新的存儲介質：讓數據“永存”

社交網站Facebook沉睡的數據文件超過數千TB，對于這些數據，絕大多數用戶都不會再去觸及它們，但是Facebook公司仍然需要保留它們。目前，該公司正尋找一個適當的解決方案，希望能夠解決這些數據的存儲問題。存儲容量并不是什么問題，但數據的長期儲存卻是一件不容易的事情。實際上，這對于所有的社交網絡站點來說都是一個難題，用戶的數據不斷地積累，而無論是用戶還是服務供應商，都希望能夠長期地保存這些數據。因此，Facebook在2013年的閃存峰會上呼吁存儲設備制造商“做你們所能想象的最簡單的閃存但要大和便宜”，理論上講，如果用于數據的長期保存，閃存比其他形式的存儲介質更有優勢。不幸的是，這一理論并不適用于現有的固態硬盤、閃存盤等閃存存儲設備。

目前，社交網站已經開始使用藍光光盤給用戶上傳的圖片文件存檔。2014年2月，Facebook公司公布了長期存檔的方案：將使用由10 368個藍光光盤（XL）組成的機架進行存檔，每個XL藍光光盤可以保存100GB的數據，每一個機架的存儲容量將達到1PB，它們將通過16個藍光刻錄機并行地讀寫。

對于家庭用戶來說，刻錄機也同樣有價值，暫時仍未到拋棄它們的時候，因為光盤仍然是長期存檔的好介質，反倒是個人用戶普遍使用的硬盤等磁盤介質雖然相對穩定，但卻并不可以依賴。而對于大量的數據，傳統的備份介質磁帶仍然是一個不錯的選擇，目前相關的技術仍然在不斷地發展中，這為我們提供了更多的選擇。

千年不變的石頭

現在很多電腦已經不再配備刻錄機，超薄筆記本電腦、平板電腦上不可能配備刻錄機，就連臺式電腦配備刻錄機的也越來越少。對于需要將數據長期存檔的用戶來說這是一個問題，因為現有的磁性或閃存存儲設備僅能夠將數據保存幾年，只有使用DVD和藍光光盤進行備份，數據才能夠保存數十年。當然，這里所謂的數十年，必須采用合適的材料和將光盤存儲在一個最佳的位置，普通的空白光盤是不可能達到這一保存年限的。

普通的刻錄盤有一個透明的盤體，通過有機染料層來記錄數據，并利用金屬反射層進行讀取。兩個層中的任何一個暴露在陽光、空氣或水分中，都可能分解而導致數據無法被讀出。試驗證明，如果采用金作為金屬反射層的材料，那么堅持100年是沒有問題的，保存30年更是不在話下。然而，非常嚴峻的問題是，許多普通光盤只能夠保存短短的幾年。

其他材料制成的特殊盤片可以保存得很久，近幾年，Millenniata已經在銷售一種通過類似石頭的無機層保存數據的DVD光盤M-DISC。無機化合物數據層具有反射和記錄雙功能，并且M-DISC光盤和普通的數據光盤不同，它不容易受到環境的影響。由于Millenniata和LG等驅動器制造商的緊密合作，因而有一些普通的刻錄機也可以刻錄M-DISC盤，而配套的DVD M-DISC盤片折合人民幣一片只需約20元。另外，Millenniata最近已經開始在自己的商店銷售藍光M-DISC盤片，并預計從2015年起開始銷售BDXL盤片。根據制造商的介紹，這些M-DISC盤片保存年限可以長達千年。這個結論顯然是模擬的測試結果，是將M-DISC盤片暴露于強熱和高濕度環境下模擬老化的過程而得出的結果。

由德國Syylex公司生產的GlassMasterDisc顯然比M-DISC盤更好，這種盤可以在90℃的溫度和85%濕度的環境下保存完好，包括M-DISC盤在內的其他競爭者都不得不甘拜下風。然而，用戶無法自己將數據寫入GlassMasterDisc，需要將數據發送到Syylex，通過蝕刻方式將數據寫入GlassMasterDisc。

