比特與字節(jié)的那些事兒：存儲(chǔ)器的今天和明天

還是小孩子的時(shí)候，小編就已經(jīng)擁有了拆電腦的半好人屬性，雖然當(dāng)時(shí)拆下來(lái)的東西總有一些裝不回去，但是啟蒙教育來(lái)說(shuō)可是一筆珍貴的財(cái)富。如果你現(xiàn)在手頭有一個(gè)DVD或者藍(lán)光光驅(qū)的話，不妨跟小編一起把它的螺絲一個(gè)一個(gè)卸下來(lái)，平放開(kāi)來(lái)，你會(huì)驚訝于這些精密的構(gòu)造，同時(shí)一窺存儲(chǔ)器的未來(lái)趨勢(shì)。一條波長(zhǎng)被固定的激光光束通過(guò)鏡面的三次折射，定位到盤(pán)面上，再折射到接收器，接收器讀取被盤(pán)面改變波長(zhǎng)的激光，從而提取出蝕刻在盤(pán)面的上GB的數(shù)據(jù)。GE全球研究實(shí)驗(yàn)室，是一個(gè)內(nèi)部超級(jí)復(fù)雜的地方，占地550畝，今天，我們會(huì)從這里了解到最新的存儲(chǔ)器發(fā)展趨勢(shì)，以及其他一些好玩的東西。

硬盤(pán)，DVD光驅(qū)，USB存儲(chǔ)器，這些已經(jīng)與我們的數(shù)字化生活共存了很長(zhǎng)時(shí)間了，但當(dāng)我們的數(shù)據(jù)趨于無(wú)限的時(shí)候，存儲(chǔ)器還受制于容量的限制，那么存儲(chǔ)器的下一步會(huì)是什么樣子的?

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是很多人不會(huì)去考慮的問(wèn)題，而且即使我們?nèi)ハ?，也只有一個(gè)抽象的概念。筆記本電腦有一個(gè)固定大小的存儲(chǔ)空間，我們要花費(fèi)比通常硬盤(pán)貴得多的價(jià)格買(mǎi)一個(gè)筆記本硬盤(pán)，但得到的空間卻很小。DVD可以存儲(chǔ)一段固定長(zhǎng)度的視頻，或是沒(méi)有經(jīng)過(guò)壓縮的高品質(zhì)音軌，但只能是一次性的。閃存對(duì)于要移動(dòng)的存儲(chǔ)區(qū)來(lái)說(shuō)是非常方便，我們都知道它和硬盤(pán)有本質(zhì)上的區(qū)別，但也許說(shuō)不明白。

我們所知道的就是我們需要一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的東西，而我們的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還沒(méi)有強(qiáng)大到允許廣泛的云計(jì)算，或者是快速下載任何你想要看的高清電影，在很長(zhǎng)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，存儲(chǔ)器都是我們需要而且會(huì)遵循摩爾定律不斷更新的東西。

硬盤(pán)不會(huì)亡，硬盤(pán)一定強(qiáng)

硬盤(pán)是人手必備的東西，無(wú)論是臺(tái)式機(jī)、筆記本或者是MP4，最基本的數(shù)據(jù)載體和讀寫(xiě)工具就是硬盤(pán)，硬盤(pán)的基本原理是在高速旋轉(zhuǎn)的金屬盤(pán)上通過(guò)通電磁頭改變盤(pán)面磁粒布局以寫(xiě)入數(shù)據(jù)，而磁頭讀取盤(pán)面的磁化翻轉(zhuǎn)就是在讀取數(shù)據(jù)。磁頭就像一個(gè)針頭，懸浮在盤(pán)面上，讀取近距離微小的磁場(chǎng)變化。

而這種讀取方式的發(fā)展歷史也悠久的讓人乍舌：第一臺(tái)實(shí)現(xiàn)這種讀取概念的機(jī)器誕生于1956年，那時(shí)的容量只有幾百字節(jié)，雖然少的可憐，但是這種革新的讀取方式已經(jīng)開(kāi)始引起人們注意了?？墒怯捎诩夹g(shù)的門(mén)檻，直到1980年，第一塊看起來(lái)像現(xiàn)在的硬盤(pán)，容量只有5MB的硬盤(pán)才面世，而生產(chǎn)商就是希捷。

