得益于固态存储的性能优势，SSD（固态硬盘）应用十分广泛。除了生活中常见的笔记本电脑外，SSD还应用于车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。

目前，消费级SSD常见容量包括256GB、512GB、1TB、2TB、4TB这几种，企业级SSD容量则更大一些，可达16TB、32TB、64TB、甚至128TB。

这并不是SSD容量的“天花板”，未来存储厂商还将让SSD容量突破300TB，甚至达到1024TB。

一
SSD狂飙：未来十年单颗容量可达1PB

近日，三星电子对外表示，预计在未来十年单颗SSD的容量可达1PB（1024TB）。

△Source：三星半导体

资料显示，三星于2016年推出16TB的SSD，2017年推出32TB的SSD，2019年年末开发出64TB SSD，2021年开发出基于QLC的128TB原型SSD。

与上述容量相比，1PB SSD容量巨大，如何实现？三星介绍，物理缩放技术、逻辑缩放技术和封装技术的日益成熟，加速推动3D NAND的发展，三星通过上述三项技术不断追求探索高容量SSD。

△Source：三星半导体

其中，物理缩放技术包括三种技术，分别为横向/垂直收缩（一种减少每个存储单元大小的方法）、垂直堆叠技术（一种添加更多WL堆栈的方法，从而增加内存单元的数量）、电池在外围技术（一种减少硅面积的方法，把外围电路放在存储单元下面），用于提高性能和降低成本，以响应应用程序和系统处理需求的变化。

逻辑缩放技术，例如QLC技术——涉及到寻找在单个单元中存储更多比特的方法，以便SSD可以保存更多的数据，同时保持轻便和紧凑。QLC技术可以使每个设备每个单元存储4位，相比TLC存储密度提高33%。

封装技术是开发高容量产品的关键，三星已经有能力批量生产32Die堆叠封装（32 die-stack packaging）。

无独有偶，另一家存储相关厂商Pure Storage也在积极探索更高容量SSD。今年3月初，该公司表示，到2025-2026年，公司将推出300TB NVMe SSD。他们计划使用定制的SSD主控搭配3D NAND闪存，用于FlashArray系统，并在定制的FlashBlade操作系统上运行。

二
迈向PB级容量，PLC与千层NAND Flash大有可为？

随着数据中心等新型技术与应用不断发展，海量存储需求下，大容量SSD成为发展大势。业界预测，本世纪30年代时，PLC闪存与千层堆叠可能会成为PB级SSD的主流之选，闪存颗粒与堆叠技术重要性将进一步凸显。

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闪存颗粒

SSD由主控芯片、闪存颗粒与缓存颗粒组成，闪存颗粒在SSD中负责存储数据，占据了SSD 70%-80%的成本，并对SSD性能有决定性影响。可以说，要实现SSD更强的性能、更大的容量，闪存颗粒是关键。

当前SSD闪存颗粒主要是NAND Flash，根据电子单元密度的差异，NAND Flash可分为SLC、MLC、TLC、QLC、PLC，这五种闪存颗粒每单元可存储的信息是层层递进的，以主流TLC为例，其又可被称作三层式存储，成本低，质量、读写速度以及寿命可以满足普通消费者需求，因而被广泛应用于SSD市场。

TLC之后是QLC——四层式存储，具有存储密度大、成本低的优势，三星128TB原型SSD就是基于QLC打造。

相比TLC，PLC在相同的空间内带动SSD容量的进一步扩大。去年8月，Solidigm展示了全球首款正在研发的PLC SSD，其表示，在相同的空间内，使用PLC SSD存储数据量可增加25%，可以用来解决固态存储未来的成本、空间和能耗等问题。该款SSD将首先用于数据中心产品，具体发布和上市时间待定。

SLC、MLC、TLC、QLC、PLC，NAND Flash容量逐步提升，因此，部分业界人士看好PLC在PB级SSD中的应用。不过，从SLC到PLC，容量虽然提升，但性能、可靠性、寿命并未随之优化，PLC SSD的商用落地，仍需要解决上述问题。

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闪存堆叠

闪存堆叠技术对SSD容量同样也至关重要，3D NAND Flash的出现，比以往的2D NAND Flash提供了更大存储空间，满足了业界日益增长的存储需求，因而成为主流。

目前3D NAND Flash已经突破200层，大厂方面，三星第8代V-NAND层数达到了236层，采用TLC闪存；美光232层NAND Flash已经量产出货；铠侠和西部数据近期宣布，推出218层3D NAND闪存。

此外，SK海力士238层NAND Flash计划于今年上半年量产，该公司采用的是4D架构方式。

未来存储厂商将持续发力更高层数NAND Flash，美光232层之后，计划推出2YY、3XX与4XX等更高层数产品；铠侠与西数两家公司2032年之前还将陆续推出200层以上、300层以上、400层以上与500层以上闪存技术；SK海力士在近期的ISSCC会议上，展示了300层堆叠第八代3D NAND Flash存储器原型，计划两年内上市；三星则计划在2030年前实现1000层NAND Flash，此举也将助力三星之后推出1PB SSD。

美光闪存技术路线（Source：美光）

西数、铠侠闪存技术路线（Source：西数）

3D NAND Flash层数堆叠前景美好，但与PLC一样，层数不断提高的过程中，也面临不少挑战。比如时间成本，随着层数的增加，生产时间成本随之上升；再比如良率问题，层数的增加，对良率也会形成严峻的挑战。

结 语

尽管当前PLC与3D NAND Flash层数堆叠演进遇到了一定阻碍，但随着业内对存储需求不断攀升，大厂持续发力闪存创新技术，SSD容量将持续提高，并随着时间积累，不断朝PB级SSD的时代迈进。

封面图片来源：拍信网