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后PC设备的闪存阔步前进

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过去几年上市的便携式pc替代设备之所以掀起了热潮,固态存储技术功不可没。2011年,这项技术有望变得成本更低、性能更高。

去年底已或上市的所有主流平板电脑都使用闪存芯片取代传统硬盘作为存储器。与许多上网本一样,所有智能手机也使用NAND闪存。正如这几种设备不会在接下来的五年将PC彻底赶出市场那样,闪存也不会在可预见的将来取代传统硬盘。但闪存存储器领域的发展对于这些数字设备来说越来越重要,而这些数字设备对我们的工作和生活影响同样越来越大。

从传统硬盘改用闪存芯片,这对于移动设备来说至少能带来三方面的好处,这三个方面是尺寸、功耗和耐用性。这种转变还往往可以减少发热量(因为平板电脑很少配备散热风扇),并缩短设备的启动时间。据Forward Insights公司的分析师Gregory Wong声称,闪存技术的最大弊端就是成本高昂:1GB闪存的成本大致相当于同样容量硬盘的8倍。

这就是苹果iPad使用了相对PC而言比较小的内置存储器容量(从16GB到64GB不等)的一个原因,iPad的价格与某些标准功能的Windows 7笔记本电脑一样贵。三星的Galaxy Tab Android平板电脑标配16GB或32GB存储器,通过端口可以将容量另外扩展32GB。而目前容量最大的传统硬盘,最大容量刚刚从2TB增加到了3TB。

不过顾客愿意为这些设备购买每GB成本更高的存储器,一方面是由于这类设备设计小巧、电池续航时间比较长,另外不像功能完备的PC那样启动过程漫长。而且对于手持设备来说,不小心跌落或者磕碰的机会比较大,万一不幸发生,配备了闪存存储器的平板电脑出现故障的可能性比较小,因为闪存存储器里面没有马达、转轴、飞旋的盘片等活动部件。另一个理由也许是,这些消费者打算将新设备用作PC的辅助设备,数据仍然主要存储在PC上。

行业分析师们表示,虽然传统硬盘本身每GB的成本继续变得更低,但闪存存储器方面即将出现的进步也许会帮助后PC设备从PC手里夺过更多的地盘。

举例来说,闪存的密度将变得更大。从某种角度来看,闪存与处理器是同一类东西,都是由半导体芯片的大量晶体管组成,因此闪存的发展也遵循著名的摩尔定律,并且将不断采用尺寸更小的生产工艺。美光科技有限公司(Micron Technology)的NAND解决方案事业部副总裁Glen Hawk表示,在2010年初,该公司开始向市场投放采用25nm工艺制成的闪存芯片。Hawk不愿透露更具体的内容,只是表示美光期望在25nm工艺推出大约18月后,能够交付下一代工艺的芯片,这其实就是摩尔定律的标准陈述。

三星半导体公司表示,自己在采用30nm以下的工艺,并且正在向20nm进军,据闪存技术营销主管Steve Weinger声称,这个目标会在今年实现。

与微处理器一样,尺寸越小不仅意味着速度越快,还意味着在性能一定的情况下成本越低。Hawk表示,目前美光的64GB固态硬盘(SSD)售价约为130美元;但大概18个月后,容量大一倍的固态硬盘(128GB)其价格可能会跌到约100美元。

但是随着技术密度越来越高,管理起来电越来越困难。闪存存储数据的方式是:用高压脉冲来改变单个存储单元(cell)上的电荷;那些存储单元排列得越紧密,把合适的电荷“写到”相应存储单元的难度就越大。这个问题在消费级装置和客户端设备所用的那种闪存中尤为突出,因为这种闪存在一个存储单元中有多个数据比特。存储单元可以被修改的次数也是有限的,所以存储设备的性能会慢慢衰退。

厂商和分析师们表示,按消费者普通的写入速度计算,如今客户端设备中的闪存可以使用五年或更久。虽然大多数人使用客户端设备的时间没这么久,但面临的挑战是,随着生产工艺的提升,很难保持同样的耐用性。

三星的Weinger说:“随着我们缩小芯片尺寸,耐用性基本上往往随之降低。”他表示,不过有些办法可以在不降低闪存速度的情况下,保持同样的耐用性。

市场研究机构451 Group的分析师HenryBaltazar表示,到目前为此,厂商们解决这个问题的办法一向是在闪存控制器中使用更智能的软件,它们可以管理数据的写入和读取。早期的控制器可以将同一数据写入多次,直到数据正确写入,这加快了芯片的性能衰退。Baltazar表示,在去年,SandForce等控制器厂商开发出了更高效的控制器,能够做到一次性正确写入数据。

Baltazar及其他人士表示,2011年厂商们会开始添加数字信息处理器(DSP),以改善数据写入到闪存的准确性。

美光公司的Hawk表示,这将标志闪存的可靠性管理将从“纠正错误”进化到“预防错误的出现”。他表示,目前的DSP迄今为止主要应用于语音处理及其他应用中,它只是用来进行信号处理的一个工具而已。

Hawk说:“今天我们处理的一些事务相当轻松,跟大多数人处理的事务一样。但很快,我们就会采用信号处理方面非常先进的算法和技术。”他预计,这些进步会出现在美光公司的下一代闪存中,大概一年后就会面世。

据三星声称,设备与闪存存储器之间的接口也在提高速度。Weinger表示,三星公司的产品最近由传输速度仅为40Mbps单数据速率(SDR)接口,升级到速度高达133Mbps的双数据速率(DDR)接口。下一个目标将是提高到400Mbps,那样用户可以更快速地访问数据。

随后几代芯片还会变得更节能。Weinger表示,三星预计其闪存的电压将从3.3V降低到1.8V,这让系统制造商有办法来延长设备的电池续航时间。

所有这些因素意味着,今后的平板电脑、智能手机、上网本及其他设备会变得更诱人,成本更低,或者以同样价格提供更丰富的功能。分析师们表示,但这未必意味着后PC设备更有能力取记本电脑。举例来说,一些笔记本电脑已经配备固态硬盘。虽然固态硬盘日臻完善,但是传统硬盘也会以更便宜的价格提供更大的容量。

Baltazar说:“这是个活动目标。传统硬盘根本没有坐以待毙。”分析师们表示,用户存储数据的方式也在发生着变化,原来是把数据全部存储在一台PC上,现在变成了采用一种更分散的方法。市场研究公司Endpoint TechnologiesAssociates的分析师Roger Kay表示,用户可能把大量数据放在家用或公司服务器这样的中心平台上,把少量数据放在使用闪存存储器的高度便携的设备上,而把越来越多的数据存放在云环境。

Kay说:“如果有大量成本很低的网上存储空间可供你使用,随身携带数据的需要就大大降低。”他表示,考虑到有其他替代的存储方案,容量大于100GB的存储器对用户始终随身携带的设备来说可能都绰绰有余。

分析师们表示,用户们是否愿意迁移到缺少完整文件系统和其他一些功能特性的后PC设备,不仅仅取决于存储设备,其他因素也同样重要。