積極增加其先進制程1beta nm比重，用于生產(chǎn)HBM、DDR5與LPDDR5(X)產(chǎn)品，因先進制程的設(shè)備增加，屆時產(chǎn)能將較為收斂。


2、GDDR7顯存標準正式發(fā)布

3月6日，JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會）正式發(fā)布了GDDR7顯卡（JES239圖形雙倍數(shù)據(jù)速率(GDDR7)SGRAM）技術(shù)規(guī)范，旨在提供更高的帶寬、更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更高的能效和更大的存儲容量，以支持未來高性能計算應(yīng)用的發(fā)展。

官方披露，JESD239GDDR7是第一款使用脈沖幅度調(diào)制(PAM)接口進行高頻操作的JEDEC標準DRAM。其PAM3接口提高了高頻操作的信噪比(SNR)，同時提高了能效。通過使用3個電平(+1、0、-1)在2個周期內(nèi)傳輸3個比特，而傳統(tǒng)的NRZ(非歸零)接口在2個周期內(nèi)傳輸2個比特，PAM3在每個周期內(nèi)提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而提高了性能。

相比GDDR6，GDDR7的帶寬是其兩倍，每個器件的帶寬可達192 GB/s。這是通過增加獨立通道數(shù)量至4個來實現(xiàn)的。GDDR7還支持16 Gbit至32 Gbit的密度，并包括支持雙通道模式，可以將系統(tǒng)容量翻倍，可以滿足未來圖形、游戲、計算、網(wǎng)絡(luò)和人工智能應(yīng)用對高內(nèi)存帶寬不斷增長的需求。

同時，核心獨立的 LFSR(線性反饋移位寄存器)訓(xùn)練模式，帶有眼罩和錯誤計數(shù)器，可提高訓(xùn)練精度，同時縮短訓(xùn)練時間。此外，通過整合最新的數(shù)據(jù)完整性功能，包括帶實時報告的片上 ECC (ODECC)、數(shù)據(jù)中毒、錯誤檢查和清理以及帶命令阻塞的命令地址奇偶校驗(CAPARBLK)，滿足 RAS(可靠性、可用性、可維護性)的市場需求。

在容量上，目前第一批GDDR7顯存只有2GB(16Gb)，和如今的GDDR6/6X一致，因此首發(fā)搭載的NVIDIA RTX 50系列、AMD RX 8000系列對于顯卡的需求還較大。JEDEC表示，未來會有3GB、4GB、6GB甚至是8GB，其中3GB這種反常規(guī)容量是首次出現(xiàn)。

目前，AMD和NVIDIA都已經(jīng)加入了這個新標準，而三星和美光也已經(jīng)確定了下一代GDDR7內(nèi)存模塊的開發(fā)計劃。三星的目標是實現(xiàn)32Gbps的速度，而美光則計劃推出24Gb+32 Gbps的芯片。據(jù)悉，美光在其最新的路線圖中也公布了到2026年達到36Gbps和24Gb+的內(nèi)存模塊。


3、LPDDR6內(nèi)存規(guī)格今年第三季度敲定？

此外，近日韓媒etnews引援業(yè)內(nèi)人士消息，新一代移動端 DRAM 內(nèi)存規(guī)范 LPDDR6 有望今年 3 季度公布。

據(jù)悉，行業(yè)標準制定組織JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會近日在葡萄牙首都里斯本召開了下一代移動端隨機存取處理器標準咨詢會。此次會議中，與會各方進行了豐富的討論，完成了 LPDDR6 標準的定稿工作，預(yù)計將于今年 3 季度正式發(fā)布。

公開資料顯示，目前廣泛使用的LPDDR5規(guī)范發(fā)布于2019年。而升級版 LPDDR5X 規(guī)范于 2021 年推出，進行了多項調(diào)整以實現(xiàn)更高速度，最高可達 8533Mbps。此外，SK海力士還推出了基于私有規(guī)范的 9.6Gbps LPDDR5T 產(chǎn)品，美光也推出了同等速率的 LPDDR5X 內(nèi)存。

