固態(tài)存儲逐步成為主流存儲技術(shù)分析

固態(tài)存儲逐步成為主流存儲技術(shù)分析

固態(tài)存儲逐步成為主流存儲技術(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生量的爆發(fā)式增長驅(qū)動對存儲需求大幅增長，也促進了存儲方式的進一步創(chuàng)新和發(fā)展。按照底層物理存儲介質(zhì)來分，數(shù)據(jù)存儲主要有光存儲、磁存儲和電存儲（又稱固態(tài)存儲或半導體存儲）三種方式。三種存儲技術(shù)的讀取原理不同，性能上亦存在優(yōu)劣勢，適用于不同的應用場景。光存儲在讀取速度及使用便利性方面存在限制，多用于低訪問率的冷數(shù)據(jù)存儲場景。磁、電介質(zhì)能夠保持數(shù)據(jù)一直在線，提高數(shù)據(jù)響應速度，是當前主要的數(shù)據(jù)存儲方式。基于dFlash的固態(tài)存儲在數(shù)據(jù)存儲速度、抗震、能耗等方面性能突出，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：1）固態(tài)存儲完全半導體化，不存在磁盤尋道時間，延遲時間較短，數(shù)據(jù)存取速度快；2）固態(tài)存儲無機械運動結(jié)構(gòu)，防震抗摔，即使發(fā)生與硬物碰撞，數(shù)據(jù)丟失的可能性能夠降到最低，且不產(chǎn)生噪音，功耗低，復雜環(huán)境下的可靠性大大增強；3）固態(tài)存儲完全半導體化，結(jié)構(gòu)緊湊，可根據(jù)使用場景需求設(shè)計成各種不同接口、形狀的產(chǎn)品，適應性大大增強。基于固態(tài)存儲突出的優(yōu)勢，加之上游DFlash的產(chǎn)能逐步穩(wěn)定，性價比日益得到體現(xiàn)，其已逐漸取代機械硬盤（HDD）成為下一代主流數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。據(jù)IDC的數(shù)據(jù)，2020年，全球范圍內(nèi)固態(tài)硬盤在出貨量上首次完成對傳統(tǒng)機械硬盤的超越，這一趨勢將繼續(xù)保持并不斷強化。存儲器行業(yè)中國規(guī)模我國存儲器市場主要集中在DARM和DFlash領(lǐng)域。在存儲器細分市場，光存儲和磁存儲逐漸往企業(yè)級市場方向發(fā)展，其中光存儲目前在企業(yè)級市場應用快速發(fā)展，很大程度地拉動了整個存儲器市場的發(fā)展。據(jù)資料顯示，2020年我國存儲器行業(yè)市場規(guī)模為3223億元，同比增長11．9%。我國數(shù)據(jù)存儲行業(yè)市場走向分析當前，數(shù)據(jù)存儲技術(shù)在NAS和SAN這兩種基本架構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展迅速。一方面有心的架構(gòu)出現(xiàn)，另一方面，許多原來不適用于NAS或SAN的技術(shù)開始向它們兩者靠攏，爭取也在這龐大的存儲市場中分得一杯羹。最為明顯的是當前新涌現(xiàn)的IPSAN存儲技術(shù)，它利用技術(shù)相當成熟，部署更加容易，成本更低的IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)SAN存儲。下面分析數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的發(fā)展方向。雖然現(xiàn)在有很多各種各樣的存儲架構(gòu)，但基本架構(gòu)單元在目前來說沒有多大改變，仍是DAS、NAS與SAN三者共存，在短期內(nèi)不可能出現(xiàn)一種或兩種完全取代其他兩種或一種的趨勢。虛擬存儲是SAN存儲系統(tǒng)智能化的一種技術(shù)表現(xiàn)。虛擬化存儲可更有效地利用存儲設(shè)備的存儲空間，更有效地管理存儲系統(tǒng)中的各網(wǎng)絡(luò)，而不致出現(xiàn)現(xiàn)有NAS和SAN系統(tǒng)中所具有的信息孤島。存儲虛擬化通過合并這些孤立的存儲池，程度地滿足應用需求。存儲虛擬化使按照需求重新分配存儲資源變得更方便，即使跨多個文件服務(wù)器或SAN也不成問題。通常在服務(wù)器中都是采用傳統(tǒng)的SCSI接口磁盤，不過，IDE技術(shù)也在不斷發(fā)展，再加上新型的串行ATA接口技術(shù)發(fā)展勢頭非常強勁，大有趕超SCSI之勢。于是為了兼容SATA的磁盤接口技術(shù)SAS，IBM推出了SSA技術(shù)，但由于兼容性和升級能力不盡如人意，在市場上的影響遠不及SCSI技術(shù)廣泛。在存儲介質(zhì)上，也是百花齊放，傳統(tǒng)的、新型的都有。