摘要:
如今,存儲技術在兩個維度上發展:它是如何工作的,以及它是如何使用的。近年來人們看到兩個方向的主要動作,雖然這些將是漸進的,而不是革命性的。
基于閃存和硬盤這兩個存儲系統之間的競爭將繼續推動這兩方面技術的發展。如今,閃存在遵從摩爾定律改進性能和成本方面占據上風,但在生命周和可靠性的期方面有所限制。為尋找良好的存儲解決方案,這些性能將決定其發展情況。另一方面,硬盤存儲具有成本和容量的限制。因此,保持這些優勢是其路線圖的主要驅動力。
硬盤技術
硬盤的技術發展繼續以較低的成本,容量的增加,穩定性和性能提高為目標。例如,希捷公司在2014年年初推出了6TB磁盤中,調整現有現有技術,但隨后在今年宣布推出其磁記錄(SMR)技術的8TB硬盤。這通過允許在盤上的軌道彼此重疊,省去以前用于分開它們的休耕面積。更大的密度使得磁盤需要一次改寫多個軌道偏移。這會減慢一些寫操作,但對于容量來說,卻增加了25%,而且不需要昂貴的生產技術進行改造。
如果說SMR是商業上的成功,那么它會加速另一種技術的發展,二維磁記錄(TDMR)信號處理。當軌道如此薄和/或緊密結合在一起時,讀取頭從相鄰軌道拾取噪聲和信號,當試圖檢索所需的數據時,這就變得非常必要了。許多技術可以解決這個問題,包括采用多個磁頭讀取多個軌道的部分,同時讓驅動器的數學上減去軌道間干擾信號。
目前的硬盤盤面密度超過每平方英寸1TB容量,其技術包括shingled,二維磁記錄和熱輔助磁記錄
硬盤密度的第三個重大改進是熱輔助磁記錄(HAMR)。此使用具有綁在其激光頭的激光器驅動器,加熱所述的數據被記錄之前的軌道。這將產生較少的相互干擾,更好地定義磁化區域。希捷曾在今年承諾推出HAMR硬盤,但目前表示2017年推出其產品的可能性更大。
與此同時,日立公司通過采用氦填充提高其高端驅動器的能力。該氣體具有比空氣低得多的粘度,因此,其盤片可以疊加得更加緊密。
所有這些技術都為以前的創新所采納,垂直記錄而不是縱向記錄,通過將所有的上述思路,硬盤行業預計能產生約三四年持續的連續增長,同時與閃存保持價格差。
閃存技術
閃存技術正在迅速發生變化,許多來自小規模的部署的創新正在成為主流。那些企業如英特爾和三星公司都預測3DNAND的重大進展,其中閃存的基本單晶體管采用單元架構堆疊成芯片內部的三維陣列。英特爾公司與合作伙伴美光科技公司共同合作,采用32微米3DNAND技術,每增加一倍的晶體管存儲多級單元(MLC)相結合,預測每個芯片容量將達到48GB。該公司表示,這適合為手機創建1TB固態硬盤,為消費者的硬盤驅動器提供更高的競爭力,而到2018年,該產品與目前10TB的企業級SSD硬盤相比,其成本將降低五倍。
另一種技術三重級單元(TLC)閃存在2015年變得更加成熟。原始閃存單元經常被描述為具有存儲在其中的兩個電壓,一個用于數據1,另一個用于數據0。這不是嚴格地說:其更準確想保持電壓范圍的單元,而一個小范圍任何電壓意義為1,而在另一個范圍含義的任何電壓為0。這些范圍可能相當廣泛,可以廣泛分離,使得它很容易為周圍的電路提供足夠好的電壓,在輸出讀取時可以應付自如。
多電平單元MLC,具有對應于00,01,10和11四種電壓范圍,相當于兩個單級單元,從而在相同的空間中具有雙倍密度。這都具有相當的大難度,因為支持電路需要更精確的閱讀和寫作,并在單元性能產生變化,作為一個結果,生產或老化更為顯著。讀取和寫入速度慢,壽命下降,錯誤上升。然而,具有兩倍的容量,對于讀取成本來說,這樣的問題是可以克服的。
三重級單元TLC具有八個電壓等級,分別對應000到111。與多電平單元MLC相比,其數據只有其50%,但在物理實現來說是相當困難的。因此,雖然TLC在5年來已推出了一些產品,但在性價比的競爭中沒有優勢。