近年來，憑借其能效和速率優(yōu)勢，LPDDR 的市場從智能手機等傳統(tǒng)產(chǎn)品逐步擴展至英偉達 Grace 處理器等部分服務(wù)器處理器，以及一些 AI 專用芯片。而隨著 AI 的廣泛應(yīng)用，不僅移動產(chǎn)品需要相較 LPDDR5X 更高速的內(nèi)存“喂飽”端側(cè) AI 模型，后兩類處理器也需求更大的內(nèi)存帶寬。同時，三大用途對內(nèi)存功耗均有著嚴苛的要求。行業(yè)人士表示，LPDDR6 標準的兩大開發(fā)重點就是提高數(shù)據(jù)吞吐率和最小化功耗。

etnews消息稱，高通驍龍8 Gen 4有望成為首款支持 LPDDR6 內(nèi)存的產(chǎn)品。


HBM技術(shù)漸進，市場需求巨大

據(jù)TrendForce集邦咨詢資深研究副總吳雅婷表示，目前2024年HBM（High Bandwidth Memory）市場主流為HBM3，NVIDIA新世代含B100或H200的規(guī)格則為最新HBM3e產(chǎn)品。不過，由于AI需求高漲，目前英偉達（NVIDIA）以及其他品牌的GPU或ASIC供應(yīng)緊俏，除了CoWoS是供應(yīng)瓶頸，HBM亦同，主要是HBM生產(chǎn)周期較DDR5更長，投片到產(chǎn)出與封裝完成需要兩個季度以上所致。

吳雅婷表示，目前NVIDIA現(xiàn)有主攻H100的存儲器解決方案為HBM3，SK海力士是最主要供應(yīng)商，然而供應(yīng)不足以應(yīng)付整體AI市場所需。至2023年末，三星以1Znm產(chǎn)品加入NVIDIA供應(yīng)鏈，盡管比重仍小，但可視為三星于HBM3世代的首要斬獲。


1、HBM3e預(yù)計下半年逐季放量，三星、美光加入供應(yīng)行列

由于三星是AMD長期以來最重要的策略供應(yīng)伙伴，2024年第一季，三星HBM3產(chǎn)品也陸續(xù)通過AMD MI300系列驗證，其中包含其8h與12h產(chǎn)品，故自2024年第一季以后，三星HBM3產(chǎn)品將會逐漸放量。值得注意的是，過去在HBM3世代的產(chǎn)品競爭中，美光（Micron）始終沒有加入供應(yīng)行列，僅有兩大韓系供應(yīng)商獨撐，且SK海力士HBM市占率目前為最高，三星將隨著后續(xù)數(shù)個季度MI300逐季放量，市占率將急起直追。

而自2024年起，市場關(guān)注焦點即由HBM3轉(zhuǎn)向HBM3e，預(yù)計下半年將逐季放量，并逐步成為HBM市場主流。據(jù)TrendForce集邦咨詢調(diào)查，第一季由SK海力士率先通過驗證，美光緊跟其后，并于第一季底開始遞交HBM3e量產(chǎn)產(chǎn)品，以搭配計劃在第二季末鋪貨的NVIDIA H200。三星由于遞交樣品的時程較其他兩家供應(yīng)商略晚，預(yù)計其HBM3e將于第一季末前通過驗證，并于第二季開始正式出貨。由于三星HBM3的驗證已經(jīng)有了突破，且HBM3e的驗證若無意外也即將完成，這也意味著該公司的出貨市占于今年末將與SK海力士拉近差距。


2、消息稱JEDEC有望放寬HBM4標準，混合鍵合還在未來

據(jù)韓媒ZDNet Korea報道，行業(yè)標準制定組織 JEDEC 固態(tài)技術(shù)協(xié)會有望放寬對HBM4內(nèi)存的高度限制，內(nèi)存廠商無需被迫轉(zhuǎn)向混合鍵合（Hybrid Bonding）。

據(jù)悉，JEDEC的主要參與者最近同意將HBM4產(chǎn)品的標準定為775微米（μm），比上一代的720微米更厚。據(jù)悉，該協(xié)議或?qū)θ请娮印K海力士、美光等主要內(nèi)存制造商的未來封裝投資趨勢產(chǎn)生重大影響。

先進封裝的意義旨在實現(xiàn)更大的互連密度（每個區(qū)域有更多的互連），減少跡線長度（trace length ）以降低每比特傳輸?shù)难舆t和能量。作為先進封裝技術(shù)中的顯眼存在，自誕生起，混合鍵合就被寄予厚望。

混合鍵合用于芯片的垂直（或 3D）堆疊。混合鍵合的顯著特點是它是無凸塊的。它從基于焊料的凸塊技術(shù)轉(zhuǎn)向直接銅對銅連接。這意味著頂部die和底部die彼此齊平。兩個芯片都沒有凸塊，而是只有可縮放至超細間距的銅焊盤。沒有焊料，因此避免了與焊料相關(guān)的問題。與以前的基于凸塊的互連相比，混合鍵合引入了一系列全新的技術(shù)和工藝挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)高質(zhì)量的鍵合，對表面光滑度、清潔度和粘合對準精度有非常嚴格的要求。

業(yè)界曾有言“混合鍵合將成為自EUV以來半導(dǎo)體制造最具變革性的創(chuàng)新”，事實是否如何我們目前還不可得知，但是，可以看到的是三星電子、SK海力士、美光都在你追我趕，爭相發(fā)力進一步突破這種技術(shù)。

