數據儲存的未來發展應該是怎么樣的

如今智能手機的內存越來越大，可全球的數據儲存很快就會亮出「內存不足」的預警。

根據軟件公司 Domo 的報告，2018 年人們平均每分鐘在 Google 進行 383 萬次搜索，在 YouTube 觀看 433 萬段視頻，發送 159362760 封電子郵件、473000 條 Twitter 和 49000 張 Instagram 上的照片。

而在中國，每天在微信發出的信息就超過 。Domo 預計到 2020 年全球人均每秒將產生 1.7 MB 的數據，以全球人口 78 億計算，那么一年就會產生 418 ZB 的數據，大約需要 4180 億個 1TB 硬盤才能裝下。

這還沒考慮到人口的增長趨勢，聯合國預計世界人口在 2050 年就能。這意味著現有的數據儲存系統撐不到下個世紀了。

▲ i 圖片來自：聯合國

數據的爆炸式增長，迫使人類尋找更好的數據儲存技術。有人嘗試用 1 公斤 DNA 儲存全球數據，微軟則研發出可以號稱可以使用上千年的「玻璃光盤」，然而技術最先進的科技公司還在使用磁帶儲存數據。

人類文明狂奔 5000 多年，但現在可用的儲存介質最長的壽命最多才約 60 年，數據儲存的未來到底在哪里？

9102 年了，科技公司為什么還在用磁帶儲存數據？

在很多人印象中，磁帶仿佛是上個世紀的古董了。不少 80 后 90 后當年還是以買磁帶來支持自己的偶像，任賢齊 1996 年發行的專輯《心太軟》錄音帶銷量就突破了千萬。

然而隨著 CD、MP3、智能手機相繼在音樂市場上各領風騷，磁帶也成了一代人的回憶，在生活中難覓蹤影?？纱艓Р]有死，反而在大數據時代成了最具競爭力的儲存介質。

目前包括 Google 、亞馬遜和微軟等科技巨頭其實也還在使用磁帶來備份海量數據。為什么放著機械硬盤（HDD）和固態硬盤（SSD）不用，反而去用磁帶儲存數據呢？

最重要的原因還是便宜，這些科技公司的用戶數以億計，需要儲存的數據量十分龐大。盡管云計算是未來趨勢，但對于提供互聯網服務的公司來說，依然需要將數據儲存到本地，這將是一筆不菲的成本。

盡管與硬盤和半導體儲存器相比，磁帶的讀取速度要慢得多。但成本卻也低得多，1 TB 容量的移動硬盤售價約為 50 美元，相同容量的磁帶的價格僅需 5 美元。

▲1951 年磁帶首次用于計算機（Univac）數據存儲

而且磁帶比硬盤要耐用，一般硬盤的壽命不超過 10 年，每隔幾年就要復制到新硬盤中，海量的數據的復制不止耗時，而且還容易丟失數據，而磁帶則可以保存數十年。

此外在使用過程中磁帶只需要插在機械磁帶庫的插槽中，不需要耗電，也節省了不少電力成本，要知道 2025 年全球數據中心的電費將會超過百億美元。

對于很多公司來說，數據儲存的安全性往往是重要的。因為磁帶不安裝驅動就無法訪問，這種離線狀態隔絕了黑客和網絡攻擊，不容易丟失和被篡改。

2011 年，Google 郵箱 Gmail 因為一次更新中的 Bug 意外刪除了 40000 多個賬戶的郵件，雖然 Google 一直有在多個數據中心用硬盤儲存數據副本，但仍有部分數據無法恢復。所幸這些數據同時也有備份到磁盤里， 才得以恢復所有數據。

▲ 圖片來自：Business Insider

因此除了科技公司，不少對于數據安全性有較高要求的企業和機構其實也還在用磁盤儲存數據。比如銀行、保險公司、國家檔案館，以及科研機構，其中就包括美國國家航空航天局（NASA）。

