什么是存储介质？

存储介质指的是最终存放数据和信息的载体，纸张、羊皮都可以承载信息，但我们这里所指的主要是通过电子设备可读取的存储介质，包括常见硬盘、磁带等。

从存储介质的类型来看，目前主流形态包括光、电、磁三类。

光：通过光在有机染料表面烧录前后不同的折射率来记录0或1，比如光盘；

电：通过电子在绝缘层内的充放电和电压来记录0或1，比如NAND Flash SSD；

磁：通过磁介质表面的磁极翻转来记录0或1，比如HDD磁盘和磁带。

如何比较存储介质？

存储介质的作用是存放企业有价值的数据，所以在比较存储介质时，我们要兼顾性能、可靠性、持久性、容量，以及非常关键的成本。

常见存储介质介绍：光盘

光盘通过激光烧录盘片上的有机染料，由于烧录前后的反射率不同，经由激光读取不同长度的信号时，通过反射率的变化形成0与1信号，借以读取信息。

光盘的类型包括CD、DVD、蓝光光盘（简称BD），蓝光光盘采用波长405纳米的蓝色激光光束来进行读写操作，是DVD之后的新一代光盘格式。

目前光盘的典型容量是单盘100GB/300GB，5年内可达到500GB/1TB，1个12盘位的光盘匣可支持3.6TB，单个机柜的典型容量是1-2PB。

光盘存储的优点是数据不易修改、安全性较高，存储时间较长，在合适的环境下可以存放数十年甚至上百年，且可以离线存储，耗电较低。

光盘存储的缺点是读写性能较低，因为需要机械手和光驱的参与，读写时延在秒级，不适合在线业务，而且因为单盘容量低，单TB成本并不便宜，往往在数百元。

常见存储介质介绍：NAND Flash SSD

NAND Flash是一种常见的非易失性存储介质，也就是我们常说的SSD盘。它的基本存储单元被称为Cell，由一种类NMOS的双层浮空栅 (Floating Gate) MOS管组成，浮动栅内存放电子，通过对浮空栅内充放电改变其电子多少，来表示二进制数据。

（图片来自于网络）

根据每个Cell存储的数据量，SSD还分为SLC、MLC、TLC等类型，如下图所示，SLC代表每个Cell存储1比特数据，MLC每个Cell存储2比特，TLC每个Cell存储3比特。存储的数据越多，单盘容量越大、单TB的成本越低，但同时对数据读写的精度要求也越高，性能和寿命也越低。目前主流SSD盘采用的是TLC技术，未来还会出现QLC、PLC技术，其每个Cell可以存储4比特、5比特数据，SSD盘的单TB成本将进一步得到降低。

除了每个Cell存储的数据量越来越多，NAND Flash SSD也采用了堆叠技术来提高容量密度，从24层到32层、48层，层数越多，单位面积SSD盘可容纳的数据量就越多。目前主流SSD厂商的堆叠层数可以达到96层或128层，未来还会出现144层、192层的技术。

（图片来自于网络）

目前SSD盘的单盘容量支持480GB/960GB/1.92TB/3.84TB/7.68TB/15.36TB等，也支持1TB/2TB/4TB等容量，未来还会出现单盘30TB甚至更大容量。

SSD盘的优点是性能较高，时延在1毫秒以下（千分之一秒），尤其是小IO随机读写性能，远超出HDD磁盘，单盘IOPS可达到数万，单盘带宽可达到数GB/s，而且故障率也远低于HDD磁盘，抗震动、撞击、跌落能力比较强，能耗也比HDD磁盘低。

SSD盘的缺点是单TB成本较高，动辄上千元甚至数千元，且容易磨损，长期存储的持久性较弱，容易发生数据翻转，无法存储10年甚至更久。

常见存储介质介绍：SCM（存储级内存）

SCM全称是Storage Class Memory（存储级内存），是一种新的持久性固态存储。业内典型的实现方式是一种3D存储体结构。SCM采用了一种非易失性PCM相变存储器，通过结晶到非结晶状态的导电性差异来存储数据，电阻会随电流而变化，当处于高电阻状态时，电不能轻易通过，cell表示0，当处于低电阻时，cell表示1。

（图片来自于网络）

目前SCM的单盘容量支持375GB/750GB/1.5TB，低于SSD盘，但高于内存。

SCM的优点是相比内存，掉电不丢失数据，可用于长期存储介质，且容量更大、单TB成本更低，相比NAND SSD盘性能更高，单盘IOPS可达到数十万，时延在微妙级（百万分之一秒），且磨损寿命更长，是SSD盘的数十倍。