假如JEDEC放寬對HBM4內(nèi)存的高度限制，內(nèi)存廠商無需著急鍵合技術(shù)的飛躍。如果封裝厚度為775微米，使用現(xiàn)有的鍵合技術(shù)如引線鍵合、倒裝芯片鍵合和硅通孔（TSV）鍵合等就可以充分實現(xiàn)16層DRAM堆疊HBM4。畢竟解決當下市場競爭問題還是必要的。并且考慮到混合鍵合的投資成本巨大，存儲器公司很可能將重點放在升級現(xiàn)有鍵合技術(shù)上。

但是值得注意的是，上述提到的鍵合技術(shù)有其局限性，并不能很好的適配未來3D封裝日益增長的復(fù)雜性和性能要求。目前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上下游都對混合鍵合技術(shù)變革充滿期待，隨著先進制程研發(fā)愈演愈烈，混合鍵合技術(shù)的市場在未來值得期待。


數(shù)據(jù)存儲技術(shù)進化趨勢

2030年人類將進入YB數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)量是2020年的23倍，全球連接數(shù)2000億，通用算力將增長10倍、人工智能算力將增長500倍。在存儲容量方面，目前一些高端閃存卡的存儲容量已經(jīng)達到了1TB，相當于是32年前的10TB，而一些SSD的存儲容量更是高達數(shù)TB。在讀寫速度方面，目前一些高端的UHS-II SD卡可以提供高達300MB/s的讀取速度和260MB/s的寫入速度。此外，一些NVMe SSD的讀寫速度也可以達到數(shù)GB/s。

NAND Flash在閃存市場中具有舉足輕重的地位，隨著NAND Flash存儲原廠的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝不斷更新發(fā)展，存儲晶圓工藝制程、電子單元密度、產(chǎn)品堆疊層數(shù)等經(jīng)歷了較大的技術(shù)更新，市場存儲密度的供給呈現(xiàn)出較快的增長速度。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院整理的數(shù)據(jù)顯示，全球NAND Flash存儲容量一直保持增長，從2017年的1620億GB增長至2020年的5300億GB，年均復(fù)合增長率達35.38%。

”信息爆炸“時代對數(shù)據(jù)存力帶來了巨大考驗，數(shù)據(jù)存力整體上面臨容量逐漸供應(yīng)短缺；利用效率低下，資源浪費；存儲設(shè)施能耗壓力大；分布區(qū)域不均勻，發(fā)展不平衡等難題。因此，未來存儲將會以非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主，SSD閃存為主要存儲介質(zhì)，并向分布式存儲架構(gòu)、云存儲、DNA存儲、納米存儲、存算一體等方向發(fā)展。

近年來，隨著云計算與人工智能應(yīng)用的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的流量不斷擴大，數(shù)據(jù)處理速度慢和能耗高的問題逐漸成為束縛計算性能發(fā)展的障礙。相對于CPU性能的提升，內(nèi)存的進步則相對緩慢，從而導(dǎo)致存儲速度嚴重滯后，即“內(nèi)存墻”問題。隨著多核處理器和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)搬運的需求大幅增加，為了解決“內(nèi)存墻”問題，行業(yè)內(nèi)如SK海力士、美光科技等企業(yè)寄望于提高存儲器帶寬，因此高帶寬存儲技術(shù)（High-Bandwidth Memory，HBM）應(yīng)運而生。

不同于傳統(tǒng)的2D DRAM，HBM技術(shù)采用3D堆疊的DRAM芯片，通過硅通孔（TSV）技術(shù)實現(xiàn)多層內(nèi)存的垂直互連，并且使用系統(tǒng)級封裝（SIP）技術(shù)將GPU和多個DRAM芯片緊密集成，這種設(shè)計方式極大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，并能在較小的物理空間內(nèi)提供更大的存儲容量和更高的帶寬，同時實現(xiàn)更低的延遲和功耗。正因為如此，HBM技術(shù)被認為是數(shù)據(jù)中心等高性能計算應(yīng)用的理想內(nèi)存解決方案。


結(jié)語

展望未來，數(shù)據(jù)存儲技術(shù)將面臨更多的挑戰(zhàn)和機遇。隨著數(shù)據(jù)量的爆炸式增長，如何提高存儲效率、降低存儲成本、滿足多元化的數(shù)據(jù)需求，將是存儲技術(shù)未來發(fā)展的重要課題。同時，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，如分布式存儲架構(gòu)、云存儲、DNA存儲、納米存儲和存算一體等新興方向也將為存儲技術(shù)的發(fā)展帶來無限可能。