如傳統(tǒng)的磁帶、磁盤，新型的CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW等都在各種實際的存儲應用中得到應用，也不可能出現(xiàn)一種全面替代另一種或幾種的現(xiàn)象。存儲的互操作性對用戶而言極為關(guān)鍵。它分為兩個方面。一個存儲設(shè)備支持不同的服務(wù)器系統(tǒng)，這個問題已經(jīng)得到了很好的解決。另一個方面是如何支持多廠商的存儲系統(tǒng)。數(shù)據(jù)存儲對象包括數(shù)據(jù)流在加工過程中產(chǎn)生的臨時文件或加工過程中需要查找的信息。數(shù)據(jù)以某種格式記錄在計算機內(nèi)部或外部存儲介質(zhì)上。數(shù)據(jù)存儲要命名，這種命名要反映信息特征的組成含義。數(shù)據(jù)流反映了系統(tǒng)中流動的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出動態(tài)數(shù)據(jù)的特征；數(shù)據(jù)存儲反映系統(tǒng)中靜止的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出靜態(tài)數(shù)據(jù)的特征。存儲器行業(yè)發(fā)展趨勢在中國互聯(lián)網(wǎng)+、大力發(fā)展新一代信息技術(shù)和不斷加強先進制造業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略指引下，國內(nèi)信息化、數(shù)字化、智能化進程加快，用戶側(cè)的視頻、監(jiān)控、數(shù)字電視、社交網(wǎng)絡(luò)等應用和制造側(cè)的工業(yè)智能化逐漸普及，刺激存儲芯片的市場需求快速增長。此外，5G、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等新一代信息技術(shù)在中國大規(guī)模開發(fā)及應用，也催生了我國對存儲器的強勁需求。此外，隨著我國逐漸成為全球最大的消費類電子市場，其龐大的消費群體及旺盛的消費需求，吸引全球集成電路產(chǎn)業(yè)向中國市場轉(zhuǎn)移，提升并豐富了我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈。同時，產(chǎn)業(yè)政策的支持吸引一大批高端人才回國發(fā)展，人才聚集使得國內(nèi)企業(yè)逐步積累了自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)，為存儲器的提供了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，推動自給率提升，為行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇。存儲器行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析存儲器行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游主要為材料及設(shè)備供應環(huán)節(jié)；中游為存儲器生產(chǎn)供應環(huán)節(jié)；下游廣泛應用于計算機、消費電子、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車電子、智能終端等各個領(lǐng)域。半導體材料是存儲器主要原材料之一，在國家鼓勵半導體材料國產(chǎn)化的政策導向下，本土半導體材料廠商不斷提升半導體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國外半導體廠商的壟斷格局，推進中國半導體材料國產(chǎn)化進程，促進中國半導體材料行業(yè)的發(fā)展。據(jù)資料顯示，2021年我國半導體材料行業(yè)市場規(guī)模達119．3億元，同比增長22．2%。數(shù)據(jù)存儲行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈有數(shù)據(jù)的地方就有存儲，大存儲行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈可大致分為存儲芯片/元器件/核心軟件、存儲整機和解決方案、系統(tǒng)集成與存儲服務(wù)三個層次。上游包括通用芯片/元器件（比如CPU、內(nèi)存、連接器等）、存儲專用芯片/元器件（比如HDD、SSD、SAS芯片等）、存儲核心軟件三類；中游主要是存儲整機和解決方案，包括企業(yè)級存儲（比如SAN、NAS、多協(xié)議等）和消費級存儲（比如移動硬盤、閃存盤等）；下游主要是系統(tǒng)集成與存儲服務(wù)，即將存儲產(chǎn)品與其他產(chǎn)品進行集成，以整體系統(tǒng)或服務(wù)方式提供給終端用戶。