固态硬盘容量那点事

咱们今天就以一款比较少见的新型SATA 固态硬盘——4TB的三星870 EVO（图1）和同品牌、同时期的M.2固态硬盘三星980 PRO为例，来了解一下这个问题的答案吧。作为SATA 接口的固态硬盘，三星870 EVO的可用空间比M.2固态硬盘大得多，从外观上看，大家应该就觉得它能到4TB也不奇怪，多塞点颗粒进去就好了呗。可实际呢？

打开外壳后会发现它并没有采用“挤满”整个空间的PCB，PCB板上也没有“挤满”闪存芯片（图2，图3）。控制芯片、缓存芯片加4颗闪存芯片，其实连小巧的M.2固态硬盘980 PRO也完全可以装得下（双面）（图4）。为什么它不充分利用空间，用更多的颗粒来换取更大容量呢？

首先是成本问题，现在的芯片生产工艺可以把存储硅片一层层地堆叠起来，也就是很多厂商宣称的所谓“xx层”闪存芯片，目前已经发展到了100多层堆叠（图5）。多层堆叠当然对芯片的设计、生产提出了更高要求，不过在技术发展下，芯片堆叠生产的成本越来越低，相对于使用更多结构简单的小容量芯片，它可以节约颗粒封装等芯片生产成本、P C B面积等固态硬盘生产成本。所以目前在同样容量下，基于多层堆叠芯片的固态硬盘已经比使用更多的小容量闪存芯片总成本更低，厂商当然更欢迎。

其次是主控芯片的限制，要靠增加闪存芯片数量凑出几TB、甚至十几TB的固态硬盘其实并不难，比如商用大容量PCIe固态硬盘就是如此（图6）。但这不仅需要足够的空间，對主控芯片的能力要求也更高，因为目前的闪存颗粒内部已经是类似RAID的多通道架构，更多的闪存芯片通道数量也会倍增，要想控制这么多数据流，主控芯片的能力需要成倍提升，成本、功耗、发热量都太高了，可以看出商用大容量固态硬盘的主控芯片非常大，也必须使用散热片。

而且百TB级别的商用固态硬盘使用和消费级固态硬盘完全不同的接口，PCIe ×8/×16插槽足够的外部带宽让主控芯片付出的代价完全值得。可消费级硬盘的最高外部带宽仅有PCIe ×4的水平，适合塞进更多颗粒的SATA型固态硬盘带宽更低，而大量的闪存芯片并行存取时速度是非常高的，这时候主控芯片的主要任务成了“降速”（图7），根本是吃力不讨好，厂商当然也不会这样设计了。

从这些情况看，在目前的技术水平下，其实SATA固态硬盘的容量不会有明显优势。而随着技术的进步，紧凑的M.2固态硬盘成本还更低一些。所以目前高速PCIe3.0（3000MB/s及更高）M.2固态硬盘已经与同容量的SATA固态硬盘持平，中速PCIe3.0（2000MB/s～3000MB/s）M.2固态硬盘则成了很多品牌容量价格比最高的产品（图8）。

总体来说，在消费级领域，近期固态硬盘的发展只会是容量速度的同步提升，这也是近期主流消费级固态硬盘的容量稳定在了4TB，仅有极少量8TB型号的原因。更大容量的固态硬盘可能得等待未来的NVMe 2.0解决问题，从目前的信息看，它应该会提供类似SATA的连线接口，而速度比目前的NVMe M.2接口更高，这样尺寸类似目前SATA固态硬盘的产品可以容纳更多的颗粒，高速接口也更适合更多的颗粒、数据并行传输。