摘要:
如今,存儲技術(shù)在兩個維度上發(fā)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(tǒng)之間的競爭將繼續(xù)推動這兩方面技術(shù)的發(fā)展。如今,閃存在遵從摩爾定律改進性能和成本方面占據(jù)上風(fēng),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(fā)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(yōu)勢是其路線圖的主要驅(qū)動力。
硬盤技術(shù)
硬盤的技術(shù)發(fā)展繼續(xù)以較低的成本,容量的增加,穩(wěn)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(diào)整現(xiàn)有現(xiàn)有技術(shù),但隨后在今年宣布推出其磁記錄(SMR)技術(shù)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(chǎn)技術(shù)進行改造。
如果說SMR是商業(yè)上的成功,那么它會加速另一種技術(shù)的發(fā)展,二維磁記錄(TDMR)信號處理。當(dāng)軌道如此薄和/或緊密結(jié)合在一起時,讀取頭從相鄰軌道拾取噪聲和信號,當(dāng)試圖檢索所需的數(shù)據(jù)時,這就變得非常必要了。許多技術(shù)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(qū)動器的數(shù)學(xué)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(shù)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(qū)動器,加熱所述的數(shù)據(jù)被記錄之前的軌道。這將產(chǎn)生較少的相互干擾,更好地定義磁化區(qū)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(chǎn)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(qū)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(shù)都為以前的創(chuàng)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(yè)預(yù)計能產(chǎn)生約三四年持續(xù)的連續(xù)增長,同時與閃存保持價格差。
閃存技術(shù)
閃存技術(shù)正在迅速發(fā)生變化,許多來自小規(guī)模的部署的創(chuàng)新正在成為主流。那些企業(yè)如英特爾和三星公司都預(yù)測3DNAND的重大進展,其中閃存的基本單晶體管采用單元架構(gòu)堆疊成芯片內(nèi)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(shù),每增加一倍的晶體管存儲多級單元(MLC)相結(jié)合,預(yù)測每個芯片容量將達到48GB。該公司表示,這適合為手機創(chuàng)建1TB固態(tài)硬盤,為消費者的硬盤驅(qū)動器提供更高的競爭力,而到2018年,該產(chǎn)品與目前10TB的企業(yè)級SSD硬盤相比,其成本將降低五倍。
另一種技術(shù)三重級單元(TLC)閃存在2015年變得更加成熟。原始閃存單元經(jīng)常被描述為具有存儲在其中的兩個電壓,一個用于數(shù)據(jù)1,另一個用于數(shù)據(jù)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(dāng)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(yīng)付自如。
多電平單元MLC,具有對應(yīng)于00,01,10和11四種電壓范圍,相當(dāng)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(dāng)?shù)拇箅y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(chǎn)生變化,作為一個結(jié)果,生產(chǎn)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(yīng)000到111。與多電平單元MLC相比,其數(shù)據(jù)只有其50%,但在物理實現(xiàn)來說是相當(dāng)困難的。因此,雖然TLC在5年來已推出了一些產(chǎn)品,但在性價比的競爭中沒有優(yōu)勢。
三星公司結(jié)合3D和TLCNAND技術(shù)生產(chǎn)的850EVO主流消費級固態(tài)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(shù)的最大差異是驅(qū)動技術(shù)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(jīng)濟部署的關(guān)鍵期,為了確定和設(shè)計錯誤。驅(qū)動芯片設(shè)計SiliconMotion公司提出了確定基本的錯誤管理系統(tǒng)的三個方法。
首先是低密度奇偶校驗(LDPC)是一種編碼數(shù)據(jù)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(shù)學(xué)方式校正,最重要的是,不引入不可接受的處理開銷。LDPC發(fā)明于20世紀60年代,在20世紀90年代,開始被采用現(xiàn)在的Wi-Fi,10Gb以太網(wǎng)和數(shù)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(shù)挑戰(zhàn)。
該LDPC引擎還提高了TLC陣列內(nèi)的跟蹤電壓水平。在存儲器陣列中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電特性由于短期內(nèi)溫度和長期的老化而發(fā)生變化。通過調(diào)整這些參數(shù),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(qū)動器具有一個片上的RAID機制,可以檢測到不可恢復(fù)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(shù)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(yōu)先用于快速訪問寫入一次性的檔案,如消費數(shù)據(jù)的云存儲。
企業(yè)存儲
最成功的企業(yè)存儲策略就是繼續(xù)同時使用閃存和硬盤:在未來五年內(nèi),硬盤不會達到閃存的性能,閃存不會具有存儲傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)的能力,更不用說預(yù)測的巨大增長時,物聯(lián)網(wǎng)(IOT)開始存儲從我們所承諾數(shù)十億個連接設(shè)備的信息。
企業(yè)存儲繼續(xù)迅速移動到一個混合模式,在類似的技術(shù),架構(gòu),以及發(fā)展模式的應(yīng)用范圍內(nèi),并超越了企業(yè)傳統(tǒng)的硬件之間的邊界,它擁有和管理在云中使用的服務(wù)。
對于存儲來說,這意味著向分布式和虛擬化系統(tǒng)發(fā)展,利用易于管理和擴展的軟件環(huán)境,構(gòu)建大型和靈活的存儲系統(tǒng)的存儲接口,增加和網(wǎng)絡(luò)性能,從傳統(tǒng)的混合的NAS/SAN批量存儲系統(tǒng),并緊密耦合服務(wù)器存儲,以滿足高性能的要求。
連接到多個服務(wù)器的多個存儲節(jié)點,呈現(xiàn)給應(yīng)用程序和管理軟件的統(tǒng)一視圖。無論是被稱為“軟件定義數(shù)據(jù)中心”,“服務(wù)器SAN',“只有存儲的軟件”或者任何一個數(shù)字特定供應(yīng)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(yīng)用程序使用什么類的數(shù)據(jù),這樣的系統(tǒng)可以自動將工作量和存儲的優(yōu)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(nèi)或在云中。
很少訪問的信息,海量數(shù)據(jù)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(yè)工作負載的發(fā)展,而主流存儲的此類任務(wù),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(shù)打破閃存/硬盤雙寡頭的壟斷。
不同的存儲技術(shù)面臨的主要問題是對現(xiàn)有技術(shù)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(nèi)收回研究,開發(fā)和制造成本這使得廠商很難有任何新的想法。
然而,現(xiàn)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(qū)動器制造商和閃存廠商兩個維度之間競爭,獲得連續(xù)的技術(shù)發(fā)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(yōu)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(shù)的比較
經(jīng)驗表明,這種情況很少,如果有的話,會發(fā)生。外專業(yè)領(lǐng)域,如長期歸檔,硬盤驅(qū)動器和固態(tài)閃存,RAM,聚合物存儲器等各種技術(shù)并存,大多數(shù)產(chǎn)品各有自己的優(yōu)勢,并已經(jīng)實現(xiàn)或驗證了理論,而某種形式的閃存或磁盤沒有現(xiàn)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(yù)見的未來將會得到其歷史描述:更快,更安全,更便宜。