數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，2017-2022年期間，我國數(shù)據(jù)存儲行業(yè)的市場規(guī)模均保持著正增長態(tài)勢，其中2017年的市場規(guī)模更是達到了3494．03億元，2021年我國數(shù)據(jù)存儲行業(yè)的市場規(guī)模增長至5983．44億元，同比增長了10．11%。隨著半導體和云計算的發(fā)展解決計算成本和計算能力問題，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學習在算法效率上實現(xiàn)突破，以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等為代表的萬物智能應用將使各行各業(yè)的數(shù)據(jù)量以遠超摩爾定律的速率爆發(fā)增長。目前近六成的企業(yè)已成立數(shù)據(jù)分析相關(guān)部門，超過1/3的企業(yè)已實際應用大數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)集中、數(shù)據(jù)挖掘、商業(yè)智能、協(xié)同作業(yè)等大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的日趨成熟，數(shù)據(jù)價值呈指數(shù)上升趨勢，數(shù)據(jù)逐漸成為企業(yè)越來越重要的無形資產(chǎn)，因此使得存儲行業(yè)快速升溫。預計未來大數(shù)據(jù)引出的存儲增量需求主要有三方面，一是數(shù)據(jù)量擴大引起的擴容需求，二是數(shù)據(jù)分析和處理產(chǎn)生的倍增數(shù)據(jù)存儲需求，三是數(shù)據(jù)價值被發(fā)掘后，企業(yè)會對數(shù)據(jù)的安全保障投入更大的精力，進而產(chǎn)生更多的容災需求和備份需求。近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)+、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)逐漸成為用戶的核心信息資產(chǎn)。2013年美國棱鏡門事件和RSA后門事件的影響持續(xù)發(fā)酵，個人隱私意識和企業(yè)數(shù)據(jù)安全意識不斷提升，國家已將核心IT產(chǎn)品自主可控提升到戰(zhàn)略高度，近年來相繼出臺了一系列鼓勵信息產(chǎn)業(yè)自主可控的法律法規(guī)和產(chǎn)業(yè)政策，隨著國家對信息基礎(chǔ)設(shè)施的重視程度日益提高，相關(guān)市場的空間日益擴大，信息產(chǎn)業(yè)核心基礎(chǔ)設(shè)施的趨勢正在加快。近年中國外部存儲市場為例，進入高端市場排名的廠商中，國外廠商占據(jù)56．5%的市場份額，國內(nèi)廠商以華為、曙光、DCN、宏杉為代表，占據(jù)39．4%的市場份額；進入中端市場排名的廠商中，國外廠商占據(jù)38．0%的市場份額，國內(nèi)廠商以華為、浪潮、宏杉、同有、宇視、曙光、聯(lián)想、DCN為代表，占據(jù)53．0%的市場份額。因此，中國存儲市場的國產(chǎn)化程度仍有較大的提升空間。近年來國內(nèi)中高端存儲市場發(fā)展較快，市場規(guī)模在不斷擴大，且仍有較大空間，在政策面的大力支持下，國內(nèi)廠商正在逐步擴大自身的市場份額。公司在中高端存儲產(chǎn)品方面擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)且已形成成熟豐富的產(chǎn)品組合，因此有望在未來中高端存儲市場領(lǐng)域進一步擴大自身銷售規(guī)模。一般意義上的企業(yè)存儲市場特指的是企業(yè)級存儲系統(tǒng)市場，截至2020年底，中國企業(yè)級存儲市場空間50億美元，較上年增加5．0億美元，同比增長11．04%；預計2021年中國企業(yè)級存儲市場空間達到55億美元。存儲市場按照存儲架構(gòu)可以分為傳統(tǒng)企業(yè)級存儲（TESS）、軟件定義存儲（SDS）、超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（HCI）。2020年，中國存儲市場中傳統(tǒng)企業(yè)級存儲（TESS）占比59．2%；軟件定義存儲（SDS）占比22．2%；超融合基礎(chǔ)架構(gòu)（HCI）占比18．6%。存儲市場按照存儲介質(zhì)可以分為全閃存儲（AFA）、混閃存儲（HFA）、全機械盤存儲（HDD）。2020年，中國存儲市場中混閃存儲占比53．2%，全機械盤存儲（HDD）占比28．