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HDD的誕生 上世紀50年代初，IBM公司制造出使用穿孔卡的計算機。在隨后出現的磁帶存儲器的威脅下，IBM公司進行了一系列的研發，最終開發出內含50片24英寸磁盤、容量達5MB的IBM 350 Disk Storage Unit，這是全球第一臺硬盤存儲系統，是今天的HDD的始祖。 此后，IBM相繼發布了多項用于提高HDD存儲密度的新技術，動壓式浮動磁頭、磁道伺服、CSS(contact start stop，接觸啟停)等方式都成為了后來HDD的基本技術。基于這些技術，l981年IBM推出容量超過1GB大關的3380，其面記錄密度達到當時其它產品的6000倍。 低成本與高密度 70年代末問世的PC對存儲器的小型化及低成本化提出了與以往截然不同的要求，揭開了新時代的大幕。1980年，希捷公司推出全球第一臺5.25英寸的 HDD——ST-506，與當時14英寸的主流產品相比，其尺寸縮小了一半以上，而5MB的容量與當時的最大容量相當。除尺寸縮小外，這款產品的結構得到大大簡化，價格也有所下降。 低成本的小型HDD市場隨著PC的普及而獲得爆發性增長，出現了以希捷公司為首的一批新興企業，而以通用大型機產品為中心的IBM明顯落后，其它一些專注于高密度技術開發的企業也被市場甩在了后面。 時間跨入90年代，筆記本電腦登場。對于外形尺寸較小的筆記本電腦來說，5.25英寸和3.5英寸的HDD顯得過大，因此對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創造了機遇，而對價格的要求則有所松動。IBM咸魚翻身，采用MR(磁阻)頭成功開發出面記錄密度高達 1Gb/in2的技術，比當時其它產品的面記錄密度高出15倍~30倍。IBM憑借應用該技術的2.5英寸HDD重新奪得了市場份額，并堅定地沿著高密度化的道路前進。1994年，IBM根據GMR(巨磁阻)效應開發出靈敏度更高的磁頭，使得HDD的面記錄密度達到了10Gb/in2。 小型化HDD遭遇打擊 從5.25英寸縮小到2.5英寸后，HDD仍然繼續朝著小型化的方向發展。l991年，美國Intgra1 Peripherals公司推出1.8英寸產品；1992年，惠普公司推出1.3英寸產品；l999年，IBM又推出l英寸的HDD產品 MicroDrive。各公司希望能不斷開發出HDD新的應用市場，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，但都未能打開市場。 令人意外的是，便攜式數字消費電子設備對HDD伸出了援助之手。蘋果公司于2001年推出的iPod中采用了5GB的1.8英寸HDD，2004年又上市了內置1英寸HDD的產品。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。但是，2005年蘋果公司推出的iPod nano產品采用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。 數字消費設備培育的NAND閃存 NAND閃存與1.8英寸HDD一樣問世于20世紀90年代初，應用目標也瞄準超小型PC，結果同樣陷于哭笑不得的態勢。直到1995年數碼相機異軍突起，在像素競爭中點燃了低價格、大容量存儲卡的需求之火，NAND閃存的高密度化由此獲得順利發展。在價格逐步降低的同時，應用也擴大到了USB存儲器、手機和音樂播放器等新市場。 現在，NAND閃存的價格已經可以滿足PC的容量需求。當初所期望的超小型PC產品都開始采用16GB的NAND閃存或基于NAND閃存的SSD(固態硬盤)。以蘋果iPhone為首的智能電話和上網本等都配置了NAND閃存，有些筆記本電腦甚至也開始采用SSD。 共存與互補 那么，這兩種存儲器會統一么？目前來看答案是否定的，NAND閃存和HDD之間沒有替代關系，而是共存互補的關系。智能手機和上網本都有高速發展的跡象，NAND閃存也就有可能獲得比現在更大得多的市場。但是，智能手機與上網本都需要比HDD價格更低的存儲器。不久的未來，NAND閃存存儲容量將可達到l00GB，價格或許也可與HDD相匹敵。目前16GB NAND閃存的大批量訂貨價格約為2美元/片，已在1美元/GB的水平之下。100GB的SSD也正在傳統筆記本電腦中逐漸得到應用。 面向PC應用的小型HDD如今已逼退了大型機中使用的大型HDD，那么，NAND閃存和HDD之間也會發生這樣的情況嗎？現在看來可能性很小，因為NAND閃存的高密度化尚前途未卜(見圖1)。 
圖1 HDD和NAND閃存發展的障礙 在實現了新一代的30nm工藝與64Gb芯片的量產之后，NAND閃存的制造工藝微細化將日益困難，維持傳統的單元技術已不可能。為了提高密度，新產品需要引入4位/單元的多值技術和單元疊層技術等，而這些技術還沒有進入實際的產品化階段。 對于HDD來說，經過近30年的發展，上世紀70年代提出的垂直磁記錄方式已于2005年進入實用化，利用該技術，HDD可望在2011~2012年達到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(patterned mdia)等新技術。 換言之，HDD和NAND閃存在未來幾年內都將面臨記錄密度發展停滯的問題。按照當前的狀況，2012年之前，NAND閃存和2.5英寸HDD的價格將差2倍，和3.5英寸HDD差5倍。未來技術發展難度加大，前途并不明朗，不能說哪種技術一定會占據壓倒性優勢。 在現有的價格差距下，包括筆記本電腦在內的各種便攜設備全都采用NAND閃存并非不可能，而需要極大容量的服務器則不會配置價錢較高的閃存。NAND閃存容量小、速度快；HDD容量大、價格低，它們處于存儲器體系結構中的不同層次(見圖2)。
圖2 存儲器體系結構 或許各種便攜設備會采用100GB的NAND閃存，而網絡服務器則將配備數TB以上的HDD。 作者：Tech-On!網站副總編 今井拓司 來源:電子設計應用2009年第11期 |