從那時(shí)起，硬盤(pán)開(kāi)始飛速發(fā)展，24年的時(shí)間讓硬盤(pán)從概念走到了應(yīng)用，而存儲(chǔ)密度增加、尺寸減小、價(jià)格降低這些事情則是幾乎在瞬間就完成了。1980年同年，容量200倍于前者的1GB硬盤(pán)面世，價(jià)值500英鎊，而30年后的今天，容量有兩千倍于前者的2TB硬盤(pán)——并且小到足以塞進(jìn)夾克兜里——只需要140美元就能得到。

不過(guò)，硬盤(pán)的科技快要走到臨界點(diǎn)了。真的么?雖然不是立刻就會(huì)發(fā)生的事情，但是存儲(chǔ)器的命運(yùn)已經(jīng)被決定了。隨著硬盤(pán)存儲(chǔ)密度不斷逼近理論最高點(diǎn)，在2005年硬盤(pán)制造商們開(kāi)始提出了垂直存儲(chǔ)的概念，希望成為讓硬盤(pán)重新煥發(fā)活力的契機(jī)。

“垂直存儲(chǔ)技術(shù)能夠讓數(shù)據(jù)位站立在磁盤(pán)上，而不是向現(xiàn)有的水平記錄技術(shù)那樣，平鋪在磁盤(pán)上，它能提供新的硬盤(pán)數(shù)據(jù)密度和容量。新的數(shù)據(jù)排列方法，通過(guò)使磁頭在相同的時(shí)間內(nèi)掃描更多的數(shù)據(jù)位，從而提高硬盤(pán)性能。垂直存儲(chǔ)技術(shù)由于能耗小，發(fā)熱量也隨之減少，從而改善了數(shù)據(jù)抵抗熱退減的能力，提高了硬盤(pán)的可靠性。”

希捷首先看到了縱向存儲(chǔ)的瓶頸限制了硬盤(pán)發(fā)展，其無(wú)法超越每平方英寸12.5千兆字節(jié)的物理限制，為了突破這堵無(wú)形的墻，他們開(kāi)始嘗試垂直存儲(chǔ)。

使用垂直存儲(chǔ)后，研究人員認(rèn)為其存儲(chǔ)密度的極限已經(jīng)提升到了每平方英寸128千兆字節(jié)左右，而目前的硬盤(pán)存儲(chǔ)密度只有大約每平方英寸50千兆字節(jié)，也就意味著，近幾年，硬盤(pán)還會(huì)繼續(xù)的擴(kuò)容，加速和降價(jià)，直到垂直存儲(chǔ)走到極限。

　而硬盤(pán)的理論研究也并未就此停止：輔助磁記錄用于局部加熱盤(pán)片實(shí)現(xiàn)超高密度的數(shù)據(jù)錄入;模式媒體可以減少對(duì)硬盤(pán)表面的磁粒需求，通過(guò)對(duì)盤(pán)片基板進(jìn)行分子模式編碼可將需求由50減至1;

希捷預(yù)測(cè)硬盤(pán)的下一個(gè)極限存儲(chǔ)密度將是每平方英寸50兆兆位以上，也就是6.25TB。因此，可以說(shuō)硬盤(pán)的潛力依然是無(wú)窮的——至少在近幾年，仍將作為存儲(chǔ)器的主導(dǎo)。

SSD之崛起

SSD，即固態(tài)硬盤(pán)，被認(rèn)為是存儲(chǔ)界的平地驚雷，而且非常有希望取代普通硬盤(pán)。但實(shí)際上這不太正確，固態(tài)硬盤(pán)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)使用電荷而非磁粒，可以說(shuō)和普通硬盤(pán)根本是不同的東西。

“固態(tài)硬盤(pán)內(nèi)部是成片的閃存芯片和一塊控制器，因?yàn)闆](méi)有運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件所以不需要啟動(dòng)過(guò)程，也不需要在旋轉(zhuǎn)的盤(pán)片上捕獲零散數(shù)據(jù)，更不用聽(tīng)到機(jī)械硬盤(pán)的噪音。而固態(tài)硬盤(pán)和機(jī)械硬盤(pán)比起來(lái)快的讓人難以置信，所以裝有固態(tài)硬盤(pán)的電腦的啟動(dòng)速度快的出奇，應(yīng)用程序的啟動(dòng)、隨機(jī)寫(xiě)入和其他方面的表現(xiàn)也十分優(yōu)秀，但是在寫(xiě)入大型文件方面除外。”

是的，SSD就是這么快，不會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的錯(cuò)誤，簡(jiǎn)直是筆記本電腦的完美搭配。