6%，全閃存儲占比18．2%。存儲器行業(yè)市場發(fā)展現(xiàn)狀分析在新興技術(shù)驅(qū)動下，存儲主要面對的是云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等大規(guī)模數(shù)據(jù)應用場景。相較于傳統(tǒng)存儲，源于大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的軟件定義存儲技術(shù)，天生具有的可擴展性以及靈活性，數(shù)據(jù)存儲行業(yè)為新基建時代帶來了革命性的數(shù)據(jù)儲存手段。伴隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)存儲技術(shù)已成為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)架構(gòu)中不可或缺的底層基座。然而，日益增長的數(shù)據(jù)存儲需求，要求數(shù)據(jù)存儲技術(shù)在介質(zhì)、架構(gòu)、協(xié)議、應用與運維模式等數(shù)據(jù)存儲行業(yè)方面不斷發(fā)展演進。當前數(shù)據(jù)資源已成為關(guān)鍵生產(chǎn)要素，更多的產(chǎn)業(yè)通過利用物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、電商等結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)資源來提取有價值信息;而海量數(shù)據(jù)的處理與分析均要求構(gòu)建大數(shù)據(jù)中心。近年來，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及在各行業(yè)的滲透，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的IDC需求仍是推動中國數(shù)據(jù)中心（IDC）業(yè)務(wù)市場規(guī)模絕對值增長的主要驅(qū)動力，數(shù)據(jù)存儲行業(yè)市場始終保持市場規(guī)模量級的增長。在區(qū)域市場中，由于北上廣地區(qū)禁限政策的出臺，數(shù)據(jù)中心布局范圍逐漸向周邊區(qū)域延伸，以滿足區(qū)域市場內(nèi)IDC業(yè)務(wù)需求。如今，數(shù)據(jù)存儲正在進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的企業(yè)需要具備能夠支持不斷增長的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)速率的能力。因此，對于面向未來的數(shù)據(jù)中心來說，數(shù)據(jù)中心和IT設(shè)施團隊需要符合可持續(xù)投資戰(zhàn)略的正確技術(shù)。最開始的阿里巴巴互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)，幾乎就是中國工商銀行的縮小版，互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)從業(yè)人員幾乎全部來自國內(nèi)各大銀行或電信行業(yè)，或者來自國外類似微軟、yahoo這樣的傳統(tǒng)IT企業(yè)。隨著分布式技術(shù)的逐漸成熟和工業(yè)化，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)倉庫迎來了飛速發(fā)展的春天?，F(xiàn)在，拋棄大型機+關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的模型，采用分布式的服務(wù)器集群+分布式存儲的海量存儲器，無論是從硬件成本、軟件成本還是從硬件升級、日常維護上來講，都是一次飛躍。更重要的是，解決了困擾數(shù)據(jù)倉庫發(fā)展的一個非常重要的問題，即計算能力不足的問題，當100～200臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器一起工作的時候，無論是什么樣的大型機，都已經(jīng)無法與之比擬了。以阿里云（阿里巴巴集團數(shù)據(jù)中心服務(wù)提供者）為例，近1000臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器分布式并行，支持著每日淘寶、支付寶、阿里巴巴三大子公司超過PB級別的數(shù)據(jù)量，隨著技術(shù)的日益成熟和硬件成本的逐漸降低，未來的數(shù)據(jù)倉庫將是以流計算為主的實時數(shù)據(jù)倉庫和分布式計算為主流的準實時數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)存儲市場需求層次分析目前，Internet上的數(shù)據(jù)量爆炸性增長，數(shù)據(jù)總量呈指數(shù)上升，IDC數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)必須具有足夠的容量以適應不斷增長的數(shù)據(jù)量。