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HDD的誕生 上世紀(jì)50年代初，IBM公司制造出使用穿孔卡的計(jì)算機(jī)。在隨后出現(xiàn)的磁帶存儲(chǔ)器的威脅下，IBM公司進(jìn)行了一系列的研發(fā)，最終開(kāi)發(fā)出內(nèi)含50片24英寸磁盤(pán)、容量達(dá)5MB的IBM 350 Disk Storage Unit，這是全球第一臺(tái)硬盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)，是今天的HDD的始祖。 此后，IBM相繼發(fā)布了多項(xiàng)用于提高HDD存儲(chǔ)密度的新技術(shù)，動(dòng)壓式浮動(dòng)磁頭、磁道伺服、CSS(contact start stop，接觸啟停)等方式都成為了后來(lái)HDD的基本技術(shù)。基于這些技術(shù)，l981年IBM推出容量超過(guò)1GB大關(guān)的3380，其面記錄密度達(dá)到當(dāng)時(shí)其它產(chǎn)品的6000倍。 低成本與高密度 70年代末問(wèn)世的PC對(duì)存儲(chǔ)器的小型化及低成本化提出了與以往截然不同的要求，揭開(kāi)了新時(shí)代的大幕。1980年，希捷公司推出全球第一臺(tái)5.25英寸的 HDD——ST-506，與當(dāng)時(shí)14英寸的主流產(chǎn)品相比，其尺寸縮小了一半以上，而5MB的容量與當(dāng)時(shí)的最大容量相當(dāng)。除尺寸縮小外，這款產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)得到大大簡(jiǎn)化，價(jià)格也有所下降。 低成本的小型HDD市場(chǎng)隨著PC的普及而獲得爆發(fā)性增長(zhǎng)，出現(xiàn)了以希捷公司為首的一批新興企業(yè)，而以通用大型機(jī)產(chǎn)品為中心的IBM明顯落后，其它一些專(zhuān)注于高密度技術(shù)開(kāi)發(fā)的企業(yè)也被市場(chǎng)甩在了后面。 時(shí)間跨入90年代，筆記本電腦登場(chǎng)。對(duì)于外形尺寸較小的筆記本電腦來(lái)說(shuō)，5.25英寸和3.5英寸的HDD顯得過(guò)大，因此對(duì)高密度且更小尺寸的HDD的需求增加。這為大容量的2.5英寸HDD創(chuàng)造了機(jī)遇，而對(duì)價(jià)格的要求則有所松動(dòng)。IBM咸魚(yú)翻身，采用MR(磁阻)頭成功開(kāi)發(fā)出面記錄密度高達(dá) 1Gb/in2的技術(shù)，比當(dāng)時(shí)其它產(chǎn)品的面記錄密度高出15倍~30倍。IBM憑借應(yīng)用該技術(shù)的2.5英寸HDD重新奪得了市場(chǎng)份額，并堅(jiān)定地沿著高密度化的道路前進(jìn)。1994年，IBM根據(jù)GMR(巨磁阻)效應(yīng)開(kāi)發(fā)出靈敏度更高的磁頭，使得HDD的面記錄密度達(dá)到了10Gb/in2。 小型化HDD遭遇打擊 從5.25英寸縮小到2.5英寸后，HDD仍然繼續(xù)朝著小型化的方向發(fā)展。l991年，美國(guó)Intgra1 Peripherals公司推出1.8英寸產(chǎn)品；1992年，惠普公司推出1.3英寸產(chǎn)品；l999年，IBM又推出l英寸的HDD產(chǎn)品 MicroDrive。各公司希望能不斷開(kāi)發(fā)出HDD新的應(yīng)用市場(chǎng)，尤其寄望于比筆記本電腦更小、可隨身攜帶的超小型PC。但是，盡管多次挑戰(zhàn)，但都未能打開(kāi)市場(chǎng)。 令人意外的是，便攜式數(shù)字消費(fèi)電子設(shè)備對(duì)HDD伸出了援助之手。蘋(píng)果公司于2001年推出的iPod中采用了5GB的1.8英寸HDD，2004年又上市了內(nèi)置1英寸HDD的產(chǎn)品。隨著iPod的日益流行，1.8英寸和1英寸HDD的出貨量也不斷增長(zhǎng)。但是，2005年蘋(píng)果公司推出的iPod nano產(chǎn)品采用4GB的NAND閃存取代了1英寸的HDD，失去大筆客戶的1英寸HDD遭受毀滅性的打擊。 數(shù)字消費(fèi)設(shè)備培育的NAND閃存 NAND閃存與1.8英寸HDD一樣問(wèn)世于20世紀(jì)90年代初，應(yīng)用目標(biāo)也瞄準(zhǔn)超小型PC，結(jié)果同樣陷于哭笑不得的態(tài)勢(shì)。