但是未來(lái)SSD的發(fā)展道路可以說(shuō)是相當(dāng)狹窄的，至少現(xiàn)在來(lái)說(shuō)是如此?？赡艿南M(fèi)范圍包括筆記本、臺(tái)式機(jī)到NAS存儲(chǔ)器，都存在一個(gè)客戶解決方案的問(wèn)題。當(dāng)我們?yōu)榱耸褂?font color="#000000" size="2">SSD而不得不等待幾年使SSD成熟發(fā)展到一個(gè)合理的價(jià)格和良好的兼容性時(shí)，各類(lèi)企業(yè)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)則在飛速增長(zhǎng)，存儲(chǔ)規(guī)模的增幅大于SSD容量的增幅，以至于SSD處于一個(gè)尷尬的吊車(chē)尾的位置。

而SSD發(fā)展最快的地方莫過(guò)于便攜存儲(chǔ)，比如在智能電話和平板電腦中的那些，這種存儲(chǔ)設(shè)備處于一個(gè)獨(dú)特的環(huán)境中：對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)存儲(chǔ)速度不是至關(guān)重要的，甚至可以說(shuō)算不上一個(gè)可以值得炫耀的能力。但人們青睞于在iPad中使用SSD的原因是由于他們要運(yùn)行大量的應(yīng)用程序、看電影和保存雜志。所以隨著便攜設(shè)備日益智能化，SSD的發(fā)展總有一天也會(huì)變得光明。

同時(shí)Google也繼續(xù)購(gòu)買(mǎi)成千上萬(wàn)的大容量硬盤(pán)滿足客戶需求，剩下的客戶則緊盯價(jià)格，時(shí)刻準(zhǔn)備買(mǎi)下一塊裝在筆記本上。SSD的潛在客戶如此之多，變化之快甚至可以被眼睛捕捉到。

那么SSD的未來(lái)是什么樣子?目前的研究主要是消除SSD的一些弱點(diǎn)，讓SSD變得更加有購(gòu)買(mǎi)力(目前的SSD的廉價(jià)芯片只能支持約1萬(wàn)次寫(xiě)入)。SanDisk公司的SSD團(tuán)隊(duì)成員正在從“更詳細(xì)的算法、緩存和預(yù)測(cè)方法有減少無(wú)謂的擦除和寫(xiě)入”著手研究SSD的改進(jìn)?，F(xiàn)在的公司正變得越來(lái)越聰明，通過(guò)智能化的數(shù)據(jù)存取方法延長(zhǎng)芯片使用壽命，芯片研發(fā)也曾走過(guò)一段漫長(zhǎng)的撞墻之路：開(kāi)始時(shí)每塊芯片只能容納3字節(jié)數(shù)據(jù)，后來(lái)是4字節(jié)，每次的進(jìn)步都伴隨著新的物理障礙的出現(xiàn)，而每次也都會(huì)有新的方法來(lái)解決這些問(wèn)題，在可以預(yù)見(jiàn)到的未來(lái)，這種與自然法則的抗衡還會(huì)繼續(xù)。

SSD還是很年輕，有很長(zhǎng)的路要走。在這種科技完全覆蓋消費(fèi)領(lǐng)域前，我們會(huì)不斷發(fā)現(xiàn)那些混合產(chǎn)品的存在，比如三星MH80，同時(shí)有機(jī)械硬盤(pán)和SSD兩種存儲(chǔ)方式，可以說(shuō)是一種進(jìn)步。

你的下一臺(tái)電腦也許還是用不上SSD，但是沒(méi)準(zhǔn)下下臺(tái)就可以使用到廉價(jià)的SSD硬盤(pán)了，SSD的成本低廉化是遲早的事情，當(dāng)64GB的SSD變得司空見(jiàn)慣時(shí)，藍(lán)光什么的也許就走到盡頭了。

全息未來(lái)

光學(xué)媒介存儲(chǔ)走不了多遠(yuǎn)了，也許藍(lán)光就是最后一代光存儲(chǔ)介質(zhì)。未來(lái)的光學(xué)存儲(chǔ)將借助于全息圖像保存數(shù)據(jù)。

全息存儲(chǔ)是受全息照相的啟發(fā)而研制的，當(dāng)你明白全息照相的技術(shù)原理，對(duì)于全息存儲(chǔ)就可以更好地理解。我們?cè)谂臄z全息照片時(shí)，對(duì)應(yīng)的拍攝設(shè)備并不是普通照相機(jī)，而是一臺(tái)激光器。該激光器產(chǎn)生的激光束被分光鏡一分為二，其中一束被命名為“物光束”，直接照射到被拍攝的物體，另一束則被稱為“參考光束”，直接照射到感光膠片上。當(dāng)物光束照射到所攝物體之后，形成的反射光束同樣會(huì)照射到膠片上，此時(shí)物體的完整信息就能被膠片記錄下來(lái)，全息照相的攝制過(guò)程就這樣完成了。乍看過(guò)去，全息照片上只有一些亂七八糟的條紋，但當(dāng)我們使用一束激光去照射這張照片時(shí)，真實(shí)的原始立體圖像就會(huì)栩栩如生地展現(xiàn)出來(lái)。

