機械硬盤的未來在哪里？

作者：豐寧

在最近北京召開的中國電子工業(yè)標準化技術協(xié)會數(shù)據存儲專業(yè)委員會（以下簡稱數(shù)據存儲專委會）成立大會上，倪光南表示，數(shù)據存儲未來市場空間巨大，要重視算力與存力的均衡配置、推動市場以先進的固態(tài)硬盤SSD取代傳統(tǒng)機械硬盤HDD的存儲革命。

隨著近年來固態(tài)硬盤的技術成熟和成本的下探，SSD儼然有要革了HDD命的趨勢。但也有一些觀點則認為，機械硬盤在未來幾年內仍然占據著存儲市場的重要地位。存儲軟件Scality的CEO指出，由于SSD硬盤用的閃存價格還是太貴，即便是QLC閃存也不行，單位容量下機械硬盤每GB價格相比閃存還有5-7倍的優(yōu)勢，到了2028年，這個優(yōu)勢依然有4-5倍。特別是Trendfocus 分享的數(shù)據顯示，2024 年一季度全球實現(xiàn) 2970 萬塊機械硬盤出貨，環(huán)比增長 3%。似乎機械硬盤市場正在復蘇。

機械硬盤是否已經發(fā)展到極限？未來還將在哪里發(fā)光發(fā)熱？

?01、機械硬盤（HDD）和固態(tài)硬盤（SSD）

硬盤作為計算機中不可或缺的存儲設備，承擔著數(shù)據保存和讀取的重要任務。隨著科技的進步，硬盤的種類也日益豐富，以滿足不同用戶的需求。硬盤有機械硬盤(Hard Disk Drive，HDD)和固態(tài)硬盤(SSD)之分。

機械硬盤即是傳統(tǒng)普通硬盤，主要由：盤片，磁頭，盤片轉軸及控制電機，磁頭控制器，數(shù)據轉換器，接口，緩存等幾個部分組成。磁頭可沿盤片的半徑方向運動，加上盤片每分鐘幾千轉的高速旋轉，磁頭就可以定位在盤片的指定位置上進行數(shù)據的讀寫操作。信息通過離磁性表面很近的磁頭，由電磁流來改變極性方式被電磁流寫到磁盤上，信息可以通過相反的方式讀取。

硬盤作為精密設備，塵埃是其大敵，所以進入硬盤的空氣必須過濾。機械硬盤中所有的盤片都裝在一個旋轉軸上，每張盤片之間是平行的，在每個盤片的存儲面上有一個磁頭，磁頭與盤片之間的距離只有0.1μm～0.5μm，較高的水平已經達到 0.005μm～0.01μm，所有的磁頭聯(lián)在一個磁頭控制器上，由磁頭控制器負責各個磁頭的運動。機械硬盤讀寫速度依賴于電機的轉速，因為需要依靠電機帶動磁盤高速轉動使磁頭找到指定位置進行讀寫。

固態(tài)硬盤（Solid State Disk或Solid State Drive，簡稱SSD），又稱固態(tài)驅動器，是用固態(tài)電子存儲芯片陣列制成的硬盤。固態(tài)硬盤，因為臺灣的英語里把固體電容稱為Solid而得名。SSD由控制單元和存儲單元（FLASH芯片、DRAM芯片）組成。固態(tài)硬盤在接口的規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的完全相同，在產品外形和尺寸上基本與普通硬盤一致（新興的U.2，M.2等形式的固態(tài)硬盤尺寸和外形與SATA機械硬盤完全不同）。

由于固態(tài)硬盤的技術與傳統(tǒng)硬盤的技術不同，所以產生了不少新興的存儲器廠商。廠商只需購買NAND顆粒，再配適當?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%8E%A7%E5%88%B6%E8%8A%AF%E7%89%87/">控制芯片，編寫主控制器代碼，就制造了固態(tài)硬盤。固態(tài)硬盤具有傳統(tǒng)機械硬盤不具備的快速讀寫、質量輕、能耗低以及體積小等特點，同時其劣勢也較為明顯。盡管IDC認為SSD已經進入存儲市場的主流行列，但其價格仍較為昂貴，容量較低，一旦硬件損壞，數(shù)據較難恢復等；并且亦有人認為固態(tài)硬盤的耐用性（壽命）相對較短。

?02、機械硬盤的主流廠商和技術發(fā)展

當前，和固態(tài)硬盤市場相比，機械硬盤市場的格局非常簡單，主要有西部數(shù)據、希捷和東芝這三大廠商。SSD的蓬勃發(fā)展已經對機械硬盤造成了巨大沖擊。一方面，希捷、西數(shù)和東芝三巨頭早已開辟了SSD業(yè)務，另一方面也在挖掘機械硬盤新的技術路線。

