2025年存储行业专题分析:AI驱动下的国产企业级SSD机遇
- 来源:国信证券
- 发布时间:2025/02/06
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存储行业专题分析:AI驱动下的国产企业级SSD机遇.pdf
存储行业专题分析:AI驱动下的国产企业级SSD机遇。AI应用兴起全球算力快速增长,数据存储加速升级。随着视频、图像数据越来越多保存下来并用于模型训练,华为预计到2030年,全球每新增1YB数据,用于模型训练的数据量有望增长1000倍至400EB,大模型训练,需要实时访问的热数据增加,传统的热、温、冷三层数据将变为热、温冷两层数据,数据比例有望从20%:30%:50%到30%:70%,冷数据的价值被激活。数据中心热数据占比提升,AI对存储性能、功耗及成本要求提升,数据中心存储介质从传统机械硬盘HDD(磁存储)向企业级固态硬盘SSD(半导体存储)过渡,以Solidigm产品方案为例,10PBAI数...
原厂重启减产策略,NAND价格有望逐步走出跌势
存储价格24年下半年进入承压阶段。2024年上半年存 储器市场合约价保持上涨,而到了下半年由于市场需求变 化,存储器合约价遇到下行压力,到了第四季度,DRAM出 现涨幅收敛,NAND Flash则持续下跌。 根据TrendForce数据,预计1Q25 DRAM合约价将下跌 0%-5%,其中一般型DRAM将下跌8%-13%。预计NAND Flash 合约价将下跌10%-15%:其中Wafer跌幅将收敛,企业级 SSD订单稳定,预计可缓冲合约价跌势;Client SSD及UFS 则因消费性终端产品需求疲软价格将持续下探。原厂重启减产策略以稳定价格。2024年四季度至今, NAND原厂纷纷采取减产措施以应对市场需求疲软和价格下 跌。三星电子宣布削减西安NAND闪存工厂产量,减产幅度 超过10%。SK海力士计划25年上半年削减10%的NAND产量, 美光亦计划减产10%。供应商减产背景下,25年下半年进 入传统旺季,随市场需求回暖NAND Flash合约价有望触底 企稳。
走向智能时代-冷数据价值被激活
AI应用兴起全球算力快速增长,数据存储加速升级。根据华为预测,到2030年,全球通用存力总量将达到37ZB,相比2020年增长10倍;AI相关存力总量占比63%,相比2020年增长500倍。随着视频、图像数据越来越多保存下来并用于模型训练,华为预计到2030年,全球每新增1YB数据,用于模型训练的数据量有望增长1000倍至400EB,其中需要存储的数据约50ZB,相应的大容量、高性价比、低能耗、高可靠和高扩展的存储介质需求将持续增加。
大模型训练,冷数据价值被激活。存 储数据按访问频率可分为热、温、冷三 类:例如在线业务、AIoT、自动驾驶等 需要实时访问的数据为热数据,高性能 数据分析等数据密集但需要数据分析的 业务,访问频率和实时性要求略低,历 史文献等需要长期储存且极少访问的数 据为冷数据。随着AI应用渗透,越来越 多数据被激活为温热数据,根据华为数 据,传统的热、温、冷三层数据将变为 热、温冷两层数据,数据比例有望从 20%:30%:50% 变为30%:70%,冷数据的价 值被激活。
数据中心存储介质从HDD向SSD发展