三星公司結合3D和TLCNAND技術生產的850EVO主流消費級固態硬盤,容量高達1TB,五年保修。一個1TB的850EVO硬盤的成本為379.99英鎊
2015年存儲技術的最大差異是驅動技術的成熟,克服了TLC的速度、工作壽命和可靠性問題。作為先進的處理器和通信、經濟部署的關鍵期,為了確定和設計錯誤。驅動芯片設計SiliconMotion公司提出了確定基本的錯誤管理系統的三個方法。
首先是低密度奇偶校驗(LDPC)是一種編碼數據進入存儲器的方式,在讀出遇到了許多錯誤可以被檢測,并采用可靠的數學方式校正,最重要的是,不引入不可接受的處理開銷。LDPC發明于20世紀60年代,在20世紀90年代,開始被采用現在的Wi-Fi,10Gb以太網和數字電視中。因此,它代表著外部存儲未來的廣泛的工程和技術挑戰。
該LDPC引擎還提高了TLC陣列內的跟蹤電壓水平。在存儲器陣列中的半導體結構的電特性由于短期內溫度和長期的老化而發生變化。通過調整這些參數,而不是取代它們,可以延長其使用壽命,并減少錯誤。
最后,該驅動器具有一個片上的RAID機制,可以檢測到不可恢復的錯誤,并從一個頁面切換到另一個頁面。
這種TLC分層的技術補償提高了其特性,并使其越來越符合成本效益。TLC仍然有一些主要的問題,將限制其適用性,如在其壽命期間寫入的一個更低的限制,這可能會看到它優先用于快速訪問寫入一次性的檔案,如消費數據的云存儲。
企業存儲
最成功的企業存儲策略就是繼續同時使用閃存和硬盤:在未來五年內,硬盤不會達到閃存的性能,閃存不會具有存儲傳統企業數據的能力,更不用說預測的巨大增長時,物聯網(IOT)開始存儲從我們所承諾數十億個連接設備的信息。
企業存儲繼續迅速移動到一個混合模式,在類似的技術,架構,以及發展模式的應用范圍內,并超越了企業傳統的硬件之間的邊界,它擁有和管理在云中使用的服務。
對于存儲來說,這意味著向分布式和虛擬化系統發展,利用易于管理和擴展的軟件環境,構建大型和靈活的存儲系統的存儲接口,增加和網絡性能,從傳統的混合的NAS/SAN批量存儲系統,并緊密耦合服務器存儲,以滿足高性能的要求。
連接到多個服務器的多個存儲節點,呈現給應用程序和管理軟件的統一視圖。無論是被稱為“軟件定義數據中心”,“服務器SAN',“只有存儲的軟件”或者任何一個數字特定供應商的條款,都將遷移到虛擬化和分布式存儲,這是由成本、易用性,以及部署速度所推動的。通過確定哪些類型的應用程序使用什么類的數據,這樣的系統可以自動將工作量和存儲的優化配置,并充分利用緊密耦合的超高速閃存存儲,或更遙遠的、容量更大的磁盤,無論是組織內或在云中。
很少訪問的信息,海量數據集,以及高性能計算需求檔案需要特別注意,但人們以期待什么讓這些不同于主流的企業工作負載的發展,而主流存儲的此類任務,提高了適用性。
未來的存儲
而在更遠的未來,還沒有任何新的突破性技術打破閃存/硬盤雙寡頭的壟斷。
不同的存儲技術面臨的主要問題是對現有技術的極具競爭力的市場。這一點,在某種意義上說,例如廣闊的商品市場,在非常低的利潤率運行。為了在一個合理的時間內收回研究,開發和制造成本這使得廠商很難有任何新的想法。
然而,現有的存儲市場也完全不像一個商品市場,它要求通過硬盤驅動器制造商和閃存廠商兩個維度之間競爭,獲得連續的技術發展。這是一個競爭的格局,每一個機會都被利用,所以新進入市場的廠商必須有一些非常重要的優勢才能得到更多的機會。
RAM(STT-RAM)、DRAM、閃存和硬盤各種存儲技術的比較
經驗表明,這種情況很少,如果有的話,會發生。外專業領域,如長期歸檔,硬盤驅動器和固態閃存,RAM,聚合物存儲器等各種技術并存,大多數產品各有自己的優勢,并已經實現或驗證了理論,而某種形式的閃存或磁盤沒有現實的路線圖,顯示其在未來十年具有顯著的市場份額。
即使沒有在醞釀一場革命,存儲在可預見的未來將會得到其歷史描述:更快,更安全,更便宜。