閃存供過於求已經是既定的事實，過去兩三年存儲產業推動閃存製造工藝的 3D 化有成，使得產能大幅擴充，影響所及，閃存的報價也快速下殺，當然，對閃存生產業者而言，恐怕將迎來一場難以避免的血戰，但對於終端廠商而言，則是個利好消息。尤其是 SSD (固態硬盤) 業者，更可望趁這波閃存成本下滑，快速搶佔 PC 與消費類市場主流存儲地位。

圖｜閃存報價近來因競爭激烈而崩跌，SSD 製造商漁翁得利。圖源：中國閃存市場

過去 HDD(機械式硬盤) 佔據主流存儲技術已經有數十年之久，因爲單位存儲成本相對較低，且性能也較同時期的存儲技術，比如說軟盤或光盤爲佳而廣受歡迎，而過去隨著網絡時代興起的各類型影片下載需求，也讓 HDD 的銷售不斷攀升，然而隨著 SSD(固態硬盤) 技術的進展，以及網絡串流的興起，其面臨的應用難題也越來越大。

首先，在傳輸速度以及隨機讀取能力方面進展有限，而因爲機械式 HDD 的先天物理特性限制，讀寫速度的改善難度非常高。

另外，雖然就傳統觀點而言，機械式 HDD 的存儲容量高，單位存儲成本也最低，這也是過去包含光學存儲或者是半導體存儲之所以難以挑戰其市場地位的主要原因。但是在半導體存儲，也就是固態 HDD 方面，由於製造工藝的改進，固態 HDD 的基本存儲單元，也就是 NAND 閃存，其每單位存儲容量的製造成本快速降低，使得每 GB 的存儲成本快速下滑，幾乎達到崩盤的程度，更讓傳統機械式 HDD 感受到壓力山大。

當然，像 Seagate 等傳統HDD 廠商，爲了避免被市場淘汰，也積極強化 HDD 本身的存儲容量與性能表現，Seagate 推出基於 HAMR 熱輔助磁記錄技術，WD 則計劃導入 MAMR 微波輔助磁記錄技術，要將單顆 HDD 的存儲容量往上提升數個量級，希望持續維持 HDD 每 GB 存儲成本的優勢。但大趨勢已成，未來 HDD 轉往企業應用發展已經是不得不走的方向。

HDD 雖仍可維持單位存儲成本優勢，但被消費性市場淘汰已經是時間問題

圖｜通過新世代磁存儲技術的發展，未來 HDD 與 SSD 的每單位容量存儲成本差距應該有機會維持在 10 倍的魔術數字。圖源：WD

在新技術的推動之下，HDD 在特定商業存儲應用上還是有相當大的發展空間，比如說服務器中的近線與線下存儲需求，而各類型監控行業所需要的視頻存儲需求，或者是電影工作者對視頻編輯後的存儲需求，都是以容量取勝的 HDD 佔優勢。

圖｜超薄筆記本電腦蔚爲潮流，此類產品中 HDD 基本上已經沒有生存空間。圖源：HP

然而在消費類市場方面，由於過去最主流的 HDD 存儲應用，也就是網絡視頻的下載存儲已經不流行，視頻串流服務取而代之，消費者在本地端存儲視頻的需求也大爲減少，另一方面，像筆記本電腦越來越輕薄，傳統 HDD 基本上已經沒有辦法進入這種輕薄化的電腦機構內部。

另一方面，對消費者而言，電腦的操作反應取決於存儲系統的選擇，SSD 因其持續與隨機傳輸性能的巨大優勢，在系統反應能力上要遠優於 HDD，且未來隨著總線帶寬的增加，SSD 的傳輸性能還可能不斷往上延伸，但 HDD 因爲先天機械結構的特性，基本上與高速存儲無緣，對消費者而言，系統反應速度也將是影響其選擇存儲媒體的關鍵，而用過 SSD 的消費者，基本上都不大可能回頭去忍受 HDD 的龜速。

最後，閃存市場已經走入供過於求，SSD 容量的飆漲與價格的崩跌已經是正在發生的現況，雖然在企業市場 SSD 的容量還是偏小，除了線上以外還無法拓展到近線與線下存儲，但在不需要海量存儲的消費市場，也將對 HDD 的生存空間也將進一步排擠，未來 HDD 恐怕會消失在消費市場。

3D 製造工藝推動閃存成本崩跌，加速 SSD 普及化

目前 SSD 所使用的閃存幾乎都已經走向 3D 工藝，誠然，3D 工藝相較起傳統平面工藝在製造成本方面其實要昂貴許多，且其良品率也要比一般 2D 工藝要差，然而 3D 工藝有個好處，那就是其可容許多層疊加的方式可以在同樣的芯片佈局上大幅增加容量。

目前存儲相關的半導體零件，不論是閃存，或者是運存，其計價方式基本都是以容量單位爲計價方式，換言之，如果在同樣的工藝基礎下達到更高的單位容量，那麼就能創造更高的獲利。

