存儲(chǔ)器最新發(fā)展路線圖

今年早些時(shí)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(chǔ)的技術(shù)路線圖報(bào)告。該報(bào)告涵蓋硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、磁帶、光盤(pán)技術(shù)以及固態(tài)存儲(chǔ)。此外，還有與非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)器 (MRAM)、電阻式 RAM (ReRAM)、鐵電 RAM (FeRAM) 和相變存儲(chǔ)器 (PCM)。還有一節(jié)介紹使用 DNA 進(jìn)行檔案存儲(chǔ)。

報(bào)告中的一些要點(diǎn)如下。固態(tài)存儲(chǔ)方面，以 NAND 閃存為主，目前市場(chǎng)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(kù)存過(guò)多而出現(xiàn)下滑之后，2024 年將是所有存儲(chǔ)和內(nèi)存技術(shù)的復(fù)蘇年。未來(lái)，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(lái)越困難，每單元更多位數(shù)會(huì)帶來(lái)較低的耐用性和性能。

下圖顯示了海量存儲(chǔ)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(chǎng)已于 2024 年復(fù)蘇，大數(shù)據(jù)應(yīng)用（包括人工智能）對(duì) HDD 存儲(chǔ)的需求持續(xù)增長(zhǎng)。這些驅(qū)動(dòng)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(chǔ)容量高達(dá) 32TB，但到 2026 年應(yīng)該會(huì)出現(xiàn) 50TB HDD。這將使 HDD 在二級(jí)存儲(chǔ)和主動(dòng)存檔應(yīng)用方面能夠與 SSD 競(jìng)爭(zhēng)。

此外，根據(jù) IDC 的全球數(shù)據(jù)球報(bào)告，結(jié)合流媒體和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理需求，發(fā)現(xiàn)超過(guò) 90% 的企業(yè)工作負(fù)載位于中高容量區(qū)間，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間的要求屬于「名義時(shí)間」（即 HDD 響應(yīng)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(yīng)速度）。這意味著，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(fù)載僅占少數(shù)，主要集中在低容量、高響應(yīng)時(shí)間需求的領(lǐng)域。

這也意味著 SSD 與 HDD 將在存儲(chǔ)市場(chǎng)共存。SSD 在速度上的優(yōu)勢(shì)使其在特定應(yīng)用領(lǐng)域（如高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)加速）不可或缺，而 HDD 憑借其成本效益和大容量存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)，在大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、近線存儲(chǔ)等場(chǎng)景中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。這些觀點(diǎn)也提示我們，技術(shù)發(fā)展并非簡(jiǎn)單的線性替代，而是根據(jù)市場(chǎng)需求和成本效益的權(quán)衡來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

下圖顯示了海量存儲(chǔ)路線圖中對(duì) HDD 技術(shù)的一些預(yù)測(cè)。

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(dòng)器中時(shí)不會(huì)消耗大量能源。磁帶每字節(jié)存儲(chǔ)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(chǔ)。未來(lái)幾代磁帶應(yīng)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(chǔ)路線圖中對(duì)磁帶的預(yù)測(cè)。

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

下圖顯示了海量存儲(chǔ)路線圖中的光盤(pán)路線圖。

DNA 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)已在實(shí)驗(yàn)室中得到驗(yàn)證，但在合成 DNA 上讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)的成本對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)過(guò)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(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(chǔ)的經(jīng)濟(jì)替代品。DNA 可能會(huì)存儲(chǔ)在某種圖書(shū)館系統(tǒng)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(chǔ)系統(tǒng)。

數(shù)字存儲(chǔ)需求不斷增長(zhǎng)，這需要更先進(jìn)的存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)支持強(qiáng)大的數(shù)字海量存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)。IEEE IRDS 海量存儲(chǔ)路線圖概述了 NAND 閃存、新興非易失性存儲(chǔ)器、HDD、磁帶、光學(xué)記錄和 DNA 存儲(chǔ)發(fā)展的預(yù)測(cè)。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)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(chǔ)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(mǎn)足未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展需求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)將是企業(yè)和組織夯實(shí)數(shù)據(jù)底座、挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值、釋放數(shù)據(jù)潛能的關(guān)鍵。