1、希捷（Seagate）：希捷成立于1979年，是全球最大的硬盤、磁盤和讀寫磁頭制造商，總部位于美國加州司各特谷市。希捷在美國、墨西哥、馬來西亞、中國、泰國、新加坡等地設有工廠。其中美國工廠主要負責新品研發(fā)以及磁頭晶圓、盤片的制造。墨西哥廠負責全世界各地的翻修產品。馬來西亞負責切割磁頭晶圓等。泰國廠及中國廠負責硬盤的組裝以及PCB電路板、磁頭的制造等。新加坡廠主要負責企業(yè)級硬盤的生產。此外，中國蘇州廠還負責生產消費電子類產品。希捷是首家專為臺式電腦制造5.25英寸硬盤的公司。2021年，在開放計算項目峰會上，希捷首次展示了采用PCIe NVMe接口的3.5寸機械硬盤。希捷還推出了熱輔助磁記錄（HAMR）技術，這是提升硬盤容量的又一重要突破。HAMR技術能夠在不增加物理碟片數(shù)量的情況下，提高數(shù)據存儲密度，不僅降低了材料成本，也減少了振動與能耗。在希捷獨創(chuàng)的HAMR技術中，數(shù)據必須以磁位的形式存儲，而且位密度比傳統(tǒng)PMR（垂直磁記錄）硬盤更高。

2、西部數(shù)據（Western Digital）：西部數(shù)據公司創(chuàng)立于1970年，總部位于美國加州。2011年，西數(shù)以43億美元收購日立環(huán)球存儲技術公司(HGST)。為了滿足市場需求，西數(shù)在2008年推出了一款名為“My Passport”的疊瓦式移動硬盤。這款硬盤采用了獨特的層疊式設計，使得硬盤外殼更加緊湊輕便。同時，疊瓦式的設計也使得硬盤盤片可以緊密地堆疊在一起，從而大大提高了硬盤的抗震性能，并更好地分散熱量，保證了其在長時間高負荷使用時的穩(wěn)定性。自2008年推出首款疊瓦盤后，西數(shù)又相繼推出了“Apollo”、“Elements SE”、“My Passport Studio”等系列產品，都采用了疊瓦盤的設計。2013年，西數(shù)公司旗下HGST（原日立）率先推出充氦技術。HGST的這項新技術要點并不在于改變硬盤的機械結構，而是將內部填充的普通空氣換成了氦氣，從而大大縮短了碟片之間的距離，使彼此靠得更近。當時3.5寸硬盤最多只能放進五張碟片，充氦之后能夠增加到八張。單碟容量達到1.75TB，那么整塊硬盤的容量就可達到14TB。

3、東芝（Toshiba）：東芝公司1875年創(chuàng)立于日本，是日本大型半導體制造商和全球領先的綜合機電制造商。東芝是全球第一家將HDD安裝在汽車內部來儲存數(shù)位內容龐大商機的硬碟制造商，并在1997年推出全球第一款車用級硬碟產品。2000年，東芝成為第一家將1.8寸硬碟成功推出上市的公司。此硬碟專為蘋果公司的Ipod而設計，東芝的產品品質和技術獲得了蘋果的高度認可。2004年，東芝率先宣布并推出采用PMR垂直磁記錄技術的硬碟產品。FC-MAMR（微波輔助磁記錄）是東芝在硬盤存儲技術方面的又一重大創(chuàng)新。這一技術通過微波輔助來降低磁介質的寫入難度，從而進一步提高存儲密度和容量。東芝在2021年推出的18TB硬盤就采用了這一技術。過去一年間，西部數(shù)據、希捷、東芝相繼發(fā)布了28TB容量的SMR疊瓦式硬盤，都面向數(shù)據中心。最近，西數(shù)又把SMR疊瓦盤做到了創(chuàng)紀錄的30TB、32TB。

?03、機械硬盤的未來在哪里？

固態(tài)硬盤（SSD）以其高速讀寫性能，成為了許多人心目中的存儲新寵。然而，機械硬盤（HDD），這一看似“古老”的存儲技術，卻并未如許多人預料的那樣迅速退場。在主流市場上，低于4TB的機械硬盤確實已經逐漸被固態(tài)硬盤所替代。這一區(qū)間，在過去曾是購買人數(shù)最多的區(qū)間，因此機械硬盤的銷售成績受到影響在所難免。

