儲存技術的未來仍不明朗

2021-09-23 09:45:25 字數 3528 閱讀 7847

摘要:

如今,儲存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。

基於快閃儲存器和硬碟這兩個儲存系統之間的競爭將繼續推動這兩方面技術的發展。如今,快閃儲存器在遵從摩爾定律改進效能和成本方面佔據上風,但在生命周和可靠性的期方面有所限制。為尋找良好的儲存解決方案,這些效能將決定其發展情況。另一方面,硬碟儲存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。

硬碟技術

硬碟的技術發展繼續以較低的成本,容量的增加,穩定性和效能提高為目標。例如,希捷公司在2023年年初推出了6tb磁碟中,調整現有現有技術,但隨後在今年宣布推出其磁記錄(smr)技術的8tb硬碟。這通過允許在盤上的軌道彼此重疊,省去以前用於分開它們的休耕面積。更大的密度使得磁碟需要一次改寫多個軌道偏移。這會減慢一些寫操作,但對於容量來說,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,那麼它會加速另一種技術的發展,二維磁記錄(tdmr)訊號處理。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雜訊和訊號,當試圖檢索所需的資料時,這就變得非常必要了。許多技術可以解決這個問題,包括採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訊號。

目前的硬碟盤面密度超過每平方英吋1tb容量,其技術包括shingled,二維磁記錄和熱輔助磁記錄

硬碟密度的第三個重大改進是熱輔助磁記錄(hamr)。此使用具有綁在其雷射頭的雷射器驅動器,加熱所述的資料被記錄之前的軌道。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硬碟,但目前表示2023年推出其產品的可能性更大。

與此同時,日立公司通過採用氦填充提高其高階驅動器的能力。該氣體具有比空氣低得多的粘度,因此,其碟片可以疊加得更加緊密。

所有這些技術都為以前的創新所採納,垂直記錄而不是縱向記錄,通過將所有的上述思路,硬碟行業預計能產生約三四年持續的連續增長,同時與快閃儲存器保持**差。

快閃儲存器技術

快閃儲存器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**3dnand的重大進展,其中快閃儲存器的基本單電晶體採用單元架構堆疊成晶元內部的三維陣列。英特爾公司與合作夥伴美光科技公司共同合作,採用32微公尺3dnand技術,每增加一倍的電晶體儲存多級單元(mlc)相結合,**每個晶元容量將達到48gb。該公司表示,這適合為手機建立1tb固態硬碟,為消費者的硬碟驅動器提供更高的競爭力,而到2023年,該產品與目前10tb的企業級ssd硬碟相比,其成本將降低五倍。

另一種技術三重級單元(tlc)快閃儲存器在2023年變得更加成熟。原始快閃儲存器單元經常被描述為具有儲存在其中的兩個電壓,乙個用於資料1,另乙個用於資料0。這不是嚴格地說:其更準確想保持電壓範圍的單元,而乙個小範圍任何電壓意義為1,而在另乙個範圍含義的任何電壓為0。這些範圍可能相當廣泛,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,具有對應於00,01,10和11四種電壓範圍,相當於兩個單級單元,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,因為支援電路需要更精確的閱讀和寫作,並在單元效能產生變化,作為乙個結果,生產或老化更為顯著。讀取和寫入速度慢,壽命下降,錯誤上公升。然而,具有兩倍的容量,對於讀取成本來說,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,其資料只有其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,但在價效比的競爭中沒有優勢。

三星公司結合3d和tlcnand技術生產的850evo主流消費級固態硬碟,容量高達1tb,五年保修。乙個1tb的850evo硬碟的成本為379.99英鎊

2023年儲存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訊、經濟部署的關鍵期,為了確定和設計錯誤。驅動晶元設計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)是一種編碼資料進入儲存器的方式,在讀出遇到了許多錯誤可以被檢測,並採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發明於20世紀60年代,在20世紀90年代,開始被採用現在的wi-fi,10gb乙太網和數碼電視中。因此,它代表著外部儲存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。在儲存器陣列中的半導體結構的電特性由於短期內溫度和長期的老化而發生變化。通過調整這些引數,而不是取代它們,可以延長其使用壽命,並減少錯誤。

最後,該驅動器具有乙個片上的raid機制,可以檢測到不可恢復的錯誤,並從乙個頁面切換到另乙個頁面。

這種tlc分層的技術補償提高了其特性,並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乙個更低的限制,這可能會看到它優先用於快速訪問寫入一次性的檔案,如消費資料的雲儲存。

企業儲存

最成功的企業儲存策略就是繼續同時使用快閃儲存器和硬碟:在未來五年內,硬碟不會達到快閃儲存器的效能,快閃儲存器不會具有儲存傳統企業資料的能力,更不用說**的巨大增長時,物聯網(iot)開始儲存從我們所承諾數十億個連線裝置的資訊。

企業儲存繼續迅速移動到乙個混合模式,在類似的技術,架構,以及發展模式的應用範圍內,並超越了企業傳統的硬體之間的邊界,它擁有和管理在雲中使用的服務。

對於儲存來說,這意味著向分布式和虛擬化系統發展,利用易於管理和擴充套件的軟體環境,構建大型和靈活的儲存系統的儲存介面,增加和網路效能,從傳統的混合的nas/san批量儲存系統,並緊密耦合伺服器儲存,以滿足高效能的要求。

連線到多個伺服器的多個儲存節點,呈現給應用程式和管理軟體的統一檢視。無論是被稱為「軟體定義資料中心」,「伺服器san',「只有儲存的軟體」或者任何乙個數字特定**商的條款,都將遷移到虛擬化和分布式儲存,這是由成本、易用性,以及部署速度所推動的。通過確定哪些型別的應用程式使用什麼類的資料,這樣的系統可以自動將工作量和儲存的優化配置,並充分利用緊密耦合的超高速快閃儲存器儲存,或更遙遠的、容量更大的磁碟,無論是組織內或在雲中。

很少訪問的資訊,海量資料集,以及高效能計算需求檔案需要特別注意,但人們以期待什麼讓這些不同於主流的企業工作負載的發展,而主流儲存的此類任務,提高了適用性。

未來的儲存

而在更遠的未來,還沒有任何新的突破性技術打破快閃儲存器/硬碟雙寡頭的壟斷。

不同的儲存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,在非常低的利潤率執行。為了在乙個合理的時間內收回研究,開發和製造成本這使得廠商很難有任何新的想法。

然而,現有的儲存市場也完全不像乙個商品市場,它要求通過硬碟驅動器製造商和快閃儲存器廠商兩個維度之間競爭,獲得連續的技術發展。這是乙個競爭的格局,每乙個機會都被利用,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、快閃儲存器和硬碟各種儲存技術的比較

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,硬碟驅動器和固態快閃儲存器,ram,聚合物儲存器等各種技術並存,大多數產品各有自己的優勢,並已經實現或驗證了理論,而某種形式的快閃儲存器或磁碟沒有現實的路線圖,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,儲存在可預見的未來將會得到其歷史描述:更快,更安全,更便宜。

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