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浅谈硬盘的发展与未来

浅谈硬盘的发展与未来

2006年11月30日,让人爱恨交加的Windows Vista在跳票三年后终于问世了。谁都不会否认这一“软件行业新闻”是对本年度硬件产业影响最为深远的事件。至此,2006年也划上了句号。

2004年,硬件发展的关键词是“变革”,PCI-E、DDR2、64位计算在技术上让人激动,却在市场上败走麦城;2005年的关键词是“进化”,可以看作是变革之后,技术产品化的一个普及、消化过程;而到了今年,不但PCI-E、DDR2和64位处理器顺利地成为“标配”,而且今年的头号新品——酷睿2处理器一上市就被大众所接受,双核成为了告别“频率神话”的标志。硬件市场在沉寂多年后终于爆发,掀起了一场复兴运动。

存储设备的技术更新比较慢,不像前面提到的产品那样激动人心,但2006年的存储领域还是不缺亮点的。自2006年日立和希捷相继发布垂直存储技术以来,2006年又有三星、西数推出采用垂直技术的硬盘产品,普及速度也很惊人。而蓝光和HD DVD作为下一代光存储技术的两大规格,已进入了产品层面的竞争阶段。存储技术正在向高容量、高密度、安全性方向发展,为进入TB级存储时代做好准备。

硬盘及控制器,在存储领域的地位是不言而喻的,可以说是这一领域的“灵魂”,我们当然首先关注它们的近况了。而且,硬盘与控制器的发展也是相辅相成、缺一不可。如果用一句话来概括,莫过于“更大、更快、更安心”。

首先,硬盘的容量是越来越大,单碟密度也是越来越高。现在,每张碟片80GB 已经不算新鲜事,这也差不多成为制造硬盘的一种新标准了,未来的趋势是更高。单碟密度增加了,硬盘容量也随之水涨船高,80GB 以下的硬盘在台式机市场上已经成为稀罕之物,西数几个月前就推出了容量以T为单位的“海量王”硬盘。“T”这个字母看起来似乎没有什么感觉,但如果换算成以“G”为单位,就是“1024G”,这是不是会让你感到一丝震惊呢?

小知识:单碟容量对于提高速度的帮助

单碟容量的提高就是盘片磁道密度(每英寸的磁道数)的提高,磁道密度的提高不但意味着提高了盘片的磁道数量,而且在磁道上的扇区数量也得到了提高,所以盘片转动一周,就会有更多的扇区经过磁头而被读出来,这也是相同转速的硬盘单碟容量越大内部数据传输率就越快的一个重要原因。此外单碟容量的提高使线性密度(每英寸磁道上的位数)也得以提高,有利于硬盘寻道时间的缩短。

硬盘容量的增加,不只是可以多存储一点东西这么简单,它对整个行业的影响都是非常深远的。硬盘控制器及操作系统必须要随之发展以支持这么大容量的硬盘我们就不说了,单单就说软件行业的发展,硬盘也是功不可没。试想一下,

如果硬盘还停留在几百上千兆的水平,有可能有现在这些动辄过“G ”的精美游戏和功能强大的软件吗?估计也没有人会拿出一大半的硬盘空间来装什么WindowsXP、或怪物级的Windows Vista 了。软件体积越来越庞大,运行时要读取的数据自然越来越多,所以硬盘的访问速度对系统性能来说是至关重要的。如果遇到了一块慢慢吞吞的硬盘,再强大的CPU 也只能感叹英雄无用武之地了。

在2006年中,希捷、迈拓、西数、日立、三星这几大主流硬盘厂商对产品线进行了全面更新,5400RPM低转速硬盘彻底宣告退出市场,而更为成熟的7200RPM高转速硬盘取而代之。客观而言,随着主流全面迈向7200RPM时代之后,硬盘在最为关键的内部传输率以及寻道时间方面确实有一定幅度的增长,特别是采用8MB缓存设计的部分产品,带给用户更佳的性能体验。

然而不可否认的是,这种增长幅度依旧无法满足大多数用户的需求,在很多应用环境下,硬盘速度仍然是整体系统中最为明显的性能瓶颈。到目前为止,硬盘的实际内部传输率还是无法突破80MB/s大关,这就意味着ATA133接口以及SerialATA接口将无用武之地。从硬盘的工作原理来看,想要大幅度提高性能的话,加快转速几乎是唯一的出路。