按照存储介质的不同,存储主要分为光学存储器、 磁性存储器和半导体存储器三类。光学存储器包括 CD、DVD 等,利用激光在记录介质(如有机染料、 相变材料)上写入和读出数据,通过改变介质物理或 化学性质形成标记,读取时依据反射光强度变化识别 信息。磁性存储器包含磁带、软盘、HDD 硬盘等,靠 磁性材料磁化方向存储数据,写入时磁头改变磁畴方 向,读取时检测磁场变化转换为电信号,进行信息存 储。半导体存储器是基于半导体器件电学特性进行信 息存储,如 DRAM 利用电容存储电荷,断电后信息 将无法保存,用于信息高频访问的区域;闪存NAND 通过浮栅晶体管改变阈值电压存储,断电后信息还可 保存,为数据储存的主要介质。根据应用场景的不同, NAND的存储产品形式包括嵌入式存储、卡盘类及固态 硬盘SSD;SSD根据应用场景不同分为消费级和企业级。
大模型推动热数据占比提升,企业级SSD加速 渗透。存储数据按访问频率可分为热、温、冷三 类。随着AI应用渗透,越来越多数据被激活为温 热数据,而由于数据访问频率、功耗及可靠性等 要求不同,对应存储介质的亦不同。对于远端低 频访问的冷数据,适合使用兼具低成本、高可靠 性、长寿命及存储环境要求低等特点的磁存储与 光盘;在需要快速响应的热数据部分,易失性存 储用于XPU的快速随机访问,需要存储的数据则由 NAND为介质的非易失性存储如固态硬盘SSD保存, SSD容量从 GB 到 TB 级别,响应时间快,相比传 统机械硬盘(HDD)读写速度更快,无机械部件, 抗震性好,为温热数据的存储介质选择之一。
算力提升对存储性能、功耗及成本要求,数据中心存储介质从传统机械硬盘HDD(磁存储)向企业级固态硬盘SSD(半导体存储)过渡。早期数据中心存储量大且较多数据为冷数据,因此能提供大容量且价格较低的机械硬盘为主要存储介质。随着大数据、AI算力带来的数据量增长,相比HDD,SSD的随机读写速度是HDD的数倍,显著减少系统启动和应用加载时间和功耗,一个装有19个2RU SSD机箱的40U机架可以取代装有32 TB磁盘驱动器的23个机架并提供54倍的读取带宽,还可节省大量的空间、冷却和电力成本。以Solidigm产品方案为例,10PBAI数据流方案的SSD与HDD相比,固态硬盘数减少5.2 倍,服务器总数减少9倍至15台;整体机架数从9 个降至1个,机架占地面积降低9倍;功率密度提高 2.7 倍;5年能耗支出减少4.4倍,TCO降低40%。
预计28年全闪存阵列(全SSD)有望占企业级存储系统超50%。AI数据中心、云计算等新兴技术领域的不断发展,在数据中心的应用中,闪存即SSD占比均呈稳步上升趋势,存储阵列类型包括全闪存阵列AFA,混合存储阵列HFA(SSD+HDD)以及全机械硬盘阵列HDD。根据IDC数据,存储介质维度:外部 OEM 市场闪存即SSD占比从2020年的22.6%升至2024年上半年的42.7%,内部OEM市场SSD占比从9.7%升至21.6%。按阵列类型看,外部OEM存储系统中AFA出货容量占比从2020年的16.0%增长到2024年上半年的34.1%,收入占比从40.1%增至48.6%。随着AI需求持续打开增量空间,SSD用量提升带来成本下降,根据IDC数据预计28年全球企业级存储系统中全闪存阵列占比有望超50%。
AI打开企业级SSD增量空间
存储对AI的重要性体现在成本、功耗和空间的优化上。数据集的增长速度呈现对数级态势,存力需求增加;AI服务器60-90%的物料成本用于各种计算资源(CPU、GPU、NPU等),但XPU需要高性能的存储来高效地提供数据,并在整个过程中保持高利用率,对于训练过程的顺利进行至关重要。如果存储性能不足,XPU可能会长时间处于空闲状态。在功耗方面,某些特定应用场景中存储消耗了整个服务器功耗的35%。如果能通过采用更高密度的存储和其他优化措施来降低这一比例,能够节省大量的电力和资金,企业级SSD是最优选择。
