信息爆炸时代:机械硬盘离我们而去?

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当今世界，几乎所有的信息都在转换成“0”和“1”这两种数字信号后被传送、显示并记录下来。数码化信息量正以爆炸式的速度增加。自2007年起，可存储数据量就已远远赶不上生成的数据量。

机械硬盘是目前最流行的存储媒介，关于它何时消亡的争论一直在持续。其背后是固态硬盘等其他新式存储介质的兴起，以及垂直磁记录（PWR）技术将很快达到每平方英寸1Tb的物理密度极限。

日前，有消息说科学家们已经发现了一种降低硬盘盘片上磁点间隙、同时又不让磁点相互影响的新方法。这种“直接自我排列”新技术可以让硬盘存储密度再提升五倍，意味着让现在的硬盘增加了4到5年的“寿命”。

有趣的是，对于我们这些日常使用者来说，你还没来得及了解它，就快要跟它说再见了。所以，让我们看看硬盘有多神奇吧？

漂亮的“一杆进洞”

概括地说，硬盘的工作原理是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写的操作正好与此相反。另外，硬盘中还有一个存储缓冲区，这是为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设的。

硬盘包括存储信息的磁盘及向磁盘上写入和读取信息的磁头。磁头在不工作时静止在着陆区，在有动作命令时移动到高速旋转的磁盘上，快速接近所要求的磁道。

硬盘内部除了磁盘和磁头之外，还有控制信号处理以及磁头工作的大型集成回路（LSI）。如果将位长20纳米的数据，以同心圆状写入磁道宽150纳米、直径2.5英寸的磁盘上，把磁盘的直径放大3000倍，即等同于直径约200米的东京棒球场的大小。因此，这一数据记录过程也就相当于用0.5毫米粗的铅笔在棒球场上画同心圆。

在直径2.5英寸的硬盘里，是在长为52毫米的磁头臂的前端装上磁头，磁头接近磁道时允许的定位偏差为85纳米左右，即相当于把六百多米高的电视塔的顶端晃动幅度控制在约1毫米以内。同理，磁头读取写在磁道上的伺服信息的准确度可以比喻成打高尔夫球，类似于一杆将球准确地打进836公里外的洞里。可见，磁头是在如此高精密技术下读取磁盘上的信息的。

不可思议的“超低空飞行”

磁头在距磁盘数纳米高的上方，以日本新干线列车经过车站月台时的相对速度运行。特别是磁头在读取和写入数据时，磁头将读写要素的部分突出，最前端与磁盘表面的间隙仅1纳米宽。

磁头的滑行长度为0.85毫米，将此长度比喻成70米长的大型客机，相当机在距离机场地面仅0.1毫米以下的高度超低空飞行。

若磁盘上出现1纳米高以上的突起，磁头就会碰撞并脱落。如将磁盘的大小比喻成美国的陆地面积，那么可以允许的突起度应该低于一个乒乓球的高度。为了提高书写性能，磁盘虽然要在玻璃或铝底板上覆盖数层磁性及非磁性薄膜，其表面却是极为平滑的镜面。

将磁头的超低悬浮运行与各种细微物质的大小进行比较可知，磁头的悬浮高度实际比病菌还小。

因此，硬盘必须在极为洁净的环境中组装，并且需要保证超高抗冲击性，即使受到冲击也不会发生磁头和磁盘碰撞并导致磁盘损坏的问题。

谁将影响硬盘存储？

新的存储技术会不断崛起，改变数据存储、访问、使用和删除的方式。一些新技术已经应用到实际中，另外一些将要快速发展，还有一些仍处于科学家的实验室中。这些技术对传统的硬盘存储都将造成影响，或许未来存储将会彻底放弃硬盘，翻开崭新的一页。

服务器融入存储设备 既然大多数存储阵列都建立在工业级标准的服务器技术上，那存储厂商们会更容易在存储阵列中运行虚拟的服务器。

一些小的备份产品厂商已经开始这方面的实践了，虽然有基础条件限制，但是它们已经可以在虚拟机上复原崩溃的服务器，从而作为一种廉价的容灾方式。

展望未来，应用程序运行在高端阵列的虚拟机中，不但可以进行灾难恢复还可以使程序运行得更快。以后可以把应用程序移动到数据中，从而避免把所有数据移动到服务器中处理。

服务器融入到云 无论是在服务器上运行，在存储阵列中运行，还是在云中运行，虚拟机始终是虚拟机。

这就形成了一种趋势，在云中的虚拟机中运行更多的应用程序，紧挨着云存储。这就使人们面对一个关键的问题在云中写入读出大量数据时的延迟。通过把应用程序和虚拟服务器移动到云中可以解决数据处理的问题。

但这种方法不适用于所有的应用程序，尤其是那些用来进行联机处理的应用和需要快速结果的应用。但是对于大数据来说，这个方法再好不过了。

闪存存储 未来的闪存存储重点是“闪存”部分，而不是“存储”部分。

虽然一些存储初创厂商和主要的存储厂商都在发展闪存存储阵列，想把这样的阵列作为主要的存储媒介，但这仅仅是例外，不是常态。全闪存阵列仍然非常昂贵，但是闪存的价格会下降，或许可以作为可选技术之一。

在可预见的未来，闪存存储会被主要应用于两大领域。第一就是个人计算设备，包括平板电脑、超极本等。第二个领域就是一些形式的缓存，在主机中，在阵列中，甚至在云中，借助闪存可以存储访问最频繁的数据，而那些冷数据则被存储到成本较低的存储媒介中。

原子级别存储 一些技术正在被测试，看是否能当作存储媒介。虽然目前来看可能像是科幻电影，但是说不定某天就会成为现实。

举个例子，IBM的研究员正在研究一项技术，可以用8个原子存储1比特的数据。这是理论上可以应用在这个方面的最少的原子数量。现在的技术，需要100万的原子来存储1比特的数据。

至于这样的技术是否可以应用到商业，IBM没有透漏任何信息。

石英玻璃 日立正在研究一项技术，可以在石英玻璃上存储数字信息。公司宣称石英玻璃可以忍受住极高或极低的温度以及其它恶劣条件，而不会丢失数据。日立公司推出的模型，目前可以在每平方英寸上存储40MB的数据，理论上这些数据可以保存几百万年。

DNA编码存储 哈佛大学和霍普金斯大学的遗传学家们已经发现如何利用DNA存储数据，需要的密度比目前应用于商业或正在开发的技术的密度都要高。

理论上来说，一克单链的标准遗传编码可以用来存储最高达455EB或接近5亿TB的信息。目前这项技术只能用作读取目的，不能用来随机访问。

《科技日报》