存儲系統(tǒng)不光要有大量的現(xiàn)實容量，還應該具有很好的可擴展性，能根據(jù)數(shù)據(jù)量的增長提供無縫的、不停機的容量擴充。信息是具有時效性的，對于企業(yè)而言，及時獲得所需數(shù)據(jù)非常關(guān)鍵；對于ICP而言，較高的訪問速度是服務(wù)質(zhì)量的重要指標。對于寬帶應用，存儲系統(tǒng)的帶寬要與網(wǎng)絡(luò)帶寬相適應。因此，存儲系統(tǒng)的響應速度和吞吐率是IDC數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)應該密切關(guān)注的問題。從歷史上看，計算機速度的瓶頸已逐漸從20世紀80年代的CPU和90年代的網(wǎng)絡(luò)帶寬轉(zhuǎn)移到I/O子系統(tǒng)。因此，要提高IDC數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)的整體性能，存儲系統(tǒng)的性能提高是一個關(guān)鍵問題。IDC數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)存儲了企業(yè)大量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，因此，必須保證這些數(shù)據(jù)始終是安全可用的。在任何情況下，例如系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤或遇到意外災難，數(shù)據(jù)都不能丟失。系統(tǒng)應具有快速故障恢復能力，保證應用系統(tǒng)永不停機（7×24小時不間斷工作），數(shù)據(jù)始終保持完整性和一致性。IDC數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)保存著大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)的管理不光體現(xiàn)在應用層的管理，還體現(xiàn)在存儲系統(tǒng)的管理。這主要表現(xiàn)在集中的自動化管理，如數(shù)據(jù)按特定規(guī)則的備份、對系統(tǒng)性能和流量等特性的監(jiān)測、存儲設(shè)備的負載平衡等?，F(xiàn)在磁盤、磁帶的存儲容量每年增長1倍，基本上能適應數(shù)據(jù)的增長。在IDC數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)，存儲任務(wù)是由以上述技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)成的存儲系統(tǒng)來完成的，主要有問問通、磁盤陣列、磁帶庫和光盤庫。新出現(xiàn)的SAN（存儲區(qū)域網(wǎng)）、NAS（附網(wǎng)存儲）和集群存儲等新的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)為存儲系統(tǒng)容量和性能的擴展提供了有力的支持。另外，數(shù)據(jù)共享技術(shù)在一定的條件下可以緩解容量問題。對于高性能方面，在單個磁盤讀寫性能提升空間有限的前提下，并行I/O技術(shù)和Cache技術(shù)成為主角。并行I/O技術(shù)目前在國際上正被廣泛研究，像磁盤陣列技術(shù)、多通道技術(shù)等已得到廣泛應用。目前研究的重點是大規(guī)模并行I/O和多級存儲技術(shù)，它們主要是從存儲系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)入手，利用SAN和集群等技術(shù)進一步提高存儲系統(tǒng)的整體性能。對于Cache技術(shù)，針對不同的應用（如數(shù)據(jù)庫中事務(wù)處理方式、WWW方式等）采用合適的數(shù)據(jù)預取策略正被廣泛應用。此外，采用光纖通道技術(shù)作為新一代存儲接口已成為趨勢，促進了存儲系統(tǒng)性能的提高。對于數(shù)據(jù)可用性問題可從多個層面進行討論。磁盤陣列是一種最基本的高可用存儲技術(shù)。在IDC數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)，應選擇雙電源、雙控制器、沒有單點故障的磁盤陣列。對