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存储技术的未来仍不明朗
作者: 佚名 2016-10-18 19:04 【企业网】

如今,存储技术在两个维度上发展:它是如何工作的,以及它是如何使用的。近年来人们看到两个方向的主要动作,虽然这些将是渐进的,而不是革命性的。

基于闪存和硬盘这两个存储系统之间的竞争将继续推动这两方面技术的发展。如今,闪存在遵从摩尔定律改进性能和成本方面占据上风,但在生命周和可靠性的期方面有所限制。为寻找良好的存储解决方案,这些性能将决定其发展情况。另一方面,硬盘存储具有成本和容量的限制。因此,保持这些优势是其路线图的主要驱动力。

硬盘技术

硬盘的技术发展继续以较低的成本,容量的增加,稳定性和性能提高为目标。例如,希捷公司在2014年年初推出了6TB磁盘中,调整现有现有技术,但随后在今年宣布推出其磁记录(SMR)技术的8TB硬盘。这通过允许在盘上的轨道彼此重叠,省去以前用于分开它们的休耕面积。更大的密度使得磁盘需要一次改写多个轨道偏移。这会减慢一些写操作,但对于容量来说,却增加了25%,而且不需要昂贵的生产技术进行改造。

如果说SMR是商业上的成功,那么它会加速另一种技术的发展,二维磁记录(TDMR)信号处理。当轨道如此薄和/或紧密结合在一起时,读取头从相邻轨道拾取噪声和信号,当试图检索所需的数据时,这就变得非常必要了。许多技术可以解决这个问题,包括采用多个磁头读取多个轨道的部分,同时让驱动器的数学上减去轨道间干扰信号。

目前的硬盘盘面密度超过每平方英寸1TB容量,其技术包括shingled,二维磁记录和热辅助磁记录

硬盘密度的第三个重大改进是热辅助磁记录(HAMR)。此使用具有绑在其激光头的激光器驱动器,加热所述的数据被记录之前的轨道。这将产生较少的相互干扰,更好地定义磁化区域。希捷曾在今年承诺推出HAMR硬盘,但目前表示2017年推出其产品的可能性更大。

与此同时,日立公司通过采用氦填充提高其高端驱动器的能力。该气体具有比空气低得多的粘度,因此,其盘片可以叠加得更加紧密。

所有这些技术都为以前的创新所采纳,垂直记录而不是纵向记录,通过将所有的上述思路,硬盘行业预计能产生约三四年持续的连续增长,同时与闪存保持价格差。

闪存技术

闪存技术正在迅速发生变化,许多来自小规模的部署的创新正在成为主流。那些企业如英特尔和三星公司都预测3DNAND的重大进展,其中闪存的基本单晶体管采用单元架构堆叠成芯片内部的三维阵列。英特尔公司与合作伙伴美光科技公司共同合作,采用32微米3DNAND技术,每增加一倍的晶体管存储多级单元(MLC)相结合,预测每个芯片容量将达到48GB。该公司表示,这适合为手机创建1TB固态硬盘,为消费者的硬盘驱动器提供更高的竞争力,而到2018年,该产品与目前10TB的企业级SSD硬盘相比,其成本将降低五倍。

另一种技术三重级单元(TLC)闪存在2015年变得更加成熟。原始闪存单元经常被描述为具有存储在其中的两个电压,一个用于数据1,另一个用于数据0。这不是严格地说:其更准确想保持电压范围的单元,而一个小范围任何电压意义为1,而在另一个范围含义的任何电压为0。这些范围可能相当广泛,可以广泛分离,使得它很容易为周围的电路提供足够好的电压,在输出读取时可以应付自如。

多电平单元MLC,具有对应于00,01,10和11四种电压范围,相当于两个单级单元,从而在相同的空间中具有双倍密度。这都具有相当的大难度,因为支持电路需要更精确的阅读和写作,并在单元性能产生变化,作为一个结果,生产或老化更为显著。读取和写入速度慢,寿命下降,错误上升。然而,具有两倍的容量,对于读取成本来说,这样的问题是可以克服的。

三重级单元TLC具有八个电压等级,分别对应000到111。与多电平单元MLC相比,其数据只有其50%,但在物理实现来说是相当困难的。因此,虽然TLC在5年来已推出了一些产品,但在性价比的竞争中没有优势。

