从数据中心到监控专用硬盘的存储技术解析

    截至今天，磁盘技术已经发展了数十年，从个人PC到大型超大型数据中心，磁盘在过去数十年中都是作为主流存储介质出现的。相比磁带，磁盘的性能更高而且更容易管理和应用，相比固态磁盘，磁盘又拥有着巨大的成本优势，而且磁盘在经历了长期发展之后，其建立的生态系统之完善是其他任何存储介质所无法相比的。
　　硬盘的市场的发展现状可以总结为以下三点：首先磁盘市场经过多年的整合，多家磁盘厂商或者存储厂商的磁盘部门被其他厂商兼并，市场上磁盘厂商现在已经只剩三家(东芝、希捷和西部数据)；其次，由于闪存的快速发展，磁盘的主流存储介质的角色面临威胁，但是磁盘市场并没有因此沉寂，我们看到包括监控硬盘、6TB和8TB的大容量硬盘以及NAS硬盘等新品的出现使得磁盘找到了新的发展方向；第三，固态硬盘进入了一个快速的发展阶段，其在数据中心的应用也越来越广泛。在概括了硬盘市场发展的三大特点之后，本文将就硬盘的几个主要的应用方向进行详细的介绍。另外本文还将结合东芝的全线硬盘产品来对不同应用场景中的存储需求进行分析。
　　数据中心关键业务应用
　　数据中心中以OLTP和OLAP为主的关键应用对存储的性能要求非常高，其主要特点是大量的随机读/写IO，以业务交易系统为例，不仅会有大量的业务数据输入，还会有大量随机的查询请求。简单的说，要满足关键业务的需求，存储必须有高IOPS、低延迟以及高带宽的优势。
　　从硬盘的层面，固态硬盘无疑是高性能的代表，由于没有了寻道延迟，当下主流的固态硬盘IOPS可以超过磁盘两个数量级，而PCIe闪存卡的性能则更是可以达到超过20万IOPS的性能，但是由于固态硬盘仍然有较高的成本，所以如果数据量较大，还需要10k和15k转速的磁盘做容量上的补充。
　　东芝共有多个系列的硬盘产品适用于关键业务应用。首先是SAS2.5英寸的高性能固态硬盘，其企业级读取密集型固态硬盘系列(eSSD)可以提供480GB、240GB和120GB三个容量选择，除了高IOPS、高带宽和低延迟的特点，东芝企业级固态硬盘还具备了QSBC错误修正技术以及ECC以保障数据完整性。而企业级效能型硬盘10k转速的AL13SE和15k转速的AL13SX分别能做到最高900GB和600GB的容量，这样的容量和转速的此两款硬盘非常适合作为企业第一层存储，为应用提供一个高带宽、高连续写能力的解决方案。
　　使用企业级硬盘产品，企业关键业务可以根据自身需求打造各种各样的混合存储解决方案，这样的解决方案可以兼具固态硬盘的高性能以及磁盘的大容量和低成本优势，帮助企业加速业务创新。
　　数据中心存储
　　数据中心中大量的数据都产生于各种日常应用(比如部分云端应用、备份和归档)中，这此应用相比数据中心的关键业务应用来说，对硬盘的性能要求并不是很高，但是要求硬盘有大容量和低成本两个特性。所以我们看到硬盘厂商并没有在硬盘转速达到15k之后继续研发转速更高的硬盘，而是将重点转移到了提高硬盘容量上，近期4TB的大容量硬盘已经是一个市场主流；而5TB、6TB甚至更高容量的硬盘也逐渐有了市场。另一方面，为了使得硬盘更适用于云数据中心以及备份和归档的应用需求，大容量硬盘还会在硬盘可靠性、读写控制上做出优化设计。
　　东芝的企业级容量型硬盘以及企业级云存储硬盘都是针对数据中心存储而研发的硬盘产品，此两款磁盘转速均为7200转，而且均有高达5TB的容量。需要指出的是企业级云存储硬盘是东芝专门针对云数据中心而研发的产品，平均无故障运行时间为80万小时，而企业级容量型近线硬盘则在容量以及稳定性上有较大优势。
　　相比4TB及以下容量级别的硬盘，企业级容量型硬盘以及企业级云存储硬盘单个硬盘虽然优势不是很大，但是当数据中心达到数百TB甚至PB级的数据量时，5TB的大容量硬盘将节省20%甚至更高的空间，对散热、电力资源的消耗自然也会减少，这对一个具有严格成本要求的云数据中心来讲至关重要。