AI训练中数据沿数据提取、数据准备、模型开发、模型应用、模型归档流动,各部分对SSD的要求不同。数据摄取阶段涉及将大量原始数据引入存储系统,是AI数据处理的起始环节,需要高容量和顺序写入性能,以快速且高效地存储海量原始数据,对SSD的要求为最大化每瓦TB存储量,平衡存储容量与功耗;数据预处理阶段要求SSD流畅处理和操作数据;训练需频繁随机访问数据以更新模型参数,强调随机读取性能及最大化每瓦性能;检查点则是训练过程中定期保存模型状态,以便出现问题时恢复,要求能快速存储模型和性能优化,对访问速度要求则略低;推理部分要求快速处理输入数据并生成输出结果,因此关注SSD随机读写性能;归档则是储存长期数据,考量容量与性价比。
企业级SSD迎来存量替代增量扩容机遇
全球企业级SSD加速增长,预计24-28 年出货总容量复合增速约为24%。随着数 据量增长,根据IDC预测,全球企业级 SSD出货总容量有望从24年219EB增至28 年517.6EB,对应出货量由24年26.2万个 增至28年32.4万个,市场容量从24年262 亿美金增加至28年324亿美金。除AI应用 驱动SSD应用占比提升外,SSD成本下降 亦将推动其渗透。此前,由于固态硬盘 单位存储成本一直高于机械硬盘,数据 中心替代进程较慢;而随着存储单元从 SLC到QLC的演进以及3D-NAND层数的不断 增加,SSD单位成本下降,单位GB价格由 24年0.11美金下降至28年0.06美金,固 态硬盘将在热、温热数据应用领域加速 替代机械硬盘。
数据安全自主可控-国产企业级SSD迎导入窗口期
全球企业级SSD仍以海外厂商为主,国产化打开国内存储器增长机遇。根据IDC数据,目前全球企业级SSD主要以NAND原厂为主,由三星、铠侠、西部数据、美光、SK 海力士和Solidigm领导。而我国企业级市场,由于信息安全的因素考虑,中国厂商份额逐步提升。23年我国企业级SSD市场为32.8亿美元,其中国内主要供应商为忆联占22%,大普微占6.4%,浪潮占4.1%,忆恒创源占2.9%,互联网厂商采购以进口为主。随着国家对数据安全自主可控的重视程度不断提高,《工业和信息化部等十六部门关于促进数据安全产业发展的指导意见》等相关政策落地,叠加国内互联网厂商资本开支增加,国内模组厂有望迎增量机遇。
云计算与互联网企业为我国企业级SSD的主要采购方
云计算与互联网企业为我国企业级SSD的主要采购方。根据艾瑞咨询统计,中国企业级固态硬盘用户包括云计算与互联网企业、运营商及金融政企;云计算与互联网企业占总市场约为65%,电信运营商市场份额为13%。随着AI算力推动,国内头部云服务商如腾讯、阿里巴巴在2024年第三季度资本开支分别达到170.94亿、169.77亿元,同比分别增长113.54%、312.86%;2024年前三季度累计资本开支分别达到401.82亿、390.90亿元,同比分别增长145.5%、209.5%。未来云计算与互联网企业将是国内企业级固态硬盘的支出主力,对高性能存储的需求将持续增长。
主控、固件及NAND颗粒是SSD的核心技术点
主控、固件及NAND颗粒是SSD的核心技术点。SSD的主要硬件组件通常包括NAND Flash、主控芯片,核心软件为SSD的固件。NANDFlash即闪存颗粒,是数据存储的载体,对浮置栅极进行充电(写数据)或放电(擦除数据),完成数据存储,未来向更高存储密度演进;主控芯片主要负责固态硬盘与服务器主机通信、控制闪存的数据传输并运行固件算法,未来向更高的传输速度及低功耗方向发展;固件是模组厂自主开发在各种板载运行软件的合集,通过驱动主控芯片调度各个硬件模块,实现闪存和主控芯片之间的兼容,完成数据从主机端到闪存端的写入和读取,实现标准计算机可以使用的块存储设备。
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