存儲器最新發(fā)展路線圖

今年早些時候，IEEE 路線圖和系統(tǒng) (IRDS) 發(fā)布了有關(guān)海量數(shù)據(jù)存儲的技術(shù)路線圖報告。該報告涵蓋硬盤驅(qū)動器、磁帶、光盤技術(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 路線圖相關(guān)的材料，例如磁性隨機(jī)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(jié)介紹使用 DNA 進(jìn)行檔案存儲。

報告中的一些要點如下。固態(tài)存儲方面，以 NAND 閃存為主，目前市場規(guī)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(shè)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(yīng)不確定性導(dǎo)致庫存過多而出現(xiàn)下滑之后，2024 年將是所有存儲和內(nèi)存技術(shù)的復(fù)蘇年。未來，NAND 閃存將繼續(xù)朝著更高層和每單元更多位數(shù)的方向發(fā)展，但降低成本變得越來越困難，每單元更多位數(shù)會帶來較低的耐用性和性能。

下圖顯示了海量存儲路線圖中的 NAND 閃存路線圖。

HDD 的總出貨量持續(xù)下降，傳統(tǒng)應(yīng)用程序被 SSD 取代。然而，數(shù)據(jù)中心和企業(yè) HDD 市場已于 2024 年復(fù)蘇，大數(shù)據(jù)應(yīng)用（包括人工智能）對 HDD 存儲的需求持續(xù)增長。這些驅(qū)動器可能包括雙執(zhí)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(dá) 32TB，但到 2026 年應(yīng)該會出現(xiàn) 50TB HDD。這將使 HDD 在二級存儲和主動存檔應(yīng)用方面能夠與 SSD 競爭。

此外，根據(jù) IDC 的全球數(shù)據(jù)球報告，結(jié)合流媒體和實時數(shù)據(jù)處理需求，發(fā)現(xiàn)超過 90% 的企業(yè)工作負(fù)載位于中高容量區(qū)間，對數(shù)據(jù)傳輸時間的要求屬于「名義時間」（即 HDD 響應(yīng)時間即可滿足），而非實時或超實時（通常要求 SSD 響應(yīng)速度）。這意味著，在大部分場景下，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(fù)載僅占少數(shù)，主要集中在低容量、高響應(yīng)時間需求的領(lǐng)域。

這也意味著 SSD 與 HDD 將在存儲市場共存。SSD 在速度上的優(yōu)勢使其在特定應(yīng)用領(lǐng)域（如高性能計算、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存儲、近線存儲等場景中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。這些觀點也提示我們，技術(shù)發(fā)展并非簡單的線性替代，而是根據(jù)市場需求和成本效益的權(quán)衡來動態(tài)調(diào)整。

下圖顯示了海量存儲路線圖中對 HDD 技術(shù)的一些預(yù)測。

目前，半英寸磁帶的原始容量最高可達(dá) 50TB（IBM 企業(yè)磁帶），而且磁帶除了在驅(qū)動器中時不會消耗大量能源。磁帶每字節(jié)存儲數(shù)據(jù)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。未來幾代磁帶應(yīng)該會提供超過 100TB 的原始容量。磁帶受益于 HDD 磁記錄的發(fā)展，未來容量將會增加。

下表顯示了大容量存儲路線圖中對磁帶的預(yù)測。

光盤技術(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，一次寫入 100TB 光盤預(yù)計將出現(xiàn)，并且光學(xué)存儲將很可能出現(xiàn)在圖書館系統(tǒng)中。

下圖顯示了海量存儲路線圖中的光盤路線圖。

DNA 數(shù)據(jù)存儲已在實驗室中得到驗證，但在合成 DNA 上讀取和寫入數(shù)據(jù)的成本對于實際應(yīng)用來說過于昂貴。然而，由于醫(yī)學(xué)應(yīng)用基因組學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度，讀取和寫入合成 DNA 的成本正在下降，這可能使 DNA 在不久的將來成為檔案存儲的經(jīng)濟(jì)替代品。DNA 可能會存儲在某種圖書館系統(tǒng)中，例如磁帶或光盤。需要做大量的工作來創(chuàng)建可制造且具有成本效益的 DNA 存儲系統(tǒng)。

數(shù)字存儲需求不斷增長，這需要更先進(jìn)的存儲技術(shù)來支持強大的數(shù)字海量存儲層次結(jié)構(gòu)。IEEE IRDS 海量存儲路線圖概述了 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(yù)測。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到生活的方方面面，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)作為信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建一套穩(wěn)定、高效、滿足未來業(yè)務(wù)發(fā)展需求的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)將是企業(yè)和組織夯實數(shù)據(jù)底座、挖掘數(shù)據(jù)價值、釋放數(shù)據(jù)潛能的關(guān)鍵。