　　除了东芝的企业级容量型硬盘以及企业级云存储硬盘两个系列的硬盘，东芝企业级读取密集型固态硬盘系列(eSSD)也是数据中心硬盘的主力，企业级读取密集型固态硬盘可以提供480GB、240GB和120GB三个容量选择，而且高IOPS、高带宽和低延迟的特点，东芝企业级固态硬盘还具备了QSBC错误修正技术以及ECC以保障数据完整性。这些优势能使得企业级读取密集型固态硬盘能够满足应用对容量和性能以及可靠性的需求。
　　NAS存储
　　根据IDC数据显示，2011年至2016年期间，全球入门级NAS市场将以66.5%的年复合增长率迅速发展。同时，不少行业分析家们看到了在全球SOHO存储系统市场中，NAS一直是增长最快的细分市场之一。从营收和TB容量的增长来看，在存储设备向IP互联系统转换的驱动下，NSA市场的消费在预测期内将持续强劲的增长势头。随着家用宽带速率的提升、NAS技术的日益成熟，NAS这一数据中心的产物才得以迅速的在家用/SOHO市场上得到飞速的发展。而NAS硬盘也是硬盘一个新的发展方向。
　　NAS作为一种特殊的存储服务器，其对硬盘非常严格，除了通常大家选购硬盘时所需要关注的传输性能和容量之外，NAS更强调7*24小时的工作稳定性，能耗以及数据传输的稳定性，因此在技术的侧重面上也是完全不同。NAS网络存储硬盘是近年兴起的新型机械硬盘，它对比普通机械硬盘，更强调稳定性、磁盘阵列的数据保护、百万小时的硬盘无故障时间。东芝有3.5英寸DTHDD硬盘可以满足SOHO/家用NAS系统需求，同时东芝的云存储硬盘在具有较高的性价比和稳定运行时间，所以对于NAS来说也不失为一个非常好的选项。
　　需要指出的是，东芝存储产品线中的企业级容量型3.5英寸硬盘，7200转的转速、最高达5TB的容量，还有平均无故障运行时间140万小时，配合高性价比，使得这款硬盘适合在数据中心主存储、备份存储以及NAS等应用中广泛的使用。此外，转速为7200转，最高容量5TB的企业级云存储硬盘磁盘也能够达到平均无故障运行时间80万小时，并带有振动补偿技术，所以此款硬盘也是非常适合NAS应用场景。
　　除了上文中提到的两款非常适合应用于NAS场景的硬盘外，东芝DesktopHDD(3.5“)桌面硬盘可以做到最高3TB的容量，转速为7200转，平均无故障运行时间为80万小时，所以也能够满足NAS对硬盘在容量、性能和可靠性方面的需求。
　　监控存储
　　随着行业安防监控系统甚至个人安防监控系统的日渐普及，安防监控已不再是市政、交通、宾馆等行业用户的专属，安防监控系统早已进入寻常百姓家。
　　而监控存储是一个非常特别的领域，其应用特点是大量数据的持续写入。这就对硬盘提出了三点要求，首先是需要24X7并保证持续的稳定性，只有这样才能将视频影像数据完整的记录下来；其次是功耗，由于需要24X7运行，所以监控硬盘需要严格的控制功耗以降低存储解决方案的成本；最后是大容量。这点也是基本要求，因为应用会对硬盘进行持续的数据写入操作。所以，监控硬盘均是容量较大的产品。
　　由于固态硬盘并不适宜频繁的擦写而且成本较高，所以监控存储一直是磁盘的天下。东芝同样打造了自己的监控硬盘产品线。其中以影音串流型硬盘和监控型硬盘为主，影音串流型硬盘这款硬盘容量最高达3TB，平均无故障运行时间可以高达80万小时，适用于1-4的托架配置。其最新的监控型硬盘产品可支持至少32部的高画质摄影机每天24×7不间断运行，不仅如此，监控硬盘也搭配了旋转震动(RV)传感器，尤其适合于RAID及多硬盘式的监控平台使用。
　　监控硬盘现已作为硬盘一个重要的分支取得了非常快的发展，使得整个监控系统更有效率。另一方面从整个产业的发展来看，平安城市、智慧交通等概念的兴起都进一步促成了监控硬盘市场的繁荣。
　　总结
　　东芝硬盘产品线齐全，可以满足数据中心不同层次存储以及NAS和监控这样细分应用对硬盘的需求。从产品的分类上来看，东芝一方面对固态硬盘的研发一直在持续，并且致力于为关键业务提供一个高性能存储解决方案。另一方面，作为少数仍有磁盘产品的厂商，东芝也是积极的为自己的磁盘产品线谋求了诸如云存储、NAS以及监控存储这样的出路，而且均取得了成功。相信未来高性能的固态硬盘以及低成本、高性价比、大容量的磁盘会成为东芝硬盘的发展重点。