出于SCSI硬盘在高端用户心目中独一无二的地位,IDE硬盘向工作站和服务器领域的进军可谓历经艰辛。一般普遍的观点认为,与SCSI硬盘相比,IDE 硬盘稳定性相对较差,转速低,同时对CPU依赖大。虽然大多数情况下,这的确是IDE硬盘的不足之处,但IDE硬盘制造商确力图打破这一宿命。西数的Raptor硬盘已经达到10000RPM,此时寻道时间已有惊人的5.2ms,而大部分IDE 硬盘则要8-10ms。在持续传输率方面,转速提高的Raptor也明显优于任何7200RPM的IDE硬盘。

尽管SCSI硬盘已经让15000RPM成为主流,但是硬盘发展到10000RPM却历经艰辛。拥有比IDE接口更为出色的Serial-ATA将会把硬盘发扬光大。或许明年这个时候,我们应该称7200RPM硬盘为低端产品,真正的高端硬盘应当是10000RPM的SATA2产品。

转速的提高与单碟容量的提升固然重要,但是硬盘技术的发展需要从多个角度齐头并进。为此,我们已经看到外部接口、缓存技术以及软件优化技术等多方面的新技术频频出现。可以预见,来年的硬盘市场将真正以技术竞争为主导,各种新型产品将不断涌现市场,而目前的新兴技术也将普及化应用。

外部接口技术一直领先于硬盘内部传输率,因此我们一直难以察觉到这项技术的重要性。随着未来硬盘的转速全面提升到10000RPM,并行ATA133以及SATA肯定力不从心,此时SATA2将迎来真正的春天。已经正式出台SATA2标准将接口带宽提高到3Gbs,而且NCQ功能可以有效改善硬盘的随机存储速度。

如果说外部接口技术没有太多的实用价值,那么缓存技术的改进则令人不容忽视。迈拓MaxLine III已经内置16MB SDRAM缓存,而测试结果也证明这对于随即读取片段式数据大有裨益。不要简单地以为增大缓存容量仅仅是多加一款

SDRAM芯片,这其中还牵涉到缓冲器的命中率与分配问题。既然迈拓已经能够令16MB缓存发挥性能优势,那么表明未来硬盘肯定将会向着更大缓存容量的方向发展。

除了容量和速度,硬盘还有一个非常重要的指标就是噪音和稳定性。噪音和稳定性之间还是有一点关联的。一个噪音很大的硬盘,让人用的总是不放心,好像硬盘随时都会崩溃似的。而且,噪音大的硬盘一般发热量也十分惊人,而发热量正是硬盘稳定性的大敌。降低噪音及发热量的途径有两条,一是降低碟片转速,但这会大幅度降低硬盘的性能,权衡得失,低于5400 转的方案都是不可取的。另外一条途径是采用新技术,比如希捷的酷鱼9系列硬盘,在降低噪音和发热量方面颇有成效。

硬盘的接口已经从IDE全面升级成为了SATA,但这一升级似乎没有给用户带来太多的惊喜。硬盘虽然还不够快,但在多数应用场合不会让用户不满;硬盘的内部传输速度没有根本性的提高,外部接口的升级好比把并不拥堵的道路拓宽,只是在为将来做准备。更多的用户其实嫌硬盘容量小了,一部HDTV电影就要占据数十GB的空间,几部电影下来,300GB的硬盘就装满了。

自从硬盘在1956年诞生以来,数据就一直是水平排列,工程师们依靠缩小磁粒子的尺寸提高数据密度。随着硬盘容量超过了500GB,缩小尺寸已经接近极限,磁粒子越来越容易和相邻的粒子相互干扰,从而破坏数据。顾名思义,新一代垂直存储技术能垂直排列数据,而不是水平排列,这将在不提高数据破坏风险的情况下提高数据密度,也为硬盘容量继续成倍提高做好了准备。这可是等待了整整五十年的技术啊!五十年一遇的硬盘技术革命如今就发生在我们身边,还真有点幸运的感觉。

下一代硬盘技术也已经出炉,就是采用闪存芯片作为存储介质的固态硬盘。现在固态硬盘还处于产品试验阶段,其优点是速度极快(与现有硬盘技术相比)和故障率极低。但目前固态硬盘的容量还徘徊在8GB~16GB,价格还是主流硬盘的十倍以上,有了这两大致命伤,几年内固态硬盘应该还难以进入大众市场。从现在开始,让我们都准备好享受垂直存储技术带来的容量大餐吧!