直到1995年數(shù)碼相機(jī)異軍突起，在像素競(jìng)爭(zhēng)中點(diǎn)燃了低價(jià)格、大容量存儲(chǔ)卡的需求之火，NAND閃存的高密度化由此獲得順利發(fā)展。在價(jià)格逐步降低的同時(shí)，應(yīng)用也擴(kuò)大到了USB存儲(chǔ)器、手機(jī)和音樂(lè)播放器等新市場(chǎng)。 現(xiàn)在，NAND閃存的價(jià)格已經(jīng)可以滿足PC的容量需求。當(dāng)初所期望的超小型PC產(chǎn)品都開(kāi)始采用16GB的NAND閃存或基于NAND閃存的SSD(固態(tài)硬盤(pán))。以蘋(píng)果iPhone為首的智能電話和上網(wǎng)本等都配置了NAND閃存，有些筆記本電腦甚至也開(kāi)始采用SSD。 共存與互補(bǔ) 那么，這兩種存儲(chǔ)器會(huì)統(tǒng)一么？目前來(lái)看答案是否定的，NAND閃存和HDD之間沒(méi)有替代關(guān)系，而是共存互補(bǔ)的關(guān)系。智能手機(jī)和上網(wǎng)本都有高速發(fā)展的跡象，NAND閃存也就有可能獲得比現(xiàn)在更大得多的市場(chǎng)。但是，智能手機(jī)與上網(wǎng)本都需要比HDD價(jià)格更低的存儲(chǔ)器。不久的未來(lái)，NAND閃存存儲(chǔ)容量將可達(dá)到l00GB，價(jià)格或許也可與HDD相匹敵。目前16GB NAND閃存的大批量訂貨價(jià)格約為2美元/片，已在1美元/GB的水平之下。100GB的SSD也正在傳統(tǒng)筆記本電腦中逐漸得到應(yīng)用。 面向PC應(yīng)用的小型HDD如今已逼退了大型機(jī)中使用的大型HDD，那么，NAND閃存和HDD之間也會(huì)發(fā)生這樣的情況嗎？現(xiàn)在看來(lái)可能性很小，因?yàn)镹AND閃存的高密度化尚前途未卜(見(jiàn)圖1)。 
圖1 HDD和NAND閃存發(fā)展的障礙 在實(shí)現(xiàn)了新一代的30nm工藝與64Gb芯片的量產(chǎn)之后，NAND閃存的制造工藝微細(xì)化將日益困難，維持傳統(tǒng)的單元技術(shù)已不可能。為了提高密度，新產(chǎn)品需要引入4位/單元的多值技術(shù)和單元疊層技術(shù)等，而這些技術(shù)還沒(méi)有進(jìn)入實(shí)際的產(chǎn)品化階段。 對(duì)于HDD來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，上世紀(jì)70年代提出的垂直磁記錄方式已于2005年進(jìn)入實(shí)用化，利用該技術(shù)，HDD可望在2011~2012年達(dá)到1T/in2的面記錄密度。此后，便要寄希望于熱輔助磁記錄和晶格介質(zhì)(patterned mdia)等新技術(shù)。 換言之，HDD和NAND閃存在未來(lái)幾年內(nèi)都將面臨記錄密度發(fā)展停滯的問(wèn)題。按照當(dāng)前的狀況，2012年之前，NAND閃存和2.5英寸HDD的價(jià)格將差2倍，和3.5英寸HDD差5倍。未來(lái)技術(shù)發(fā)展難度加大，前途并不明朗，不能說(shuō)哪種技術(shù)一定會(huì)占據(jù)壓倒性優(yōu)勢(shì)。 在現(xiàn)有的價(jià)格差距下，包括筆記本電腦在內(nèi)的各種便攜設(shè)備全都采用NAND閃存并非不可能，而需要極大容量的服務(wù)器則不會(huì)配置價(jià)錢(qián)較高的閃存。NAND閃存容量小、速度快；HDD容量大、價(jià)格低，它們處于存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)中的不同層次(見(jiàn)圖2)。
圖2 存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu) 或許各種便攜設(shè)備會(huì)采用100GB的NAND閃存，而網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器則將配備數(shù)TB以上的HDD。 作者：Tech-On!網(wǎng)站副總編 今井拓司 來(lái)源:電子設(shè)計(jì)應(yīng)用2009年第11期 |