而 3D 工藝每疊加一層，同樣面積的容量就能增加一倍，以主流的 64 層來看，同樣的芯片面積就能達到原本 2D 工藝的 64 倍存儲容量，如果不用 3D 工藝，而是使用傳統 2D 工藝，並通過工藝微縮的方式來增加單位面積容量，要達到 64 倍，恐怕就必須要使用 1nm 以下的工藝，基本上不大可能在可見的未來用合理的成本達到。

傳統的 2D 工藝是由光刻主導的工藝，20nm以下的節點通常需要多個多重曝光和顯影步驟，當然，隨著光刻設備的進步，單次顯影，甚至節點微縮也逐漸成爲可能，換言之，從一個節點移動到下一個節點的推動力主要來自於光刻工具的改進。當升級光刻工具時，通常可以用當前的工具以舊換新獲得改進後的工具，從而降低轉換成本。

但這種 2D 工藝的改良其實耗費成本極高，且不同世代的光刻技術在製造效率上也有所不同，要從 2D 工藝的進步來取得單位存儲成本的改善雖有可能，但 2D 工藝的進展逐漸牛步化，10nm 以下的工藝發展需要的資金成本與技術積累已經不是一般半導體芯片製造商可以負擔得起，就以臺積電爲例，其爲 7nm 工藝發展所投入的資本就將近上百億美元，5nm 甚至將投資超過 250 億美元，雖然針對 DRAM/NAND 的工藝與邏輯芯片使用的工藝不大一樣，技術要求稍低，但仍是可觀的付出，且未來技術的革新與投入的成本只會因爲半導體物理特性的限制而更慢更昂貴。

另一方面，2D 工藝的微細化其實對閃存的可靠性也會有負面影響，由於閃存的晶格結構必須要有足夠的厚度來維持電氣特性，如果太薄，可讀寫的過程中這些結構可能會被電子打穿，導致數據的永久性損失，這也是所謂的磨耗。

既然 2D 走不通，那麼就只好轉向3D 堆疊，而這也已經是目前 SSD 或者是各類存儲卡所使用閃存的共通製造技術。

圖｜以 16nm 平面 128GB 容量 TCL 與 32 層 3D 工藝製造的 384GB 容量 TLC 的成本結構比較，雖然每片晶圓貴了將近 2 倍，但每 GB 成本僅約一半。圖源：Objective Analysis

上圖顯示在 32 層的 3D 工藝之下，約較傳統 2D 平面工藝成本增加約 2 倍，而在64 層的情況之下，根據美光所做的計算，同樣晶圓的成本約增加 5 倍，而這也是加計良率之後的試算結果，而在良率改善之後，單片晶圓可用的切割率也會增加，每單位容量成本還會進一步下降。

另外，3D 堆疊通常使用較落後的工藝，比如說 32nm 或 28nm 工藝，一來成本較低，二來閃存的晶格可以維持在較合理的厚度，對提升閃存的使用壽命有著顯而易見的好處。

若以正常可用良率計算，32 層開始的閃存成本將逐漸與平面工藝的閃存拉開差距，而隨着層數的增加，成本差距也會越來越大。當然，32 層以後的良率其實非常難以提升，當初三星等閃存廠商在 64 層工藝上爲了提升良率，花了將近兩年的時間，由於良率低，爲了滿足客戶的訂單需求，就必須通過大量生產來彌補良率的不足，造成硅晶圓的不正常消耗（閃存使用的硅晶圓佔所有芯片製造應用的將近 4 成），這也是導致硅晶圓自 2016 下半年開始缺貨漲價的主要原因之一。

從 2017 下半年開始，各主要閃存大廠在 64 層工藝上基本上已經達到非常高的良率，2018 年也都朝向 96 層甚至 128 層發展。

因爲製造工藝與良率的改善，閃存成本在 2018 下半年已經有了明顯的下滑趨勢，甚至主要閃存製造商，包含三星、LG、Hynix 等，在庫存滿倉的情況之下，也醞釀要控制擴產的速度，然而 3D 工藝多層化的趨勢不變，即便設備的擴增速度減緩，但單位存儲容量的增長是停止不了的，也因此，未來數年價格下殺的趨勢恐怕已經是扭轉不了的趨勢，不過這是產存產業的常態，業界也都習以爲常了。

圖｜不同工藝的成本差距，32 層的每GB 成本比平面工藝低了 30%，而 64 層又比 32 層再降低 30%。圖源：美光

圖｜隨著 3D 閃存堆疊的層數增加，每單位存儲成本與平面工藝的差距還會持續下降，未來閃存可能就不會再使用 2D 工藝。圖源：美光

由於 3D 工藝的快速成熟，閃存成本崩盤式下跌，基於閃存的 SSD 容量在不斷攀高的同時價格也屢創新低，雖然和 HDD 平均容量仍有一段距離，但是在一般消費類大容量數據存儲需求有限的狀況下，性價比逐漸追趕上 HDD。而 SSD 天生的高速表現，能爲消費者極大程度改善使用體驗。

