電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）在數(shù)字化浪潮席卷全球的今天，我們每年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到驚人的160ZB（2024年統(tǒng)計(jì)）。同時(shí)，全球數(shù)據(jù)量正以每年約23%的速度持續(xù)增長(zhǎng)，各行各業(yè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增加。而其中接近80%屬于幾乎不被頻繁訪問(wèn)卻需要長(zhǎng)期保存的“冷數(shù)據(jù)”。作為存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)的核心載體，數(shù)據(jù)中心在存儲(chǔ)方案選擇上，正面臨成本控制、效率提升與長(zhǎng)期安全等多方面的挑戰(zhàn)。

面對(duì)這一增長(zhǎng)趨勢(shì)，傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)顯得力不從心。為解決這一問(wèn)題，創(chuàng)新存儲(chǔ)技術(shù)被寄予厚望。日前，英國(guó)初創(chuàng)公司SPhotonix宣布其5D玻璃存儲(chǔ)技術(shù)啟動(dòng)數(shù)據(jù)中心落地計(jì)劃，單張5英寸玻璃光盤(pán)360TB的存儲(chǔ)容量、138億年的穩(wěn)定性，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)行業(yè)投下了一顆“深水炸彈”。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的挑戰(zhàn)與冷存儲(chǔ)的興起

根據(jù)2024年《全國(guó)數(shù)據(jù)資源調(diào)查報(bào)告》，我國(guó)數(shù)據(jù)生產(chǎn)總量已達(dá)41.06ZB，人均年度數(shù)據(jù)生產(chǎn)量約31.31TB。然而，這些數(shù)據(jù)中真正被有效存儲(chǔ)的僅占5.09%，其中接近80%為冷數(shù)據(jù)，一年內(nèi)訪問(wèn)次數(shù)為零的數(shù)據(jù)占比高達(dá)38%。

冷數(shù)據(jù)雖然訪問(wèn)頻率低，但價(jià)值不容忽視。從自動(dòng)駕駛測(cè)試數(shù)據(jù)到醫(yī)療檔案，從科研記錄到歷史文獻(xiàn)，這些數(shù)據(jù)需要在需要時(shí)能夠被快速訪問(wèn)，卻又不適合存放在昂貴的高速存儲(chǔ)設(shè)備中。在此背景下，數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)需求呈現(xiàn)多元化特征，不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)讀寫(xiě)速度、存儲(chǔ)容量、成本預(yù)算、數(shù)據(jù)留存周期的要求差異顯著，催生出了多種技術(shù)路徑并存的存儲(chǔ)方案。當(dāng)前主流方案可分為磁性存儲(chǔ)、固態(tài)存儲(chǔ)與分布式存儲(chǔ)三大類(lèi)，各類(lèi)方案在性能、成本與適用場(chǎng)景上各有側(cè)重。

磁性存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)領(lǐng)域的“老牌勁旅”，主要包括機(jī)械硬盤(pán)（HDD）和磁帶存儲(chǔ)兩大細(xì)分品類(lèi)，核心依托磁性材料的磁化狀態(tài)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。

機(jī)械硬盤(pán)（HDD）憑借成熟的技術(shù)、大容量與低成本優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期占據(jù)數(shù)據(jù)中心大容量存儲(chǔ)的主導(dǎo)地位。其優(yōu)點(diǎn)十分突出：?jiǎn)伪P(pán)容量已突破20TB，單位存儲(chǔ)成本不足0.1元/GB，且技術(shù)成熟度高、兼容性強(qiáng)，適用于對(duì)讀寫(xiě)速度要求不高的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)場(chǎng)景，如視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、用戶(hù)行為日志等。但短板也同樣明顯：機(jī)械結(jié)構(gòu)的特性導(dǎo)致其讀寫(xiě)速度較慢，隨機(jī)讀寫(xiě)性能僅為每秒數(shù)十兆字節(jié)，且抗震性差、使用壽命有限，需要持續(xù)供電維持運(yùn)行，長(zhǎng)期存儲(chǔ)的能源成本不可忽視。

磁帶存儲(chǔ)則是冷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的傳統(tǒng)選擇，通過(guò)磁粉涂層記錄數(shù)據(jù)，具備極高的存儲(chǔ)密度與極低的單位成本，單盒磁帶容量可達(dá)數(shù)百TB，且在離線狀態(tài)下無(wú)需供電，數(shù)據(jù)留存周期可長(zhǎng)達(dá)30年以上。但其致命缺陷在于讀寫(xiě)速度極慢，數(shù)據(jù)訪問(wèn)延遲通常以分鐘計(jì)，且需要專(zhuān)用的磁帶庫(kù)設(shè)備進(jìn)行管理，適用于歸檔級(jí)冷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如政府檔案、科研數(shù)據(jù)等長(zhǎng)期留存且極少訪問(wèn)的數(shù)據(jù)。

