固態硬盤容量那點事

咱們今天就以一款比較少見的新型SATA 固態硬盤——4TB的三星870 EVO（圖1）和同品牌、同時期的M.2固態硬盤三星980 PRO為例，來了解一下這個問題的答案吧。作為SATA 接口的固態硬盤，三星870 EVO的可用空間比M.2固態硬盤大得多，從外觀上看，大家應該就覺得它能到4TB也不奇怪，多塞點顆粒進去就好了唄。可實際呢？

打開外殼后會發現它并沒有采用“擠滿”整個空間的PCB，PCB板上也沒有“擠滿”閃存芯片（圖2，圖3）。控制芯片、緩存芯片加4顆閃存芯片，其實連小巧的M.2固態硬盤980 PRO也完全可以裝得下（雙面）（圖4）。為什么它不充分利用空間，用更多的顆粒來換取更大容量呢？

首先是成本問題，現在的芯片生產工藝可以把存儲硅片一層層地堆疊起來，也就是很多廠商宣稱的所謂“xx層”閃存芯片，目前已經發展到了100多層堆疊（圖5）。多層堆疊當然對芯片的設計、生產提出了更高要求，不過在技術發展下，芯片堆疊生產的成本越來越低，相對于使用更多結構簡單的小容量芯片，它可以節約顆粒封裝等芯片生產成本、P C B面積等固態硬盤生產成本。所以目前在同樣容量下，基于多層堆疊芯片的固態硬盤已經比使用更多的小容量閃存芯片總成本更低，廠商當然更歡迎。

其次是主控芯片的限制，要靠增加閃存芯片數量湊出幾TB、甚至十幾TB的固態硬盤其實并不難，比如商用大容量PCIe固態硬盤就是如此（圖6）。但這不僅需要足夠的空間，對主控芯片的能力要求也更高，因為目前的閃存顆粒內部已經是類似RAID的多通道架構，更多的閃存芯片通道數量也會倍增，要想控制這么多數據流，主控芯片的能力需要成倍提升，成本、功耗、發熱量都太高了，可以看出商用大容量固態硬盤的主控芯片非常大，也必須使用散熱片。

而且百TB級別的商用固態硬盤使用和消費級固態硬盤完全不同的接口，PCIe ×8/×16插槽足夠的外部帶寬讓主控芯片付出的代價完全值得。可消費級硬盤的最高外部帶寬僅有PCIe ×4的水平，適合塞進更多顆粒的SATA型固態硬盤帶寬更低，而大量的閃存芯片并行存取時速度是非常高的，這時候主控芯片的主要任務成了“降速”（圖7），根本是吃力不討好，廠商當然也不會這樣設計了。

從這些情況看，在目前的技術水平下，其實SATA固態硬盤的容量不會有明顯優勢。而隨著技術的進步，緊湊的M.2固態硬盤成本還更低一些。所以目前高速PCIe3.0（3000MB/s及更高）M.2固態硬盤已經與同容量的SATA固態硬盤持平，中速PCIe3.0（2000MB/s～3000MB/s）M.2固態硬盤則成了很多品牌容量價格比最高的產品（圖8）。

總體來說，在消費級領域，近期固態硬盤的發展只會是容量速度的同步提升，這也是近期主流消費級固態硬盤的容量穩定在了4TB，僅有極少量8TB型號的原因。更大容量的固態硬盤可能得等待未來的NVMe 2.0解決問題，從目前的信息看，它應該會提供類似SATA的連線接口，而速度比目前的NVMe M.2接口更高，這樣尺寸類似目前SATA固態硬盤的產品可以容納更多的顆粒，高速接口也更適合更多的顆粒、數據并行傳輸。