| 出版日期：2004-12-20 总期号：1374 本年期号：95 |
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新机遇 新挑战 新前景
——2004年信息存储技术回顾与展望 方粮 信息存储技术的发展对人类工作和生活的各个方面都产生了巨大影响。信息存储从设备到系统、从使用到管理、从新型存储体系结构到新机理存储单元，2004年都有多方面的巨大变化。本文将对2004年存储技术中的几个热点进行回顾，并对未来存储的发展发表了个人之见，希望能对不同的读者有不同的启示。 
方粮博士 国防科技大学计算机学院研究员，中国计算机学会信息存储技术专委会秘书长。主要研究领域包括大容量信息存储技术、大规模并行I/O技术、高性能体系结构技术、集成电路设计技术等。 存储网格浮出水面 2004年存储界最引人注目的发展之一首推存储网格。网格技术旨在整合分散资源。计算网格技术的进一步完善，将充分整合分散在各地的计算机资源，实现资源的全面共享。及时天气预报、地球环境模拟等过去由于运算能力所限而无法解决的难题将迎刃而解。在电子商务、教育、娱乐等领域，网格技术也有广泛的用途。 存储网格的含义还没有十分严格的界定。存储网格通常有两种含义：一是计算网格中的存储资源节点；二是以网格方式实现的专用存储系统。通常以第二种含义理解存储网格。 存储网格是网格技术发展的一个重要组成部分，它通过高速网络，以一种灵活的、透明的方式分配资源；依照事先设定的存储策略和程序，高效地使用和管理资源，以保护信息资产的安全。与计算网格类似，存储网格是智能化存储单元的有机组合，它们可以相互协调、有效工作。所谓智能化存储单元由标准化、模块化的硬件部件组成，包括I/O接口、计算单元、存储模块等。从长远来看，这种结构将大大降低用户的购置成本。这种智能单元既有传统存储系统的特性，如文件处理、数据块的存储功能等，也有诸如数据安全、防病毒、数据的索引和搜索等新的功能。这些新特性可以根据客户的要求加载到每一个单元里。 存储网格概念的提出，一是高效管理和使用存储系统的需要，因为用户面临的问题是，信息生命周期内如何扩展系统和兼容新出现的存储技术，如何更有效地获取和检索数据；二是技术的可行性，高速网络技术、大容量存储模块化技术为存储网格的发展打下了基础；三是存储公司为取得领域的竞争优势，所做的战略拓展。充分利用网络的优势，整合实现包括存储、计算、数据库检索等多项功能于一体，从而在竞争激烈的市场抢得先机，显然是存储网格技术对企业的极大诱惑。巨大需求的驱动，使一些业内知名的存储厂商开始将关注点转向了网格领域的研发和应用推广。 HP实验室在四年前已经开始设计、实现存储网格结构，现在已经有了两个基于存储网格实现的产品——参考信息存储系统（Reference Information Storage System，RISS）和可扩展文件共享（Scalable File Share，SFS），并将在未来陆续发布其他存储网格的产品。NetApp在2003年底，收购了Spinnaker Networks公司，为存储网格这种新的存储方式进一步夯实了技术基础。NetApp认为，存储网格将在未来存储领域中占主导地位。此外，Archivas拥有自己的ArC目录地址存储，其中有上百个节点。Exagrid提出了NAS存储网格的概念，其基于Linux存储服务器的网格表现为一个独立的存储单位。Clear Cube推出了刀片式PC，每个PC刀片都有自己的EIDE硬盘驱动。这些磁盘被聚集到一起，这样一个有冗余部件的虚拟NAS就产生了。IBM提出的“存储池（Storage Tank）”技术也明显有存储网格的思想。 但是，存储网格还是一项正在迅速发展中的技术，值得我们密切关注。存储技术本身要不断取得进展，以满足不断增长的应用需求。存储网格是否是继NAS、SAN之后的主流存储系统组织结构？存储网格与计算网格有什么联系与区别、它们将会如何融合？这些问题都值得研究。 移动存储的新机遇 在需要将文件数据互相交流的场合，移动存储带来了极大的方便。这些文件小到以kB计算，大到几个GB，文件未必要长期保存，由于保密或数据量太大，不方便从网络上传输，移动存储显示出了无可替代的作用。 软件加密和金融领域等新应用为移动存储带来了新机遇。容量不必很大，但安全可靠和便携是首选目标。如USB Key，它是将微处理器和闪存封装在一个小的外壳中，如钥匙般大小，携带非常方便， 带有USB控制器和连接器。产品的应用主要包括网上财务转账、授权支付、 身份认证、数字证书存储及数字签名等，保障了各信息的安全性和保密性， 使未经授权的人员不能访问机密信息，极大地提高了安全性。 