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存储器最新发展路线图
2024-09-243


数字存储需求不断增长，这需要更先进的存储技术来支持强大的数字海量存储层次结构。
今年早些时候，IEEE 路线图和系统 (IRDS) 发布了有关海量数据存储的技术路线图报告。该报告涵盖硬盘驱动器、磁带、光盘技术以及固态存储。此外，还有与非易失性存储器技术的其他 IRDS 路线图相关的材料，例如磁性随机存取存储器 (MRAM)、电阻式 RAM (ReRAM)、铁电 RAM (FeRAM) 和相变存储器 (PCM)。还有一节介绍使用 DNA 进行档案存储。
报告中的一些要点如下。固态存储方面，以 NAND 闪存为主，目前市场规模为 600亿美元。MRAM、FeRAM、ReRAM 和 PCM 等替代技术的每比特成本仍然较高，但正在嵌入式设备中用于取代 NOR 闪存和一些 SRAM（尤其是 MRAM 和 ReRAM）。继 2022 年和 2023 年因疫情供应不确定性导致库存过多而出现下滑之后，2024 年将是所有存储和内存技术的复苏年。未来，NAND 闪存将继续朝着更高层和每单元更多位数的方向发展，但降低成本变得越来越困难，每单元更多位数会带来较低的耐用性和性能。
下图显示了海量存储路线图中的 NAND 闪存路线图。
 
HDD 的总出货量持续下降，传统应用程序被 SSD 取代。然而，数据中心和企业 HDD 市场已于 2024 年复苏，大数据应用（包括人工智能）对 HDD 存储的需求持续增长。这些驱动器可能包括双执行器、热辅助磁记录 (HAMR) 和二维磁记录 (TDMR)。目前的存储容量高达 32TB，但到 2026 年应该会出现 50TB HDD。这将使 HDD 在二级存储和主动存档应用方面能够与 SSD 竞争。
此外，根据IDC的全球数据球报告，结合流媒体和实时数据处理需求，发现超过90%的企业工作负载位于中高容量区间，对数据传输时间的要求属于“名义时间”（即HDD响应时间即可满足），而非实时或超实时（通常要求SSD响应速度）。这意味着，在大部分场景下，HDD提供的性能已经足够，且其成本效益更高。而真正需要SSD速度的工作负载仅占少数，主要集中在低容量、高响应时间需求的领域。
这也意味着SSD与HDD将在存储市场共存。SSD在速度上的优势使其在特定应用领域（如高性能计算、数据库加速）不可或缺，而HDD凭借其成本效益和大容量存储优势，在大数据存储、近线存储等场景中仍占据主导地位。这些观点也提示我们，技术发展并非简单的线性替代，而是根据市场需求和成本效益的权衡来动态调整。
下图显示了海量存储路线图中对 HDD 技术的一些预测。
 
目前，半英寸磁带的原始容量最高可达 50TB（IBM 企业磁带），而且磁带除了在驱动器中时不会消耗大量能源。磁带每字节存储数据的成本也比 HDD 低得多。因此，磁带是一种低成本、紧凑的档案存储。未来几代磁带应该会提供超过 100TB 的原始容量。磁带受益于 HDD 磁记录的发展，未来容量将会增加。
下表显示了大容量存储路线图中对磁带的预测。
 
光盘技术作为消费媒体分发介质的地位已经下降，新的光存储产品的焦点集中在它们作为低成本档案存储介质的用途。在不久的将来，一次写入 100TB 光盘预计将出现，并且光学存储将很可能出现在图书馆系统中。
下图显示了海量存储路线图中的光盘路线图。
 
DNA 数据存储已在实验室中得到验证，但在合成 DNA 上读取和写入数据的成本对于实际应用来说过于昂贵。然而，由于医学应用基因组学技术的发展速度，读取和写入合成 DNA 的成本正在下降，这可能使 DNA 在不久的将来成为档案存储的经济替代品。DNA 可能会存储在某种图书馆系统中，例如磁带或光盘。需要做大量的工作来创建可制造且具有成本效益的 DNA 存储系统。
数字存储需求不断增长，这需要更先进的存储技术来支持强大的数字海量存储层次结构。IEEE IRDS 海量存储路线图概述了 NAND 闪存、新兴非易失性存储器、HDD、磁带、光学记录和 DNA 存储发展的预测。
数字经济时代，信息技术已经渗透到生活的方方面面，数据存储系统作为信息化系统的基础设施，构建一套稳定、高效、满足未来业务发展需求的数据存储系统将是企业和组织夯实数据底座、挖掘数据价值、释放数据潜能的关键。
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