SCM的缺点是相比内存性能仍有数量级的差距，相比NAND SSD成本高出数倍，且业内支持的厂商较少，生态有待进一步完善。

常见存储介质介绍：HDD磁盘

HDD磁盘（Hard Disk Drive）又被称为机械硬盘，是目前最主流的存储介质。磁盘内部的盘片上涂抹有磁性材料，磁头悬浮在盘片上方，内部有导电线圈，通过磁头可以改变盘片磁性介质的磁极，用来表示0或1。盘片被中心的主轴和马达带动按一定方向旋转，磁头也被磁头臂带动在内圈和外圈来回径向移动，保证磁头可以读写盘片上任何一个位置的数据。

（图片来自于网络）

按照每分钟旋转圈数的不同，HDD磁盘又分为高速磁盘和低速磁盘。高速磁盘一般指的是每分钟旋转15000圈或10000圈的磁盘，称为15K盘或10K盘，低速磁盘一般指的是每分钟旋转7200圈的磁盘，称为7.2K盘。更早期还有4.8K或5.4K的HDD磁盘，但现在基本上已经见不到了。HDD磁盘的性能和磁盘的转速成正比，转速越快，性能越高。

HDD磁盘的单盘容量根据转速不同而不同，15K盘的容量支持300GB/450GB/600GB，10K盘的容量支持300GB/600GB/900GB/1.2TB/1.8TB/2.4TB，7.2K盘的容量支持2TB/4TB/6TB/8TB/10TB/12TB/14TB/16TB。目前来看高速HDD磁盘的容量不会继续往下演进了，而7.2K低速磁盘的容量还会继续增长，比如18TB/24TB甚至更大容量。

HDD磁盘的优点是比较全面，是个全能型选手，成本比SSD、光盘低，性能比磁盘、光盘高，数据可靠性较高，持久性也足够，可以保证10年以内的数据存储。

HDD磁盘的缺点是随着应用对存储性能要求越来越高，HDD磁盘的性能逐渐显得捉襟见肘，已经跟不上时代了。因为马达旋转和磁头寻道都需要时间，HDD磁盘的时延普遍在毫秒级（3-10ms），IOPS只能达到100-200，带宽也只有100-200MB/s。而且面对数十年的长期冷数据存储，HDD磁盘的单TB成本和数据持久性也不足。

常见存储介质介绍：磁带

与HDD磁盘类似，磁带也是通过表面磁性介质的磁极来表示0或1。不过与HDD磁盘的盘片不同，磁带是采用塑料薄膜+磁性介质的方式，单位空间的密度更高。但磁带盘片内部没有磁头，所以需要借助主机控制器的磁头实现数据读写，而且不能实现随机读写，有倒带和寻址的过程，所以性能比HDD磁盘低很多，读写时延在秒级。

企业级的磁带普遍采用LTO技术，目前主流的LTO-7和LTO-8单盘可支持6TB和12TB，如果考虑数据压缩，可以达到30TB和45TB，未来的LTO9、LTO10容量会更高。

磁带存储的优点是成本低，单TB成本仅几十元（不考虑主机费用，仅磁带本身），而且相比SSD盘和HDD磁盘，数据可以离线保存，不仅安全而且能耗低。此外磁带还可以实现长期存储，是经验证可以存储数据20-30年的存储介质。

磁带存储的缺点是时延高，不能支持在线读写，而且机械设备的管理维护难度较大。

总结：常见存储介质的比较

下面，我们将上面介绍的所有存储介质做一个总结：

从上表可以看出，目前最主流的存储介质还是HDD磁盘，但其地位正在被SSD逐渐取代，随着后者成本的降低，将替代HDD磁盘的主流地位。SCM作为近几年刚刚兴起的新型存储介质，成本仍较高，只在少部分热点数据加速的场景下使用。磁带作为长期备份归档的首选存储，其大容量、低成本、安全、耗电低的优点仍然被很多用户所青睐。光盘在备份归档场景也有其优势，但因为成本原因应用范围不如磁带广泛。

展望：未来我们的数据将会存在哪里

未来，各种存储介质技术将会不断沿着更大容量、更高性能、更低成本的路线演进，比如SSD的层数会更高、TLC会变成QLC/PLC。除此之外，为了更好利用好数据，我们还希望可以构建统一的存储资源池，将所有存储介质统一管理，这样可以实现性能和成本的统一。热数据可以存放在SCM存储级内存或NVMe SSD，温数据存放在HDD磁盘，冷数据存放在磁带或光盘，数据可以在各个存储介质之间透明流动，应用无感知。

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此外，X10000 G3还支持将数据分层到光盘库或公有云，数据在各种类型节点和存储介质上透明流动，帮助用户实现成本、性能的统一，满足数百PB海量数据长期存储需求。