单盘容量360TB！这一新技术将改写数据中心存储格局？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）在数字化浪潮席卷全球的今天，我们每年产生的数据量已经达到惊人的160ZB（2024年统计）。同时，全球数据量正以每年约23%的速度持续增长，各行各业产生的数据量呈指数级增加。而其中接近80%属于几乎不被频繁访问却需要长期保存的“冷数据”。作为存储这些数据的核心载体，数据中心在存储方案选择上，正面临成本控制、效率提升与长期安全等多方面的挑战。
 
面对这一增长趋势，传统存储技术显得力不从心。为解决这一问题，创新存储技术被寄予厚望。日前，英国初创公司SPhotonix宣布其5D玻璃存储技术启动数据中心落地计划，单张5英寸玻璃光盘360TB的存储容量、138亿年的稳定性，为数据存储行业投下了一颗“深水炸弹”。

数据存储的挑战与冷存储的兴起

根据2024年《全国数据资源调查报告》，我国数据生产总量已达41.06ZB，人均年度数据生产量约31.31TB。然而，这些数据中真正被有效存储的仅占5.09%，其中接近80%为冷数据，一年内访问次数为零的数据占比高达38%。
 
冷数据虽然访问频率低，但价值不容忽视。从自动驾驶测试数据到医疗档案，从科研记录到历史文献，这些数据需要在需要时能够被快速访问，却又不适合存放在昂贵的高速存储设备中。在此背景下，数据中心的存储需求呈现多元化特征，不同业务场景对读写速度、存储容量、成本预算、数据留存周期的要求差异显著，催生出了多种技术路径并存的存储方案。当前主流方案可分为磁性存储、固态存储与分布式存储三大类，各类方案在性能、成本与适用场景上各有侧重。
 
磁性存储是数据中心存储领域的“老牌劲旅”，主要包括机械硬盘（HDD）和磁带存储两大细分品类，核心依托磁性材料的磁化状态实现数据读写。
 
机械硬盘（HDD）凭借成熟的技术、大容量与低成本优势，长期占据数据中心大容量存储的主导地位。其优点十分突出：单盘容量已突破20TB，单位存储成本不足0.1元/GB，且技术成熟度高、兼容性强，适用于对读写速度要求不高的海量数据存储场景，如视频监控数据、用户行为日志等。但短板也同样明显：机械结构的特性导致其读写速度较慢，随机读写性能仅为每秒数十兆字节，且抗震性差、使用寿命有限，需要持续供电维持运行，长期存储的能源成本不可忽视。
 
磁带存储则是冷数据存储的传统选择，通过磁粉涂层记录数据，具备极高的存储密度与极低的单位成本，单盒磁带容量可达数百TB，且在离线状态下无需供电，数据留存周期可长达30年以上。但其致命缺陷在于读写速度极慢，数据访问延迟通常以分钟计，且需要专用的磁带库设备进行管理，适用于归档级冷数据存储，如政府档案、科研数据等长期留存且极少访问的数据。
 
固态存储以固态硬盘（SSD）为核心，基于闪存芯片实现数据存储，凭借无机械结构的优势，彻底摆脱了机械硬盘的性能瓶颈。其最大优势在于读写速度极快，顺序读写速度可达每秒数千兆字节，随机读写性能更是机械硬盘的数百倍，能够满足数据中心对实时性要求极高的业务场景，如人工智能模型训练、高频交易数据处理、数据库缓存等。同时，SSD具备抗震性强、能耗低、体积小的特点，在高密度数据中心部署中优势明显。但固态存储的普及受限于高昂的成本，单位存储成本约为机械硬盘的5-10倍，且闪存芯片存在写入寿命限制，多次擦写后性能会逐渐衰减。此外，SSD的数据留存依赖电力维持，长期离线存储存在数据丢失风险，难以适用于归档级冷存储场景。
 
此外，蓝光存储是超长期存储的新兴选择。其优势是数据保存寿命可达100年，抗磁干扰、防水防火性能优异；不过，蓝光存储单位成本高于磁带，单片容量难以突破TB级。

非磁性冷存储技术：玻璃存储的崛起

当前，非磁性冷存储技术已形成以玻璃存储为核心，DNA存储、陶瓷存储、冰存储等多种技术路径并存的发展格局。其中，玻璃存储技术进展最快，已进入数据中心试点筹备阶段；DNA存储实现商业化产品突破；其他技术路径仍处于实验室研发或小规模验证阶段。
 
SPhotonix公司近期宣布，其基于熔融石英玻璃盘片的5D存储技术已走出实验室，正加速迈向数据中心实际部署。该公司的存储介质采用飞秒激光在纳米尺度结构中写入数据，信息以五个维度进行编码：三个空间坐标（x、y、z）以及纳米结构的方向和强度。单张5英寸玻璃光盘可存储高达360TB数据，稳定性可达138亿年，相当于当前估算的宇宙年龄。玻璃存储的核心优势在于其“写一次、永久保存”的特性，无需电力即可永久保存数据，对高温、水浸、电磁脉冲等极端环境具有天然防护能力，实现万年以上寿命几乎没有衰减。
 
除SPhotonix外，目前这一赛道还有微软、Cerabyte等公司布局。其中，微软通过“Silica项目”公开测试玻璃存储介质，已实现TB级写入，读取端借助偏振显微镜和机器学习解码数据；Cerabyte已公布玻璃存储商业化路线图，首个Demo样机单柜容量1PB、读写带宽100MB/s，预计2025年推出本地部署升级版。
 
不过，尽管前景广阔，5D玻璃存储技术仍面临多重挑战：
·成本压力：飞秒激光器、纳米级三维定位平台等关键设备价格高昂，占整机成本近六成。早期系统的写入设备售价约3万美元，读取设备约6000美元，远高于磁带存储系统。
·性能瓶颈：当前原型机写入速度仅4MB/s，读取速度30MB/s。SPhotonix目标是3-4年内实现500MB/s的读写速度，但这一目标能否实现仍存疑。
·访问延迟：微软Project Silica设定的服务等级目标（SLO）为约15小时内完成归档数据的读取，这种长时延对实际业务应用构成挑战。

写在最后

未来3-5年，随着读写速度提升和成本下降，玻璃存储技术有望从“小众归档介质”逐步发展为数据中心的主流存储解决方案之一。在数据爆炸式增长的背景下，谁能率先突破技术瓶颈，谁就能在冷数据存储这一“蓝海市场”中占据先机。