使用全息存儲(chǔ)技術(shù)后，一塊方糖大小的立方體就能存儲(chǔ)高達(dá)1TB的數(shù)據(jù)，這么高的容量并不是空穴來(lái)風(fēng)。由于一個(gè)晶體有無(wú)數(shù)個(gè)面，我們只要改變激光束的入射角度，就可以在一塊晶體中存儲(chǔ)數(shù)量驚人的數(shù)據(jù)。打個(gè)形象的比喻，我們可以把全息存儲(chǔ)器看成像書(shū)本一樣，這也是其用小體積實(shí)現(xiàn)大容量的原理所在，理論上全息存儲(chǔ)可以輕松突破1TB的存儲(chǔ)密度。在GE實(shí)驗(yàn)室中，目前一個(gè)晶體可以存儲(chǔ)75層不同的數(shù)據(jù)，而研究人員正在不停的刷新這一數(shù)字。

但是GE的研究人員稱，全息存儲(chǔ)技術(shù)離實(shí)用化大概還有30年的時(shí)間。理論的完善、整套設(shè)備的小型化、與目前的存儲(chǔ)設(shè)備兼容等一系列問(wèn)題尚未解決。預(yù)計(jì)未來(lái)的全息存儲(chǔ)介質(zhì)仍舊類(lèi)似于目前的DVD，而且激光設(shè)備也和藍(lán)光光驅(qū)相似，甚至可能會(huì)使用相同的波長(zhǎng)。從硬件層面上來(lái)說(shuō)，這只是使用了特定的光學(xué)元件，而從軟件層面上來(lái)說(shuō)，等于是未來(lái)的全息光驅(qū)可以兼容目前的藍(lán)光光驅(qū)。

明天的明天：誰(shuí)知道呢?

當(dāng)機(jī)械硬盤(pán)和固態(tài)硬盤(pán)都入土成為肥料的時(shí)候，我們會(huì)用什么存儲(chǔ)數(shù)據(jù)?恐怕只有在科幻里才能找到答案：

微生物——研究人員已經(jīng)成功的把附有公式E=mc^2的短語(yǔ)的編碼添加進(jìn)了枯草芽孢桿菌的DNA中，未來(lái)人工編碼的DNA信息可以由細(xì)菌生生不息的傳遞下去，當(dāng)然也許會(huì)有一些小小的突變…

碳球——利用富勒烯，一種嵌入金屬的碳化合物，分子結(jié)構(gòu)是一個(gè)籠子，來(lái)作為存儲(chǔ)設(shè)備。研究人員發(fā)現(xiàn)，金屬富勒烯有受探針影響形成不同分子排列結(jié)構(gòu)的能力，通過(guò)排列分布有可能實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)能力。

分子存儲(chǔ)——即使是大型的分子，也只有幾納米大小，一個(gè)集成電路使用分子制造的話可能會(huì)擁有兆級(jí)數(shù)量的電子設(shè)備，存儲(chǔ)能力會(huì)是目前的100萬(wàn)倍，大小則僅僅是指甲那么大。

量子力學(xué)——量子計(jì)算機(jī)中，每個(gè)字節(jié)的信息編碼成一個(gè)量子系統(tǒng)，即一個(gè)電子自旋屬性。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)里，一個(gè)二進(jìn)制位(bit)只能存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)，n個(gè)二進(jìn)制位只能存儲(chǔ)n個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)或者1個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)，而在量子計(jì)算機(jī)里，一個(gè)量子位可以存儲(chǔ)兩個(gè)數(shù)據(jù)，n個(gè)量子位可以同時(shí)存儲(chǔ)2n個(gè)數(shù)據(jù)，從而大大提高了存儲(chǔ)能力。

看到這里，我想你也一定為未來(lái)無(wú)限的存儲(chǔ)可能性怦然心動(dòng)，但是還是請(qǐng)回過(guò)神來(lái)，繼續(xù)用1M的水管和500GB的硬盤(pán)拖電影、動(dòng)漫吧，畢竟這也是值得作為文物保存和紀(jì)念的東西。