但磁帶并不是因為安全和成本而犧牲效率的數據儲存載體，磁帶技術的發展已經超出很多人的想象。

索尼在 2014 年利用自主開發的濺射薄層沉積技術，將 7.7nm 的極細磁顆粒鋪設在磁帶上，實現了高密度磁存儲，儲存容量可以達到 185TB。

▲IBM 容量 330TB 的磁帶

IBM 在瑞士蘇黎世有一個專門的研究團隊來負責推進磁帶技術，據團隊科學家 Mark A. Lantz 介紹，IBM 在 2017 解決了每平方英寸儲存 201 千兆字節的難題，并通過引進索尼的濺射薄層沉積技術，將單盒磁帶的容量提升至 330 TB。

編者注：1 平方英寸=0.00064516 平方米

更重要的是，磁帶的儲存容量已經以每年 33% 的速度增長了多年，而且并沒有放緩的跡象。信息存儲行業協會（INSIC）預測 2025 年磁帶儲存密度能達到每平方英寸 91 GB，到 2028 年將突破每平方英寸 200 GB。

▲ 圖片來自：Quartz

而硬盤的磁錄密度增長速度卻已經降到了 10-15%，因為當硬盤的儲存密度達到一定極限后，要再縮小磁性顆粒大小，就難以保持磁性穩定，這就是所謂的。

根據，互聯網上的大數據正以每年 30%-40% 的速度增長，而目前硬盤容量增長的速度不到大數據增長速度的一半，磁帶卻可能成為遵循摩爾定律的最后一種信息技術。

眾多廠商在嘗試突破儲存技術的極限，但沒那么容易

正如上文所述，企業級的數據儲存設備至少要兼顧下面這些因素：成本、安全、耐用和儲存密度。那么除了磁帶，我們真的沒有別的選擇嗎？

只能說，現階段磁帶是性價比最高的大數據儲存介質之一，但很多廠商也一直在研究新的儲存技術。比如硬盤廠商希捷和西數開發出的和，就有望讓硬盤打破超順磁極限。

▲ 圖片來自：Fstoppers

這兩種技術分別通過激光和微波來降低介質的矯頑力，在超高密度的數據存儲中時保證足夠的穩定性。但這兩種技術都還未完全成熟，需要更多時間才能完全商用。

另外一種可能像磁帶一樣被忽略的就是光儲存技術，CD 和 DVD 都是光儲存介質的一種。但過去的 CD 容易老化，同時由于衍射極限的限制（可以看作光盤里的超順磁極限），儲存密度也十分有限。

▲圖片來自：

但藍光光盤改變了這一切，據華錄光存儲研究院營銷中心副總經理胡冰，藍光光盤同樣具有可靠穩定和使用壽命長的特點，使用壽命能達到約 50 年，單張藍光光盤的容量已達 500 GB，未來有望突破 TB 級。

▲圖片來自：ssdfans

同時藍光儲存對溫度等環境溫度要求較低，不需要空調冷卻系統，這大大降低了成本。，與硬盤相比節省了超過一半的成本，耗電量則降低了 80% 以上。

微軟最近曝光的 項目其實也基于光儲存技術，是通過飛秒激光技術（一種以脈沖形式發射的激光，常用于近視矯正手術）在一塊玻璃上形成一個納米尺度光柵層結構，并產生不同深度和角度的變形，有點像刻錄光盤，不過密度更高也更復雜，一塊 2 毫米厚的玻璃可以包含 100 多個數據層。

目前微軟已經和華納兄弟公司合作，成功將 1978 年的《超人》電影母帶儲存在一塊 75 x 75 x 2mm 的玻璃中，并通過機器學習對于玻璃中的數據進行了非順序的讀取，只不過讀取速度還有待提升。

跟光盤不一樣的是， Project Silica 的數據是儲存在玻璃內部而非表面，因此數據不會因為玻璃磨損而丟失。研究人員將這種「玻璃光盤」放進 500 ℃ 的烤箱、用微波爐加熱、廢水煮泡，甚至用鋼絲擦洗后，數據依然能順利讀取。

雖然這項技術仍處于初期階段，但英國微軟劍橋研究院的實驗室副主任表示，這種「玻璃光盤」可以持續使用上千年。此外玻璃對溫度和濕度也沒什么要求，這能大幅降低數據儲存的成本

