數位資料儲存正歷經強大的成長態勢,2016年即已增加到超過10,000艾位元組(Exabyte;EB)或10皆位元組(Zettabyte;ZB)的電子資料。

值得一提的是,在位元的次方單位表中,目前只剩下「佑位元組」(Yottabyte;YB)了。Yotta,是在1991年第19屆國際度量衡大會(General Conference on Weights and Measures)決議使用的字首,以免我們很快就用盡了所有的十進位字首。

這個專欄將討論資料儲存技術的發展,並介紹兩種主要的現有和替代儲存技術:硬碟驅動器(Hard Disk Drive;HDD)和固態硬碟(Solid State DriveSSD)。本文首先討論HDD及其功能,並比較儲存(storage)和記憶體(memory)的不同特性。在接下來的專欄中,我們將專門討論SSD,並探索在可預見的未來將持續發展的資料儲存趨勢。

儲存 vs 記憶體

電子資料儲存的歷史與電腦發展史相輔相成,二者缺一不可。畢竟,電腦需要儲存裝置才能保有程式和資料。

從儲存的觀點來看,程式和資料是同一個硬幣的兩面。它們是由二進制數字串組成,只有電腦才能使其具有意義。根據其應用方式,儲存裝置的要求是不同的。當程式和資料同時使用時,用於支援他們的媒體稱為「主記憶體」或僅以「記憶體」(memory)表示。相反地,當它們被保留以供未來使用時,支援的媒體被稱為「輔助記憶體」或「儲存」(storage)裝置。

記憶體的特性包括快速的資料儲存/檢索能力、有限的容量,以及較儲存更高的成本。另一方面,儲存的特性包括明顯更大的容量,但較記憶體的資料儲存/檢索速度慢,成本也更低。基本上,比起記憶體,儲存能夠保存更大的資料量,每位元組的成本也更低。一般來說,儲存的成本大約比記憶體更低20倍。

不同於記憶體的是,儲存裝置還可以進一步分類為線上或離線。圖1顯示記憶體與儲存的主要特性。

20170329_storage_NT02P1 記憶體和儲存的要求不同,具體取決於其特性,包括現在已經過時的技術 (來源:Lauro Rizzatti)

為了實現隨時間進展的記憶體和儲存而開發的技術,可說是人類聰明才智的典範。發明這些技術的人們利用了各種機械、電磁、靜電、電氣、光學以及半導體的特性。各種記憶體/儲存媒介的清單包括:打孔紙卡、沖壓紙帶、延遲線(磁致導線或汞延遲線)、靜電記憶體、充電電容器、磁鼓、磁帶、磁芯和磁碟、光碟和半導體晶片等等。有些只是短暫曇花一現(如靜電記憶體),有的則持續了幾十年才「退休」(如磁芯)。

如今,記憶體普遍使用半導體晶片製造。相形之下,儲存則處於從磁碟過渡到半導體的歷史中期,半導體正迅速擴大並取代其磁碟產品。

慢慢地,記憶體與儲存容量已經從幾個位元組(byte)增加到千位元組(kilobyte;KB)、百萬位元組(megabyte;MB)以及十億位元組(gigabyte;KB)。今天,儲存裝置的容量通常都是以兆位元組(terabyte;TB)為單位起跳。

儲存裝置

儲存裝置包括兩部份:儲存資料的媒體,以及扮演「交通警察」的控制器,負責監控儲存單元的二進制資料流進出。控制器是儲存裝置的大腦。設計不佳的控制器可能很快地造成交通擁堵並減緩電腦的運作。

硬碟

在撰寫本文時,最受歡迎的儲存裝置是硬碟驅動器(HDD),但其受歡迎的程度正迅速下滑。HDD已經存在大約三十年之久了。在三十年前,曾經有多家硬碟供應商。隨著時間的進展,儲存業界發生了大規模的整併,也導致了壟斷。今天,市場上有三家主要的儲存供應商:希捷(Seagate)、東芝(Toshiba)以及Western Digital (WD),他們都歷經多次收購大廠而來,例如Conner Peripherals、Maxtor等等。例如,Hitachi Global Storage Technologies (HGST)的收購行動即這一趨勢的最佳寫照。監管單位將該公司的產品分成兩部份,2.5吋硬碟歸東芝所有,而3.5吋硬碟則屬於Western Digital。

市場上的前三大公司擁有全部的專利、無塵室技術、製造機器人等。基本上,他們壟斷了硬碟產業。以目前的硬碟業務來看,沒有哪一家公司能在不引發監管單位介入的情況下收購另一家公司。

這種情況的主要原因是為了設下避免小型業者扔帽子單挑的進入門檻。畢竟,為了打造現代硬碟業務所需投入的資金和工程資源是相當龐大的。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Data Storage:The Hard Disk Drive,by Lauro Rizzatti & Ben Whitehead)