[SSD综述 1.3] SSD及固态存储技术半个世纪发展史

在我们今天看来，SSD已不再是个新鲜事物。这多亏了存储行业的前辈们却摸爬滚打了将近半个世纪，才有了SSD的繁荣， 可惜很多前辈都没有机会看到。所有重大的技术革新都是这样，需要长期的技术积累，一代一代的工程师们默默的投入，最终改变我们的生活。从当年的蒸汽机、电话到后来的集成电路、互联网，以及未来的量子计算机、人工智能，无一不是如此。

十年寒窗无人问,一举成名天下知

1956年，IBM公司发明了世界上第一块硬碟。[5]

1968年，IBM重新提出「温彻斯特」（Winchester）技术可行性，奠定了硬碟发展方向。[4]

1970年，StorageTek公司(Sun StorageTek)开发了第一个固态硬盘驱动器。但这款固态硬盘是使用RAM 的固态硬盘，无法商用。所以之后便销声匿迹了。

1989年，日本发明了闪存，世界上第一款使用闪存的固态硬盘出现。这算是现代固态硬盘的元年。

1991年SanDisk推出了20MB的Flash SSD。经过了许多人半个多年的努力，SSD终于改变了我们的生活。让我们来回顾一下SSD的屌丝逆袭之路。

1. 昂贵的RAM SSD时代

我们都知道芯片巨头Intel现在最赚钱的产品是CPU，但是在七十年代，Intel最赚钱的产品是RAM，就是我们电脑内存条里面的芯片。当RAM刚被发明的时候，就有一些脑子灵活的人开始用很多RAM组装成容量很大的硬盘卖。

据史料记载，1976年，Dataram公司开始出售叫做Bulk Core的SSD，容量是2MB（在当时很大了），使用了8块大电路板，每个板子有18个256K的RAM（细心的读者肯定在想2MB是怎么算出来的，其实很简单，好好想想吧，想明白了告诉楼主O(∩_∩)O哈哈~）。这款SSD是个大块头，来张图吧：

RAM的优点是可以随机寻址，就是每次可以只读一个Byte的数据，速度很快，缺点也很明显，掉电数据就没了，价格还巨贵。注定是土豪的玩具，不能进入寻常百姓家。

在以后的20多年时间里，TMS（Texas Memory Systems），EMC，DEC等玩家不断推出各种RAM SSD，在这个小众的市场里自娱自乐。最主要的玩家是TMS。

2. 机械硬盘（HDD）称霸世界

当SSD还在富豪的俱乐部里被把玩的时候，HDD却异军突起，迅速普及到全世界。HDD本来也很昂贵，而且容量小，但是1988年费尔和格林贝格尔发现了巨磁阻效应，这个革命性的技术，使得HDD容量变得很大，在各大企业的推广下，进入千家万户。他们俩也因此获得了2007年诺贝尔物理学奖。

2013年全球卖出了5.7亿块HDD，市场为320亿美金。HDD已经过了最鼎盛的时代，每年的销量在不断下降。

3. Flash——源于华人科学家的发明

1967年，贝尔实验室的韩裔科学家姜大元和华裔科学家施敏一起发明了浮栅晶体管（Floating Gate Transistor），这个是现在SSD的基础NAND Flash的技术来源。学过MOS管的童鞋肯定对下图很熟悉，相比MOSFET就多了个浮栅层（floating gate），悬浮在中间，所以叫浮栅。它被高阻抗的材料包裹，和上下绝缘，能够保存电荷，而电荷是通过量子隧道效应进入到浮栅。

4. Flash SSD异军突起

90年代末，终于有一些厂商开始尝试使用Flash制造SSD，进行艰难的市场探索。1997年，Altec Computer Systeme推出了一款并行SCSI Flash SSD，接着1999年BiTMICRO推出了18GB的Flash SSD，从此，Flash SSD逐渐取代RAM SSD，成为了SSD市场的主流。Flash的特点是掉电后数据还在，真的像我们认为的硬盘了。

新技术的应用是如此之快，引起了科技巨头的关注。2002年比尔盖茨就预见到了SSD的普及，他保守地说，有一种叫做SSD的东东，未来三四年内将会成为某些平板电脑的硬盘。可惜的是微软没有做成功过平板电脑。

从2003年开始，现代SSD的时代终于到来，SSD开始成为存储行业的一个热词，固态硬盘的概念开始为许多人知晓。

2005年5月，三星电子宣布进入SSD市场，是第一家进入这个市场的科技巨头。也是第一家我们今天耳熟能详的SSD厂商。

5. 2006年，SSD进入个人电脑

2006年，微软的Windows Vista（虽然是一个昙花一现的系统）来到了市场上，是第一款支持SSD特殊功能的PC操作系统，将SSD带到了个人电脑中。

6. 2009年，SSD的容量赶上了HDD

PureSilicon公司的2.5寸SSD做到了1TB容量。SSD终于在同样的空间内，实现了和HDD一样大的容量。这一点很重要，以为之前HDD厂商认为HDD的优势是容量增大很容易，盘片密度增加就可以了，成本很低，而SSD必须要内部芯片翻番才能实现容量翻倍。但是这款MLC SSD证明一个cell多存几个bit 也可以容量翻几番，但是性能却远超HDD.