固態(tài)存儲(chǔ)以固態(tài)硬盤(pán)（SSD）為核心，基于閃存芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，憑借無(wú)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，徹底擺脫了機(jī)械硬盤(pán)的性能瓶頸。其最大優(yōu)勢(shì)在于讀寫(xiě)速度極快，順序讀寫(xiě)速度可達(dá)每秒數(shù)千兆字節(jié)，隨機(jī)讀寫(xiě)性能更是機(jī)械硬盤(pán)的數(shù)百倍，能夠滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)實(shí)時(shí)性要求極高的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，如人工智能模型訓(xùn)練、高頻交易數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)緩存等。同時(shí)，SSD具備抗震性強(qiáng)、能耗低、體積小的特點(diǎn)，在高密度數(shù)據(jù)中心部署中優(yōu)勢(shì)明顯。但固態(tài)存儲(chǔ)的普及受限于高昂的成本，單位存儲(chǔ)成本約為機(jī)械硬盤(pán)的5-10倍，且閃存芯片存在寫(xiě)入壽命限制，多次擦寫(xiě)后性能會(huì)逐漸衰減。此外，SSD的數(shù)據(jù)留存依賴(lài)電力維持，長(zhǎng)期離線存儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)，難以適用于歸檔級(jí)冷存儲(chǔ)場(chǎng)景。

此外，藍(lán)光存儲(chǔ)是超長(zhǎng)期存儲(chǔ)的新興選擇。其優(yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)保存壽命可達(dá)100年，抗磁干擾、防水防火性能優(yōu)異；不過(guò)，藍(lán)光存儲(chǔ)單位成本高于磁帶，單片容量難以突破TB級(jí)。

非磁性冷存儲(chǔ)技術(shù)：玻璃存儲(chǔ)的崛起

當(dāng)前，非磁性冷存儲(chǔ)技術(shù)已形成以玻璃存儲(chǔ)為核心，DNA存儲(chǔ)、陶瓷存儲(chǔ)、冰存儲(chǔ)等多種技術(shù)路徑并存的發(fā)展格局。其中，玻璃存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)展最快，已進(jìn)入數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)籌備階段；DNA存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化產(chǎn)品突破；其他技術(shù)路徑仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)或小規(guī)模驗(yàn)證階段。

SPhotonix公司近期宣布，其基于熔融石英玻璃盤(pán)片的5D存儲(chǔ)技術(shù)已走出實(shí)驗(yàn)室，正加速邁向數(shù)據(jù)中心實(shí)際部署。該公司的存儲(chǔ)介質(zhì)采用飛秒激光在納米尺度結(jié)構(gòu)中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，信息以五個(gè)維度進(jìn)行編碼：三個(gè)空間坐標(biāo)（x、y、z）以及納米結(jié)構(gòu)的方向和強(qiáng)度。單張5英寸玻璃光盤(pán)可存儲(chǔ)高達(dá)360TB數(shù)據(jù)，穩(wěn)定性可達(dá)138億年，相當(dāng)于當(dāng)前估算的宇宙年齡。玻璃存儲(chǔ)的核心優(yōu)勢(shì)在于其“寫(xiě)一次、永久保存”的特性，無(wú)需電力即可永久保存數(shù)據(jù)，對(duì)高溫、水浸、電磁脈沖等極端環(huán)境具有天然防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)年以上壽命幾乎沒(méi)有衰減。

除SPhotonix外，目前這一賽道還有微軟、Cerabyte等公司布局。其中，微軟通過(guò)“Silica項(xiàng)目”公開(kāi)測(cè)試玻璃存儲(chǔ)介質(zhì)，已實(shí)現(xiàn)TB級(jí)寫(xiě)入，讀取端借助偏振顯微鏡和機(jī)器學(xué)習(xí)解碼數(shù)據(jù)；Cerabyte已公布玻璃存儲(chǔ)商業(yè)化路線圖，首個(gè)Demo樣機(jī)單柜容量1PB、讀寫(xiě)帶寬100MB/s，預(yù)計(jì)2025年推出本地部署升級(jí)版。

不過(guò)，盡管前景廣闊，5D玻璃存儲(chǔ)技術(shù)仍面臨多重挑戰(zhàn)：
·成本壓力：飛秒激光器、納米級(jí)三維定位平臺(tái)等關(guān)鍵設(shè)備價(jià)格高昂，占整機(jī)成本近六成。早期系統(tǒng)的寫(xiě)入設(shè)備售價(jià)約3萬(wàn)美元，讀取設(shè)備約6000美元，遠(yuǎn)高于磁帶存儲(chǔ)系統(tǒng)。
·性能瓶頸：當(dāng)前原型機(jī)寫(xiě)入速度僅4MB/s，讀取速度30MB/s。SPhotonix目標(biāo)是3-4年內(nèi)實(shí)現(xiàn)500MB/s的讀寫(xiě)速度，但這一目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)仍存疑。
·訪問(wèn)延遲：微軟Project Silica設(shè)定的服務(wù)等級(jí)目標(biāo)（SLO）為約15小時(shí)內(nèi)完成歸檔數(shù)據(jù)的讀取，這種長(zhǎng)時(shí)延對(duì)實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用構(gòu)成挑戰(zhàn)。

寫(xiě)在最后

未來(lái)3-5年，隨著讀寫(xiě)速度提升和成本下降，玻璃存儲(chǔ)技術(shù)有望從“小眾歸檔介質(zhì)”逐步發(fā)展為數(shù)據(jù)中心的主流存儲(chǔ)解決方案之一。在數(shù)據(jù)爆炸式增長(zhǎng)的背景下，誰(shuí)能率先突破技術(shù)瓶頸，誰(shuí)就能在冷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)這一“藍(lán)海市場(chǎng)”中占據(jù)先機(jī)。