然而，在4TB以上的大容量硬盤市場上，機械硬盤卻展現(xiàn)出了不可替代的優(yōu)勢。一方面，4TB以上的固態(tài)硬盤價格昂貴，讓許多用戶望而卻步；另一方面，對于需要大容量存儲的用戶來說，固態(tài)硬盤在容量和價格上都難以與機械硬盤相媲美。正是在這樣的背景下，機械硬盤廠商們并沒有放棄努力。他們不斷推陳出新，致力于提升硬盤的容量和性能。這也讓機械硬盤在特定領域續(xù)寫著屬于自己的傳奇篇章。

人工智能（AI）：隨著生成式AI的快速崛起，大容量存儲的角色變得愈發(fā)關鍵。在AI應用中，大量歷史數(shù)據和模型參數(shù)需要長期保存以備后用。這些數(shù)據通常訪問頻率較低，但對存儲容量要求較高。機械硬盤憑借其高容量、低成本的優(yōu)勢，成為冷數(shù)據存儲的理想選擇。例如，在模型訓練過程中，產生的checkpoint數(shù)據在幾個月后可能不再頻繁訪問，這時可以將其存入機械硬盤中，以降低存儲成本。AI提高了算力要求，導致GPU和內存價格不斷上漲，間接推高了固態(tài)硬盤的價格。相比之下，機械硬盤的價格相對穩(wěn)定，且每TB的價格在未來一兩年內有望比SSD更具性價比，使得其整體TCO(總擁有成本)更具競爭力。

安防：對于安防行業(yè)而言，固態(tài)硬盤與機械硬盤的市場格局，呈現(xiàn)出一種相反的局面。這是由于成本角度的考量，對于存儲方案的制定，業(yè)內的考量標準是針對每GB的應用成本做計算，而在安防行業(yè)海量的數(shù)據下，固態(tài)硬盤的存儲體量就略微顯得有些“不夠看”。同時，安防監(jiān)控系統(tǒng)通常需要24小時不間斷運行，這就要求存儲設備具有長時間工作的穩(wěn)定性和可靠性。機械硬盤在這方面表現(xiàn)出色，能夠長時間穩(wěn)定運行，確保監(jiān)控數(shù)據的連續(xù)性和完整性。

冷存儲：SSD不通電情況下無法實現(xiàn)長時間存儲，可能數(shù)據丟失。機械硬盤則在冷存儲方面的應用具有顯著優(yōu)勢，能夠滿足長期保存數(shù)據、降低存儲成本、提高數(shù)據安全性和可靠性的需求。

家庭存儲：當前越來越多的家庭正在采用NAS系統(tǒng)搭建家庭存儲系統(tǒng)。而NAS系統(tǒng)通常用于存儲大量的數(shù)據，如家庭照片、視頻、音樂、文檔等。機械硬盤以其大容量特性，能夠滿足NAS系統(tǒng)對存儲空間的需求。隨著技術的不斷發(fā)展，市場上已有容量達到數(shù)十TB的機械硬盤，這為NAS系統(tǒng)提供了充足的存儲空間。隨著智能電視和高清播放設備的普及，家庭觀看高清影片的需求不斷增加。機械硬盤可以存儲大量的高清影片，方便家庭成員隨時觀看。家庭中的照片是珍貴的回憶，需要妥善保存。機械硬盤提供了足夠的存儲空間，可以將家庭照片進行備份，防止數(shù)據丟失。對于喜歡音樂的家庭來說，機械硬盤可以存儲大量的音樂文件，構建一個家庭音樂庫，方便家庭成員隨時欣賞。潛在的需求使得最近小米也盯上了NAS市場，而早前華為就已經發(fā)布了家庭存儲NAS產品。

NAS儼然成為了智能家居布局生態(tài)鏈的重要一環(huán)。而家庭存儲目前普遍采用機械硬盤作為存儲媒介。與移動硬盤、網盤相比，NAS會受限于帶寬和網速，雖擁有媲美網盤的便攜性，但一來部署成本太高，二來通常僅限于家庭或公司內部人員傳輸數(shù)據，局限性較高。

市場調研機構QYR在報告中指出，2023年全球家用NAS設備規(guī)模為24.4億元，未來預計將保持41.99%的年復合增長率，2030年市場規(guī)模達到289.3億元。市場規(guī)模小往往意味著競爭烈度低、發(fā)展前景大、頭部化程度不高，更適合新品牌入場。市場的潛力，或許才是小米決定進軍NAS行業(yè)的核心因素。憑借手機廠商在消費領域的產品號召力，有望擴大家用NAS市場規(guī)模，特別是小米在打造爆款產品方面具有豐富的經驗。進一步也將激活機械硬盤的市場需求。