而我們從主要幾大 HDD 供應商的財報中也可以看出，HDD 在消費市場的銷售也不斷下滑，多數銷售都轉往企業或雲端客戶。反而針對消費市場的 SSD銷售不斷增加。

圖｜每單位存儲成本與性能對比趨勢變化，也可看出 SSD 在性能居絕對優勢，而成本亦不斷逼近 HDD，加速了整個取代的過程。圖源：WD Blog

HDD 廠商的抵抗，主推大容量技術並以企業應用優先

目前市場中的兩家主力 HDD 供應商，也就是 Seagate 和 WD，在市場上仍舊擁抱著 HDD 技術，並期待能通過技術變革來維持其應用壽命。不過 Seagate 和 WD 在產品結構上還是有相當大的不同，目前 Seagate 有將近 9 成營收都還是來自於 HDD，反觀WD，HDD 僅佔不到一半的營收比重，二者未來都把 SSD 當作重要的戰略發展目標，但 Seagate 的閃存需倚賴外部供應，而 WD 已經大規模量產 64 層 3D 閃存，96 層產品也已經箭在弦上。

而就 HDD 未來的市場目標，也幾乎都轉向企業應用爲主，消費市場爲輔，容量也就成爲最大的武器。

而 Seagate 與 WD 針對未來 HDD 市場所推出新技術分別如下：

Seagate：

Heat-AssistedMagnetic Recording (HAMR)—熱輔助磁記錄：

圖｜Seagate 的 HAMR 技術，未來容量擴展空間極大，但成本較高。圖源：Seagate

一般 HDD 由於是採用磁力原理來紀錄數據，但隨着磁密度的增加便會使得數據穩定的難度愈來愈高，也因此讓目前的 HDD 磁密度規格成長愈趨緩慢。爲了讓磁密度增加的同時也能夠保持數據的穩定性，Seagate在多年前就已經提出 HAMR（Heat-AssistedMagnetic Recording）熱輔助磁記錄，它利用激光精確地聚焦數據將被寫入的區域，加熱介質，避免磁介質出現超順磁效應 (Superparamagnetism)。而磁碟在被激光加熱到居禮點 (Curiepoint) 後，磁片失去了磁性和超順磁效應，在數據寫入後，碟片會迅速冷卻，寫入的數據也會穩定下來。通過這樣的精確加熱，HAMR 可以顯著提升硬碟的寫入密度。

理論上採用這種技術所能達到的極限存儲密度可達 10TB/平方英寸。而就 Seagate 官方說法，基於 HAMR 技術的 HDD 容量規格很有機會在 2019 年達到 70TB 以上。

然而 HAMR 原理說起來容易，但實現起來就沒這麼簡單，HAMR 需要全新的存儲介質、重新設計的激光讀寫磁頭、特殊的 NFT 近場光學傳感器以及其他大量的新型態的元件，因此技術推出這麼多年，還沒辦法達到商業量產。不過 Seagate 似乎已經在技術上獲得突破，近期已經宣佈首款 HAMR 技術 HDD 可望在年底或明年初推出。

WD：Microwave-AssistedMagneticRecording (MAMR)—微波輔助磁紀錄：

圖｜WD 的 MAMR 技術好處是關鍵零件少，製造成本較低，但容量較小。圖源：WD

日立存儲的科學家發明出另一種輔助磁記錄技術，也就是微波輔助磁紀錄，從另一個技術角度來提高寫入密度。後來 WD 在 2012 年收購了日立存儲，也順理成章的接收了此一技術。

微波輔助磁記錄就是利用微波場作用磁矩，以此提高磁矩的反轉速度並且同時降低反轉場，磁矩在磁場的作用下進動時，會出現一個共振頻率，微波輔助磁記錄技術就是恰到好處地利用這個共振頻率，在磁矩反轉進動的過程中施加輔助微波磁場，促進磁矩快速反轉。其核心部件就是自旋磁矩振盪器 (Spin Torque Oscillator)，透過它可以產生合適的微波。而採用MAMR 技術後，碟盤理論密度最高可以做到 4TB/平方英寸。

由於 MAMR 關鍵部件只有自旋磁矩振盪器，複雜程度以及生產成本都遠低於熱輔助磁記錄技術，不過其容量擴增能力就略遜於 Seagate 的 HAMR 技術。WD同樣計劃在 2019 年推出基於 MAMR 技術的 HDD，而最大容量可望突破 40TB。

新技術可望爲 HDD 續命，但將轉向企業市場

雖然 HDD 每單位存儲成本在新技術導入後仍有機會維持相對低檔優勢，但存儲容量其實有其邊際效益，大過一定程度後其實對消費者而言已經不再有吸引力，反而這時存儲的傳輸性能會成爲關鍵，而 HDD 在這方面的技術差距和 SSD 恐怕只會越差越大。

不過 HDD 也不是一無是處，未來大容量 HDD 在服務器中就可扮演近線與線下存儲的角色，由於這類應用不需要太快的速度，因此可望取代傳統磁帶機的功能，爲業者帶來更好更可靠的數據備援能力。