WD：HDDs 一直都在
关键要点
1. 存储需求不断增长，需要存储更多数据。
2. 硬盘驱动器（HDD）仍然是数据中心主要设备。
3. 市场正在探索替代方案，如高密度固态硬盘和磁带存储。
4. 不同层次的数据需要不同的设备能力来满足需求。
WD：HDDs 一直都在-Fig-1
对存储的巨大需求
存储需求增长原因：
- • 医疗、科学、智能城市和车辆、体育等领域，都在寻求存储越来越大的数据集。
- • 保存所有这些数据的成本正在不断上升。
- • 人工智能和机器学习（AI/ML）增加了不保存数据的机会成本，同时增加了对保持更多数据活跃的需求。
- • 需要在不同层级和数据温度下存储更多的数据。
图表：
- • 2011年至2028年各类存储设备的原始容量出货量（单位为Zettabyte）。
- • 绿色部分代表HDD（硬盘驱动器）的出货量，提示“硬盘驱动器的安装容量继续增长”。
Note：HDD在温/冷数据存储领域的地位是无法撼动的，闪存火热有多重因素，一者周期回暖，二来AI、特征工程需求爆发。图注中的ent（enterprise）意指企业级市场。
WD：HDDs 一直都在-Fig-2
HDD 存储介质技术路标
1. PMR+ ：
- Perpendicular Magnetic Recording，包括TDMR（Two-Dimensional Magnetic Recording），可能带有或不带有SMR（Shingled Magnetic Recording，瓦片式磁记录）。
- 这是现阶段主流的存储技术，在图表中开始于2018年，比特密度（每平方英寸的Tb）接近1。
2. E-PMR/MAMR：
- Enhanced PMR/Microwave-Assisted Magnetic Recording，增强型PMR，可以有或没有能量辅助，包括微波辅助磁记录技术（MAMR）。
- 这是未来几年逐渐普及的技术，能够进一步提高比特密度（每平方英寸的Tb）。
3. HAMR：
- Heat-Assisted Magnetic Recording，热辅助磁记录，通过局部加热磁介质来提高存储密度。
- 这一技术在2020年代中期出现，能够显著提高比特密度，是继E-PMR/MAMR后的下一代技术。
4. HAMR+：
- HAMR+ with ordered granular media，是具有有序颗粒介质的HAMR技术的增强版。
- 它比HAMR提供了更高的密度，计划在2030年前后应用。
5. HDMR/3D：
- Heated-Dot Magnetic Recording 和 3D-Dimensional Recording，加热点磁记录和三维记录技术。
- 这两项技术可能是2030年代之后的新兴技术，进一步提升比特密度。
WD：HDDs 一直都在-Fig-3
分层存储模型（Tiered Storage Model）
- 1. Tier 1：NVMe SSD
- • 最高性能，适合对存储性能要求极高的应用场景。
- • 代表超高性能存储，速度最快，价格最高。
- 2. Tier 2：HDD → QLC（QLC逐渐占据优势）
- • 性能较高，使用HDD和QLC（四级单元闪存），适合性能需求较高的场景。
- • 性价比较高，适用于热数据（高访问频率的数据）。
Note：QLC同样也作为SSD产品，但实际性能和Tier 1 的SLC/MLC仍有较大差距，在接口上使用PCIe也处于冗余状态，故云数据中心普遍使用不平衡架构设计，或采用SAS接口。
关于不平衡架构设计，参考：
- 3. Tier 3：HDD
- • 使用传统HDD，适用于活跃归档（Active Archive）数据，即访问频率较低但仍需活跃的文件。
- • 性能一般，但价格相对低廉。
- 4. Tier 4：Tape → HDD
- • 磁带和HDD结合的深度归档（Deep Archive），适用于冷数据（极少访问的数据）。
- • 成本最低，但速度最慢，适用于长期存储。
云端安装存储容量分布
- 1. SSD = 10%
- • 占存储的10%，用于需要高性能的存储需求。
- • 具备通用性、可靠性、且对温度不敏感，适合多种读写场景。
- 2. HDD = 81%
- • 占存储的绝大部分（81%），是数据中心的主要存储设备。
- • 具备成本低、供应链丰富、管理简单的特点，因此成为主力。
- 3. Tape = 9%
- • 占9%，主要用于归档冷数据，存储成本最低，但速度最慢。
WD：HDDs 一直都在-Fig-4
存储组合将如何演变？
左侧图表：今天的存储组合（Today）
- • SSD = 10%：SSD目前占存储容量的10%，用于高性能需求。
- • HDD = 81%：HDD占据了81%的份额，是当前数据中心的主力存储设备。
- • Tape = 9%：磁带占9%，用于冷存储和归档。
右侧图表：2028年的存储组合（2028）
- • SSD = 13%：SSD的占比预计会增长到13%。
- • HDD = 80%：HDD仍将占据主导地位，略微下降至80%。
- • Tape = 7%：磁带的占比预计会减少到7%。
未来存储的关键问题
- 1. 高比特/单元的SSD会取代HDD吗？
- • 耐用性和保持力问题：对于“温数据”层（频繁访问的中等数据），SSD在耐用性和数据保留方面面临挑战。
- • 可持续性问题：SSD的生产过程中涉及的嵌入式碳排放增加了环境负担。
- • 价格和供应问题：市场能否以合理的价格生产足够的SSD来替代HDD？
Note：QLC在数据中心大规模应用为提升耐用性，普遍使用ZNS/FDP技术改善数据IO效率，参考文末拓展阅读。
- 2. 磁带会取代HDD吗？
- • AI/ML要求更多的主动访问：人工智能和机器学习要求更多的数据实时访问，磁带不适合这种高频需求。
- • 媒体存储在数据中心之外：在数据中心之外使用磁带存储数据，需要精密控制的环境，效率较低。
- 3. HDD仍在创新：
- • 面积密度的提升：HDD技术仍在不断提高单位面积内的存储密度。
- • 外形的变化：HDD可能在物理设计上进一步优化。
总结
- 1. HDD仍为数据中心主力：硬盘安装容量和位密度不断提升，尽管固态驱动器（SSD）在部分应用中有所替代，HDD在存储大规模数据上仍具有核心地位。
- 2. SSD优势与挑战：SSD具备高比特率和低能耗优势，但面临耐用性和成本效率问题，主要在需要高性能的特定场景中使用。
- 3. 多种存储技术共存发展：磁带存储具备经济优势，但不适合频繁访问场景。未来数据中心将根据不同需求，灵活使用HDD、SSD与磁带等存储方案，并应对可持续性挑战。
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