存儲器最新發(fā)展路線(xiàn)圖

今年早些時(shí)候，IEEE 路線(xiàn)圖和系統 (IRDS) 發(fā)布了有關(guān)海量數據存儲的技術(shù)路線(xiàn)圖報告。該報告涵蓋硬盤(pán)驅動(dòng)器、磁帶、光盤(pán)技術(shù)以及固態(tài)存儲。此外，還有與非易失性存儲器技術(shù)的其他 IRDS 路線(xiàn)圖相關(guān)的材料，例如磁性隨機存取存儲器 (MRAM)、電阻式 RAM (ReRAM)、鐵電 RAM (FeRAM) 和相變存儲器 (PCM)。還有一節介紹使用 DNA 進(jìn)行檔案存儲。

報告中的一些要點(diǎn)如下。固態(tài)存儲方面，以 NAND 閃存為主，目前市場(chǎng)規模為 600 億美元。MRAM、FeRAM、ReRAM 和 PCM 等替代技術(shù)的每比特成本仍然較高，但正在嵌入式設備中用于取代 NOR 閃存和一些 SRAM（尤其是 MRAM 和 ReRAM）。繼 2022 年和 2023 年因疫情供應不確定性導致庫存過(guò)多而出現下滑之后，2024 年將是所有存儲和內存技術(shù)的復蘇年。未來(lái)，NAND 閃存將繼續朝著(zhù)更高層和每單元更多位數的方向發(fā)展，但降低成本變得越來(lái)越困難，每單元更多位數會(huì )帶來(lái)較低的耐用性和性能。

下圖顯示了海量存儲路線(xiàn)圖中的 NAND 閃存路線(xiàn)圖。

HDD 的總出貨量持續下降，傳統應用程序被 SSD 取代。然而，數據中心和企業(yè) HDD 市場(chǎng)已于 2024 年復蘇，大數據應用（包括人工智能）對 HDD 存儲的需求持續增長(cháng)。這些驅動(dòng)器可能包括雙執行器、熱輔助磁記錄 (HAMR) 和二維磁記錄 (TDMR)。目前的存儲容量高達 32TB，但到 2026 年應該會(huì )出現 50TB HDD。這將使 HDD 在二級存儲和主動(dòng)存檔應用方面能夠與 SSD 競爭。

此外，根據 IDC 的全球數據球報告，結合流媒體和實(shí)時(shí)數據處理需求，發(fā)現超過(guò) 90% 的企業(yè)工作負載位于中高容量區間，對數據傳輸時(shí)間的要求屬于「名義時(shí)間」（即 HDD 響應時(shí)間即可滿(mǎn)足），而非實(shí)時(shí)或超實(shí)時(shí)（通常要求 SSD 響應速度）。這意味著(zhù)，在大部分場(chǎng)景下，HDD 提供的性能已經(jīng)足夠，且其成本效益更高。而真正需要 SSD 速度的工作負載僅占少數，主要集中在低容量、高響應時(shí)間需求的領(lǐng)域。

這也意味著(zhù) SSD 與 HDD 將在存儲市場(chǎng)共存。SSD 在速度上的優(yōu)勢使其在特定應用領(lǐng)域（如高性能計算、數據庫加速）不可或缺，而 HDD 憑借其成本效益和大容量存儲優(yōu)勢，在大數據存儲、近線(xiàn)存儲等場(chǎng)景中仍占據主導地位。這些觀(guān)點(diǎn)也提示我們，技術(shù)發(fā)展并非簡(jiǎn)單的線(xiàn)性替代，而是根據市場(chǎng)需求和成本效益的權衡來(lái)動(dòng)態(tài)調整。

下圖顯示了海量存儲路線(xiàn)圖中對 HDD 技術(shù)的一些預測。

目前，半英寸磁帶的原始容量最高可達 50TB（IBM 企業(yè)磁帶），而且磁帶除了在驅動(dòng)器中時(shí)不會(huì )消耗大量能源。磁帶每字節存儲數據的成本也比 HDD 低得多。因此，磁帶是一種低成本、緊湊的檔案存儲。未來(lái)幾代磁帶應該會(huì )提供超過(guò) 100TB 的原始容量。磁帶受益于 HDD 磁記錄的發(fā)展，未來(lái)容量將會(huì )增加。

下表顯示了大容量存儲路線(xiàn)圖中對磁帶的預測。

光盤(pán)技術(shù)作為消費媒體分發(fā)介質(zhì)的地位已經(jīng)下降，新的光存儲產(chǎn)品的焦點(diǎn)集中在它們作為低成本檔案存儲介質(zhì)的用途。在不久的將來(lái)，一次寫(xiě)入 100TB 光盤(pán)預計將出現，并且光學(xué)存儲將很可能出現在圖書(shū)館系統中。

下圖顯示了海量存儲路線(xiàn)圖中的光盤(pán)路線(xiàn)圖。

DNA 數據存儲已在實(shí)驗室中得到驗證，但在合成 DNA 上讀取和寫(xiě)入數據的成本對于實(shí)際應用來(lái)說(shuō)過(guò)于昂貴。然而，由于醫學(xué)應用基因組學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度，讀取和寫(xiě)入合成 DNA 的成本正在下降，這可能使 DNA 在不久的將來(lái)成為檔案存儲的經(jīng)濟替代品。DNA 可能會(huì )存儲在某種圖書(shū)館系統中，例如磁帶或光盤(pán)。需要做大量的工作來(lái)創(chuàng )建可制造且具有成本效益的 DNA 存儲系統。

數字存儲需求不斷增長(cháng)，這需要更先進(jìn)的存儲技術(shù)來(lái)支持強大的數字海量存儲層次結構。IEEE IRDS 海量存儲路線(xiàn)圖概述了 NAND 閃存、新興非易失性存儲器、HDD、磁帶、光學(xué)記錄和 DNA 存儲發(fā)展的預測。

數字經(jīng)濟時(shí)代，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到生活的方方面面，數據存儲系統作為信息化系統的基礎設施，構建一套穩定、高效、滿(mǎn)足未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展需求的數據存儲系統將是企業(yè)和組織夯實(shí)數據底座、挖掘數據價(jià)值、釋放數據潛能的關(guān)鍵。