读写带宽240MB/s，215MB/s，读延迟小于100微秒，50K 读IOPS，10K写IOPS。

HDD厂商的危机来临了, HDD的巨头希捷也坐不住了，试验性的开始销售SSD产品。

7. MLC SSD崭露头角

2010年，SSD市场达到了10亿美金。

Fusion-IO宣布年度营收增长300%。SandForce开始使用广告词'SandForce Driven SSDs'。这一年企业级市场还是SLC，但是消费级产品开始广泛使用MLC了。

镁光发布了全球首款SATA 6Gbps接口固态硬碟，突破了SATAII接口300MB/s的读写速度。

8. SSD 群雄并起

新的厂商不断出现，巨头的土地兼并也开始了。几个著名的控制器芯片厂商消失：2011年初，OCZ以3200万美金收购Indilinx，年底，老牌存储芯片玩家LSI 3.7亿美金收购了SandForce，2012年6月，Hynix收购了LAMD（Link A Media Devices）。SandForce是SSD控制器市场最成功的公司：做出了最成功的产品，技术非常精妙，市场又很成功, 但还是被希捷收购了。

随着群雄逐鹿SSD, 好像没有人在想在HDD 上突破了。 从2012年开始，HDD技术的发展几乎是停滞的。[5]

9. PCIe SSD进入消费者市场

台式机和笔记本觉得SATA已经不够用了，SATA是为HDD设计的接口，最大速度是6Gb/s，只能达到最高600MB/s的带宽，同时命令队列不够深，不适合SSD使用。SSD开始在协议上引发存储技术的变革。同时出现了可以插在内存DIMM插槽里的SSD，容量大，速度快，掉电数据还在，就看用户怎么使用内存了。软件可得跟上啊！

10. 3D NAND Flash 拔地而起

2013年，三星推出VNand 3D闪存。SSD的存储颗粒就是闪存。2D NAND时代，厂商为了尽量利用好有限的面积只有不断用新工艺，但随着串扰等问题导致闪存颗粒不再能单纯依靠工艺进步带来提升，东芝和三星开始押注3D NAND（三星将其称作V-NAND）。

11. TLC闪存成为宠儿

在固态硬盘的应用场景中，使用纯SLC NAND闪存的固态硬盘基本面向军用或者商用了，而MLC则大多以高端消费级产品和商用产品为主，应付咱们日常使用需求的固态硬盘，TLC NAND成为了市场的宠儿。

12. 96层 3D NAND 进场

96层技术进场， NAND 单颗容量得到提升, 相应的消费类SSD容量从240GB/256GB起跳。同年，各家SSD品牌厂将主打PCIe SSD，并成为主角。

13. SSD出货量超越HDD

2020年， SSD 出货量首度超越HDD，并将延续这个趋势。多年来关于SSD能否取代机械硬盘的纷争终于尘埃落定，市场给出了她的答案。从售价来说，128G SSD和500G HDD接近，虽然SSD在价格上面并不占优势，但因为SSDSSD拥有读写速度快、防震抗摔性好、功耗低、噪音为零、环境适用性强等优点，已成功取代HDD在PC端的应用，当然一般装机都会选择SSD与HDD搭配使用。[5]

图片来源 《存储产业标准化白皮书(2022)》

14. “不受待见”的QLC SSD

到2020年，消费者已经能买到8TB容量的固态硬盘，，这样的大容量固态硬盘大概率是“不受待见”的QLC闪存产品。QLC NAND闪存的固态硬盘，优点是容量足够大，单次完全擦写周期被延长了，那寿命的短板也可以被部分弥补。

图. 缓外写入(After TurboWrite)速度不理想是QLC“劝退”消费者的主要

15. 第二代智能固态硬盘

2022年7月21日，三星电子研制出第二代智能固态硬盘（SmartSSD）。集成了 Xilinx ARM处理器，配合AI技术，可以实现更高效的数据处理。开启了存算一体的先河。

16. PCIE4.0 SSD进入主流时代

2023年Intel十二代酷睿平台的发布也正式拉开了电脑全面进化的序幕，，PCIe Gen4固态硬盘也逐渐成为了主流。[3]

17. 我们正在创造SSD的历史...

结语

　　随着固态硬盘产品的不断改进和成熟，我们已经很久没有再听到过它是否会取代其他类型硬盘的争论，取而代之的是，我们见到越来越多的消费者在讨论何种固态硬盘适合用在何种应用场景，这恰恰是固态硬盘真正融入到我们生活的证明。

SSD还在继续快速向前，随着PC销售的放缓，HDD市场在萎缩。尤其是随着QLC有望助力SSD 容量超过机械硬盘， 价格低于机械硬盘，等消费者逐渐接受QLC SSD,未来我们将会看到消费级市场SSD的快速普及。

　　目前消费级固态硬盘市场尚未有真正垄断级的巨头诞生，作为消费者的我们还能享受“百花齐放”的红利。不过随着PCIe Gen5接口的升级，以及新型闪存的出现，或许新一轮的更新潮就要到来，就让我们拭目以待吧。

参考：

[1] http://www.360doc.com/content/16/0105/13/27971012_525633535.shtml

[2] 迪迪,从20MB小可爱到100TB巨兽，细数固态硬盘进化之路 https://diy.pconline.com.cn/1475/14755505.html

[3] http://k.sina.com.cn/article_2303422387_894b6fb3001015a4m.html

[4] https://www.xinssd.com/ssd/1069.html

[5] http://www.51hei.com/bbs/dpj-173868-1.html