實際上「玻璃光盤」并不是微軟的首創，早在 2016 年英國南安普敦大學成功用類似的技術將數據編碼到玻璃中，可以承受 1000 ℃的高溫 ，號稱在常溫下壽命接近無限，即便在 190°C 下也可使用 138 億年 ，要知道地球的歷史也才大約 46 億年。

值得一提的是，微軟的 Project Silica 項目正是和南安普敦大學合作開發的，這種玻璃光盤又被稱為 5 維光盤，由納米結構的三維，再加上整體尺寸和方向構成。同等尺寸的玻璃光盤儲存容量是藍光光盤的 3000 倍。

如果成功，真的可能像南安普敦大學研究人員所說的，開創一個數據永久儲存的新時代。

最好的數據儲存載體，可能就是我們自己

數據儲存領域里一個更大膽的設想，是生物質硬盤，就是將信息儲存在 DNA 中。

DNA 是如何儲存數據的？其實原理不算復雜，所有計算機數據都是以 0 和 1 組成的二進制數存儲和運算的，而 DNA 儲存技術則是用四種堿基來代替 0 和 1 ，將數字信號轉化為化學信號。

2017 年，哈佛大學醫學院就利用 CRISPR DNA 編輯技術，將一張賽馬的動圖錄入大腸桿菌的基因組中，并以超過 90% 的準確率讀取出來。

近兩年也出現了不少探索 DNA 儲存技術的創業公司，前段時間初創企業 Catalog 宣布將維基百科英文版一共 16G 的所有文本存儲在一個 DNA 分子中，通過一臺超大型 DNA 書寫器完成，數據寫入速度能達到 4 MB/s 。

▲ 里面就是儲存了 16G 維基百科的 DNA

而另一家叫做 Twist Bioscience 的生物科技公司，是目前全球最大合成基因的供應商之一。據其創始人 Emily Leproust 介紹，該公司一粒膠囊中的 DNA 可以儲存相當于整個 Facebook 數據中心的數據。

目前 Twist Bioscience 已經向客戶推出 DNA 儲存的服務，但價格卻很感人。儲存 12 MB 數據的價格就高達 10 萬美元，但 Emily Leproust 表示未來這一價格將降到 10 美分。

2016 年哈佛大學在學術期刊 Nature Materials 發表了一項關于 DNA 儲存技術的研究成果，指出 DNA 的儲存密度遠超目前任何一種儲存介質，經過換算，1kg 的 DNA 就能儲存全球一年產生的數據。

但 DNA 儲存目前還遠不是理想的數據儲存技術，除了昂貴的成本，由于 DNA 存儲的數據只能通過測序來讀取，讀寫速度非常緩慢。有人計算過如果要將 2017 年全球產生的 16 ZB 數據儲存到 DNA 中，需要花費 。

今年年初微軟首次實現，讓 DNA 儲存技術從實驗室邁向商業化更進了一步，但僅僅是編碼「hello」五個字母，從轉換到讀取就要花費 21 小時，同時讀取的準確度也有待提高。

由此可見，雖然 DNA 儲存技術確實有可能徹底解決全球數據儲存的問題，但這個未來還有一段不短的距離。

數據永久儲存有可能實現嗎？

隨著各種技術成熟，人類正在追求信息儲存在時間和空間兩個維度的極致：超高的儲存密度和永恒的儲存時間。

沒有知道這是否能實現，因為沒人能活到永遠，人類最早的文字記錄也只是 5200 年前蘇美爾人留下的楔形文字，然而互聯網誕生僅僅 50 年，50 年前的數據有多少至今仍保存完整呢？

在科幻小說《三體》中的未來世界里，即便一粒米大小的量子儲存器就可以放下一座大型圖書館的數據，但最多也只能保存 2000 年。最后人們發現把信息儲存 1 億年的唯一可行方法，就是「把字刻在石頭上」。劉慈欣總結得好：

文明像一場五千年的狂奔，不斷的進步推動著更快的進步，無數的奇跡催生出更大的奇跡，人類似乎擁有了神一般的力量?但最后發現，真正的力量在時間手里，留下腳印比創造世界更難，在這文明的盡頭，他們也只能做遠古的嬰兒時代做過的事，把字刻在石頭上。