三星公司结合3D和TLCNAND技术生产的850EVO主流消费级固态硬盘,容量高达1TB,五年保修。一个1TB的850EVO硬盘的成本为379.99英镑

2015年存储技术的最大差异是驱动技术的成熟,克服了TLC的速度、工作寿命和可靠性问题。作为先进的处理器和通信、经济部署的关键期,为了确定和设计错误。驱动芯片设计SiliconMotion公司提出了确定基本的错误管理系统的三个方法。

首先是低密度奇偶校验(LDPC)是一种编码数据进入存储器的方式,在读出遇到了许多错误可以被检测,并采用可靠的数学方式校正,最重要的是,不引入不可接受的处理开销。LDPC发明于20世纪60年代,在20世纪90年代,开始被采用现在的Wi-Fi,10Gb以太网和数字电视中。因此,它代表着外部存储未来的广泛的工程和技术挑战。

该LDPC引擎还提高了TLC阵列内的跟踪电压水平。在存储器阵列中的半导体结构的电特性由于短期内温度和长期的老化而发生变化。通过调整这些参数,而不是取代它们,可以延长其使用寿命,并减少错误。

最后,该驱动器具有一个片上的RAID机制,可以检测到不可恢复的错误,并从一个页面切换到另一个页面。

这种TLC分层的技术补偿提高了其特性,并使其越来越符合成本效益。TLC仍然有一些主要的问题,将限制其适用性,如在其寿命期间写入的一个更低的限制,这可能会看到它优先用于快速访问写入一次性的档案,如消费数据的云存储。

企业存储

最成功的企业存储策略就是继续同时使用闪存和硬盘:在未来五年内,硬盘不会达到闪存的性能,闪存不会具有存储传统企业数据的能力,更不用说预测的巨大增长时,物联网(IOT)开始存储从我们所承诺数十亿个连接设备的信息。

企业存储继续迅速移动到一个混合模式,在类似的技术,架构,以及发展模式的应用范围内,并超越了企业传统的硬件之间的边界,它拥有和管理在云中使用的服务。

对于存储来说,这意味着向分布式和虚拟化系统发展,利用易于管理和扩展的软件环境,构建大型和灵活的存储系统的存储接口,增加和网络性能,从传统的混合的NAS/SAN批量存储系统,并紧密耦合服务器存储,以满足高性能的要求。

连接到多个服务器的多个存储节点,呈现给应用程序和管理软件的统一视图。无论是被称为“软件定义数据中心”,“服务器SAN',“只有存储的软件”或者任何一个数字特定供应商的条款,都将迁移到虚拟化和分布式存储,这是由成本、易用性,以及部署速度所推动的。通过确定哪些类型的应用程序使用什么类的数据,这样的系统可以自动将工作量和存储的优化配置,并充分利用紧密耦合的超高速闪存存储,或更遥远的、容量更大的磁盘,无论是组织内或在云中。

很少访问的信息,海量数据集,以及高性能计算需求档案需要特别注意,但人们以期待什么让这些不同于主流的企业工作负载的发展,而主流存储的此类任务,提高了适用性。

未来的存储

而在更远的未来,还没有任何新的突破性技术打破闪存/硬盘双寡头的垄断。

不同的存储技术面临的主要问题是对现有技术的极具竞争力的市场。这一点,在某种意义上说,例如广阔的商品市场,在非常低的利润率运行。为了在一个合理的时间内收回研究,开发和制造成本这使得厂商很难有任何新的想法。

然而,现有的存储市场也完全不像一个商品市场,它要求通过硬盘驱动器制造商和闪存厂商两个维度之间竞争,获得连续的技术发展。这是一个竞争的格局,每一个机会都被利用,所以新进入市场的厂商必须有一些非常重要的优势才能得到更多的机会。

RAM(STT-RAM)、DRAM、闪存和硬盘各种存储技术的比较

经验表明,这种情况很少,如果有的话,会发生。外专业领域,如长期归档,硬盘驱动器和固态闪存,RAM,聚合物存储器等各种技术并存,大多数产品各有自己的优势,并已经实现或验证了理论,而某种形式的闪存或磁盘没有现实的路线图,显示其在未来十年具有显著的市场份额。

即使没有在酝酿一场革命,存储在可预见的未来将会得到其历史描述:更快,更安全,更便宜。


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