新标准促进了移动存储的广泛应用。世界MMC卡协会(MMCA)于2004年初向业界发布了MMC卡4.0标准。新标准的三大亮点是，提供了更宽的数据带宽、更快的传输速率，并支持双电压操作模式(3.3V和1.8V)。4.0版本是对MMC卡技术的又一次革新和扩充，并将数字影像和移动电话领域的发展推向了更高的层次。为了使旧标准顺利地过渡到新标准，4.0版本为卡制造商和主机设备商提供了完全的向下兼容性保证。 已有多种方法用于低成本的闪存器件。采用第二代MirrorBit技术的闪存芯片堆叠技术实现大容量化的做法具有很好的可行性。 现在，一些机构已可采用3D存储技术生产海量闪存。3D存储技术将成为提升闪存存储容量的关键技术。位于纽约的存储技术开发企业Reveo公司表示，他们已成功开发出一种全新概念的3D存储技术，该项技术可以将闪存的存储容量提升1000倍以上，使制造出真正的海量闪存成为可能。 据估计，闪存盘的市场容量可达200个亿，而目前不足20个亿。这是一个不容忽视的巨大市场。一方面，巨大的市场和利润空间促使大批淘金者涌入市场；另一方面，激烈的价格竞争迫使一大部分小厂商退出闪存盘行业，除了少数大厂商外，闪存盘的品牌也在不断更新换代。 网络存储平民化 SAN的高性能和高可扩展性，对用户具有强大的吸引力。但是，SAN存储技术的入门建设成本很高，这种高门槛使普通的中小规模企业难以跨入SAN存储技术的大门。NAS存储技术尽管使用方便，入门费不高，但带宽消耗和扩展性差是其软肋。NAS技术无法满足人们对大规模数据存储的要求。有鉴于此，一种综合了两者优势的技术iSCSI就应运而生，而且迅速发展。iSCSI存储技术是一种基于IP协议的存储技术，它拥有SAN存储技术大容量集中开放式存储的特性。这种技术使用户网络可以在接入广域网时在任何位置传输与存储SCSI命令和数据。它还允许利用普通的以太网基础设施来建立较小的本地SAN。所以，iSCSI技术使SAN存储技术能被更广泛地推广使用成为可能。 目前，许多企业内部的局域网几乎都是以TCP/IP协议为基础的。iSCSI技术可以和现有的IP网络技术进行良好的整合，使iSCSI技术得到了更为广泛的运用，存储数据可以通过局域网、广域网或通过因特网来进行快速存储传输。 存储管理软件的标准化 业界有人认为，存储不是个问题，而管理却是。这从一个方面说明了存储管理的重要性。确保所存信息的安全显得比以前任何时候都重要。从E-Mail到E-Learning，从数据仓库到地理信息，企业在不断地产生、分析和存储数据。庞大的数据使管理变得异常复杂。如何有效、低成本地管理所存储的信息面临着严峻挑战。 存储技术的多样化和高效引用，离不开充分发挥存储管理软件的作用。存储管理软件可帮助企业有效地节省IT管理人员的时间，降低存储成本，实现存储管理的自动化，从而确保企业关键信息的可靠性、可用性和可访问性，使存储设备的潜力得到最大程度的发挥。它有利于企业更好地利用数据，在数据之上构造各种应用，为企业带来经济效益。 存储市场的关键因素是存储管理软件。存储行业需要更多的智能工具，以更简易的手段操作和监控管理过程。除数据存储外，数据安全极为重要，特别是在发生意外情况后，能快速恢复数据。因此，用户对存储管理软件的要求是具备更多安全功能、使用方便的存储管理解决方案。 存储管理软件的标准化是必然的趋势。随着存储管理软件重要性的增加，来自不同厂商的软件的兼容性是一个大问题。无论是存储厂商还是用户，都希望有一套可行的标准。厂商可以按照这套标准来开发生产，而用户可以按照该标准来选购和使用合适的存储产品。这套标准主要是基于一种数据库方式，用数据把它的管理信息放在里面，然后有统一的界面。实际上，已经有部分厂商在这方面做了努力，推出了各自的标准。虽然还不能做到与其他厂商的软件兼容，但至少可以和自己的其他存储管理软件兼容。但作为一个标准，或者说能称得上是标准，就需要得到众多的生产厂商、系统集成商及广大最终用户的认可，并得以广泛地推行才能发挥其价值。 新机理存储前景诱人 对下一代存储器的要求是：大容量；低成本；低功耗；读写速度要快；非易失性。以此作为标准，当前开发中的MRAM(磁阻RAM)、OUM(相变存储器)、FRAM(铁电存储器) ，都有望在今后若干年成为主流的存储器，即它们都将兼具SRAM的速度、DRAM的容量与Flash Memory的非易失性。 另一方面，纳米技术目前在许多前沿领域都有发展，而半导体存储器有望成为纳米技术的最早受益者之一。风险投资公司Draper执行总监Steve Jurvetson表示： “我们认为纳米技术代表着摩尔定律的下一个阶段，它将引发各学科之间的复兴。”