存儲器最新發展路線圖

今年早些時候，IEEE 路線圖和系統 (IRDS) 發布了有關海量數據存儲的技術路線圖報告。該報告涵蓋硬盤驅動器、磁帶、光盤技術以及固態存儲。此外，還有與非易失性存儲器技術的其他 IRDS 路線圖相關的材料，例如磁性隨機存取存儲器 (MRAM)、電阻式 RAM (ReRAM)、鐵電 RAM (FeRAM) 和相變存儲器 (PCM)。還有一節介紹使用 DNA 進行檔案存儲。

報告中的一些要點如下。固態存儲方面，以 NAND 閃存為主，目前市場規模為 600 億美元。MRAM、FeRAM、ReRAM 和 PCM 等替代技術的每比特成本仍然較高，但正在嵌入式設備中用于取代 NOR 閃存和一些 SRAM（尤其是 MRAM 和 ReRAM）。繼 2022 年和 2023 年因疫情供應不確定性導致庫存過多而出現下滑之后，2024 年將是所有存儲和內存技術的復蘇年。未來，NAND 閃存將繼續朝著更高層和每單元更多位數的方向發展，但降低成本變得越來越困難，每單元更多位數會帶來較低的耐用性和性能。

下圖顯示了海量存儲路線圖中的 NAND 閃存路線圖。

HDD 的總出貨量持續下降，傳統應用程序被 SSD 取代。然而，數據中心和企業 HDD 市場已于 2024 年復蘇，大數據應用（包括人工智能）對 HDD 存儲的需求持續增長。這些驅動器可能包括雙執行器、熱輔助磁記錄 (HAMR) 和二維磁記錄 (TDMR)。目前的存儲容量高達 32TB，但到 2026 年應該會出現 50TB HDD。這將使 HDD 在二級存儲和主動存檔應用方面能夠與 SSD 競爭。

此外，根據 IDC 的全球數據球報告，結合流媒體和實時數據處理需求，發現超過 90% 的企業工作負載位于中高容量區間，對數據傳輸時間的要求屬于「名義時間」（即 HDD 響應時間即可滿足），而非實時或超實時（通常要求 SSD 響應速度）。這意味著，在大部分場景下，HDD 提供的性能已經足夠，且其成本效益更高。而真正需要 SSD 速度的工作負載僅占少數，主要集中在低容量、高響應時間需求的領域。

這也意味著 SSD 與 HDD 將在存儲市場共存。SSD 在速度上的優勢使其在特定應用領域（如高性能計算、數據庫加速）不可或缺，而 HDD 憑借其成本效益和大容量存儲優勢，在大數據存儲、近線存儲等場景中仍占據主導地位。這些觀點也提示我們，技術發展并非簡單的線性替代，而是根據市場需求和成本效益的權衡來動態調整。

下圖顯示了海量存儲路線圖中對 HDD 技術的一些預測。

目前，半英寸磁帶的原始容量最高可達 50TB（IBM 企業磁帶），而且磁帶除了在驅動器中時不會消耗大量能源。磁帶每字節存儲數據的成本也比 HDD 低得多。因此，磁帶是一種低成本、緊湊的檔案存儲。未來幾代磁帶應該會提供超過 100TB 的原始容量。磁帶受益于 HDD 磁記錄的發展，未來容量將會增加。

下表顯示了大容量存儲路線圖中對磁帶的預測。

光盤技術作為消費媒體分發介質的地位已經下降，新的光存儲產品的焦點集中在它們作為低成本檔案存儲介質的用途。在不久的將來，一次寫入 100TB 光盤預計將出現，并且光學存儲將很可能出現在圖書館系統中。

下圖顯示了海量存儲路線圖中的光盤路線圖。

DNA 數據存儲已在實驗室中得到驗證，但在合成 DNA 上讀取和寫入數據的成本對于實際應用來說過于昂貴。然而，由于醫學應用基因組學技術的發展速度，讀取和寫入合成 DNA 的成本正在下降，這可能使 DNA 在不久的將來成為檔案存儲的經濟替代品。DNA 可能會存儲在某種圖書館系統中，例如磁帶或光盤。需要做大量的工作來創建可制造且具有成本效益的 DNA 存儲系統。

數字存儲需求不斷增長，這需要更先進的存儲技術來支持強大的數字海量存儲層次結構。IEEE IRDS 海量存儲路線圖概述了 NAND 閃存、新興非易失性存儲器、HDD、磁帶、光學記錄和 DNA 存儲發展的預測。

數字經濟時代，信息技術已經滲透到生活的方方面面，數據存儲系統作為信息化系統的基礎設施，構建一套穩定、高效、滿足未來業務發展需求的數據存儲系統將是企業和組織夯實數據底座、挖掘數據價值、釋放數據潛能的關鍵。