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人工智能存储系列报告一：AI拉动存储需求增长，存储大周期方兴未艾

核心内容

本报告分析了人工智能（AI）对存储系统的需求增长及市场趋势，涵盖存储系统构成、技术发展、需求测算、主要企业及风险提示等多个方面。

主要观点

• 存储系统构成与分类：AI存储系统分为本地存储和网络存储，其中本地存储用于热数据和温数据，主要由HBM、DRAM、本地SSD组成；网络存储用于冷数据，主要由HDD和SSD组成。
• 存储分类：存储分为“易失性”的Memory（DRAM、HBM）和“非易失性”的Storage（SSD、HDD）。Memory速度快，但成本高；Storage容量大、成本低，但性能较弱。
• 市场与技术趋势：
  • HDD：通过提升面密度和采用HAMR技术，HDD容量持续提升，且企业级HDD占比显著增长。
  • SSD：以NAND Flash为介质，技术发展推动其容量提升和成本下降，PCIe接口成为主流。
  • NAND：存储单元位数增加，堆叠层数持续增长，主要应用于SSD和手机。
  • DRAM：逐步迭代至DDR6，下游需求主要来自手机、PC和服务器。
  • HBM：多层DRAM堆叠，具有高带宽和高密度，主要用于AI领域。

关键信息

存储系统

• AI工作负载在不同阶段对存储的需求不同，包括源数据、训练模型、创建内容、存储内容、保留数据和重用数据。
• 存储金字塔结构中，从上到下依次为DRAM/HBM、本地SSD、网络SSD/HDD，性能逐级下降，容量和成本逐级递增。

市场与技术趋势

• HDD：

  • 面密度提升是容量增长的核心，HAMR技术可大幅提升单碟容量，目前单碟容量已达3TB，未来有望实现10TB。
  • 企业级HDD占比持续提升，2024年市场规模为137亿美元，占76%。
  • HDD行业呈现周期性波动，2024年市场规模为180.3亿美元，同比+44.4%。

• SSD：

  • SSD市场规模稳步增长，2024年为410亿美元，预计2029年达610亿美元，CAGR为8.3%。
  • SSD出货量预计从2024年的3.55亿颗增长至2029年的4.74亿颗，CAGR为5.93%。
  • 企业级SSD市场规模预计从2024年的262亿美元增长至2029年的396亿美元，CAGR为8.6%。
  • QLC SSD出货容量占比将从2024年的11.4%提升至2029年的54.1%，PCIe接口成为主流。

需求测算

• AI训练和推理对存储需求快速增长，2026年AI推理对DRAM和NAND的需求分别为23.0EB和593.5EB，短期供不应求，存储价格有望持续上升。

公司梳理

• 三星电子、海力士：全球存储龙头，覆盖DRAM、HBM、NAND、SSD等市场。
• 美光：产品矩阵全面，但市占率略低于三星和海力士。
• 闪迪、铠侠：主要聚焦于NAND和SSD领域。
• 西部数据、希捷科技：主要聚焦于HDD领域。

风险提示

• 厂商扩产可能导致DRAM和NAND价格下降。
• 互联网大厂资本开支不及预期。
• AI活跃用户数增长不及预期。
• AI大模型方案优化，可能减少对存储的需求。

技术趋势

• HDD：

  • HAMR技术显著提升单碟容量，希捷已推出3TB产品，未来有望实现单碟10TB。
  • 西部数据采用OptiNAND技术提升面密度。
  • 多磁臂技术（如希捷MACH.2）提升传输速率和IOPS，同时降低单位成本。
  • NVMe协议推动HDD与SSD接口统一，提升性能和兼容性。

• SSD：

  • SSD发展经历了探索期、追赶期和全面发展期，逐步替代HDD。
  • SSD的性能优势明显，包括更快的读写速度、更低的功耗、更强的抗震性和更小的尺寸。
  • 企业级SSD市场占比高，且高容量产品出货量持续提升。
  • QLC SSD在存储密度提升背景下成为主流。

市场规模与出货情况

• 全球存储器市场：2024年市场规模为1701亿美元，其中DRAM和Flash分别占比58%和41%。

• HDD市场：

  • 2024年市场规模180.3亿美元，同比+44.4%。
  • 企业级HDD市占率较高，希捷、西部数据和东芝合计市占率80.8%。

• SSD市场：

  • 2024年市场规模410亿美元，预计2029年达610亿美元。
  • 企业级SSD市场占比提升，预计2029年达19.7%。
  • 消费级SSD市场中，PC用SSD占主导，消费电子用SSD增长迅速。
  • QLC SSD出货容量占比将从12.1%提升至70.3%。

供给侧分析

• SSD厂商市占率：

  • 2024年Q2，SSD市场CR5为68.1%，三星、Solidigm、美光、闪迪、铠侠为主要参与者。
  • 企业级SSD市场CR5为84.3%，三星、Solidigm、美光、铠侠、海力士占据主导地位。

• HDD厂商市占率：

  • 2024年Q2，HDD市场CR5为80.8%，希捷和西部数据为主要参与者。

总结

AI的快速发展推动了存储需求的显著增长，尤其是在训练和推理环节。HDD和SSD技术持续演进，通过HAMR、OptiNAND、多磁臂等技术提升性能和容量，同时成本逐步下降。企业级市场占比提升，SSD逐渐成为主流存储设备。未来，随着AI大模型的广泛应用，存储行业将迎来新一轮增长周期。