该公司自2000年以来已经向该领域的20家企业投入了大约8000万美元。市场研究公司NanoMarkets预测，新兴的“纳米存储”(NanoMemory)技术将在未来三年推动纳米电子(NanoElectronics)的需求。 Nantero公司计划明年推出其第一个产品——基于碳纳米管技术的下一代非易失性存储器的“工作样品”。目前正在研制的是高密度非易失性随机存储器NRAM。LSI Logic将与Nantero合作，基于在CMOS内集成碳纳米管来开发半导体工艺技术。双方已在LSI Logic设于美国俄勒冈州Gresham的制造园开始了这项合作研发项目。Nantero是目前开发下一代存储技术的几家公司之一，但这些产品至少在短期内还不太可能取代当前的闪存器件。 意法半导体(ST)于2004年8月宣布，该公司在开发新型的最终可能会取代闪存的电子存储器中取得重大进展。这种新的技术称为相变存储器(PCM)，其潜在性能优于闪存，优点包括更快的读写速度、更高的耐用性，以及向单个存储地址写入的能力。最重要的是，这项技术的内在灵活性高于目前正在应用中的其他任何非易失性存储器技术。ST此前在美国檀香山举行的半导体行业最重要的年度论坛“2004年VLSI技术暨电路研讨会”上，发表了两篇技术论文，文中详细论述了其在开发商用PCM技术中所取得的进展。基于现在取得的结果，ST预计PCM技术将会被用于中密度的独立和嵌入式存储器应用。此外，通过演示PCM最具有吸引力的可行性功能，ST增强了对这项技术的长期可伸缩性的信心，其可伸缩性必将使PCM最终成为一个主流的非易失性存储器技术。 但也有与ST不同见解的厂家。美国内存芯片制造商美光科技(Micron Technology)日前终止了磁性RAM的研发工作，并对相变存储器(Phase-Change Memory)产生怀疑。这是业内目前研究的两种非易失性存储器方法。美光对这两种技术渐行渐远的原因在于，该公司无法预见这两种技术能按照摩尔定律有效扩展，并证明能实现商业化。相反，美光科技首席技术官Mark Durcan预测其他几种技术大有潜力。Durcan拒绝披露细节。然而近期内，纳米水晶闪存却在Durcan前不久在伦敦向金融分析师展示的几种非易失性存储器备选方案中表现出色。 这是非常值得关注的新动向。（E5） ●记者观察 2005年产品与技术热点展望 2004年的中国存储市场异常活跃，SATA、iSCSI、ILM、虚拟化、容灾等技术和应用方面的热点层出不穷。2005年，哪些存储技术热点值得关注呢？ LTO 3 在开放系统磁带存储市场上，SDLT与LTO之间的竞争一直是焦点。近两年来，由于LTO在开放性、性能、兼容性等方面的优异表现，赢得了越来越多的用户。美国一家磁带市场研究机构Freeman Reports公司的调研结果显示，2003年，LTO磁带库市场的利润比SDLT高出3倍。 昆腾宣布收购 Certance 公司，意味着昆腾未来将同时拥有SDLT和LTO技术。可以预见，2005年，开放系统磁带存储市场的竞争将更加激烈，最新一代LTO产品——LTO 3将成为焦点。 刀片交换机 从塔式到机架式，再到刀片式，企业级用户越来越多地把刀片服务器当作他们实现IT系统整合的一个重要部分，以实现更高的效率、可管理性和服务能力。存储交换机厂商注意到了这一趋势，把交换机模块嵌入到刀片服务器中。据IDC预测，2006年，全球刀片服务器和刀片交换机市场总额将超过43亿美元。 目前，刀片交换机市场才刚刚起步，2005年将是用户进一步了解和熟悉这一新型产品的关键一年。 4Gb/s 在面临iSCSI等低成本新技术的挑战时，光纤系统2Gb/s带宽在性能方面的优势已不再明显。考虑到此因素，传统的FC产品供应商开始把注意力转向4Gb/s。在美国举行的2004年秋季网络存储世界展上，许多厂商展示了4Gb/s FC解决方案。据业内人士预测，4Gb/s FC产品大批量上市可能会在2005年第三季度。 存储网格 网格计算的实质是把服务器、网络、存储等计算资源整合在一起，可以像管理一个单一的系统一样方便。惠普的存储网格产品已经规划到了2010年。NetApp自从收购了Spinnaker公司以后，也加快了在存储网格方面的研发。网格计算可以满足系统对高性能和高可扩展性的需求，是IT应用的大趋势。2005年，有关存储网格的产品会更多。存储网格将在未来存储领域中占主导地位。 (中国计算机报 郭涛) |
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