不過，GlassMasterDisc仍然是可以超越的，特溫特和弗賴堡大學的科學家進行一些研究，希望找出更多可以長期保存數字數據的方案。他們開發了由鎢制成并涂有氮化硅的盤片。這種盤片即使在600℃的溫度下也仍然完好無損，因而科學家們得出的結論是，壓力測試表現如此出色的盤片壽命完全可以長達一百萬年。而在這么長的時間里，由于沙漠風沙的侵蝕，相信金字塔也早已不復存在了。

新一代藍光存檔光盤將在2015年亮相，然而暫時還不知道它是否會被提供給個人用戶。索尼和松下目前正就存檔光盤做準備，據介紹，第一代的盤片數據將被刻錄成6層，容量將達到300GB，而隨后的版本預期容量將高達1TB。存檔光盤的保存壽命將長達50年，將會是用于備份的理想介質，Facebook已經準備好要使用它長期保存數據。

磁帶的沖擊

磁存儲介質能以比較經濟的成本保存大量的數據，目前個人用戶使用磁存儲介質需要考慮的問題不多，但是未來幾年4K分辨率的視頻將逐漸普及，此時個人用戶將面臨一個選擇：選擇磁帶還是磁盤？對于大部分個人用戶來說都會選擇磁盤，特別是當4TB硬盤的價格也非常便宜的時候。然而，對于長期需要保存的數據來說，這或許是一個錯誤的選擇，因為機械硬盤這種特殊類型的存儲設備故障率非常高。

云服務供應商Backblaze進行了多年的研究和分析，希望找出機械硬盤的故障原因。研究發現，第一年，大約有5%的硬盤出現故障，主要原因是硬盤的制造缺陷。而從第三年起，許多硬盤開始陸續出現故障，主要原因是機械磨損等硬盤的缺陷。因此，該研究分析表明，個人用戶并不適合依靠磁盤來保存數據，因為如果幸運的話，磁盤或許可以使用超過10年，但磁盤也可能僅僅1年就出現故障。

舊存儲設備的未來

磁帶是20世紀的存儲介質，很長一段時間生產廠商各自為政，各自采用自己的系統，直到惠普、IBM和希捷建立線性磁帶開放（Linear Tape Open，LTO）作為磁帶的開放標準，這一切才有所改變。LTO磁帶作為一種開放標準的存儲介質有自己的開發時間表，每一代都加入了新的技術和提供更高的存儲容量。目前的第六代LTO磁帶，有自己的文件系統和加密系統。而它的WORM功能對于長期存儲數據更為重要，所謂的WORM，是指“一次寫入、多次讀取”，磁帶只寫入一次數據，此后將被作為寫保護數據訪問。經過專門研究磁帶驅動器的公司的測試，如果存儲在適當的位置，磁帶的保存壽命可以比硬盤更長，可以長達30年。唯一需要注意的是，高熱和高濕度的環境將會縮短磁帶的壽命。

LTO磁帶最近的一次更新將會改變磁帶的磁記錄材料，這將能夠進一步延長LTO磁帶的壽命，有可能可以保存50年之久。一直以來磁帶都采用金屬顆粒（鐵、鈷）作為磁記錄材料來存儲數據，但是這種材料已經達到了它所能支持的最高存儲密度：必須有足夠的磁化粒子，才能夠確保驅動器獲得明確的磁信號。如果使用金屬顆粒，那么每一盤磁帶的最大存儲容量是6.25TB，而從2015年開始，采用新一代磁記錄材料的LTO 7磁帶預計存儲容量將可以達到16TB。LTO 7磁帶采用鋇鐵氧體作為磁記錄材料，這種新的材料磁化的效果實際上并不完美，但是它的粒子較小，可以支持更高的存儲密度。此外，它不容易受到腐蝕，這意味著，鋇鐵氧體的磁帶預期將會有較長的使用壽命。

壽命更長的閃存

電子存儲技術可以解決許多影響存檔文件長期保存的問題，熱量是唯一可以破壞電子存儲器的因素。閃存單元通過浮柵存儲電荷，通過一個較低的電壓就可以讀出所存儲的數據，但是如果要進行刪除操作，則需要較高的電壓來除去電荷。每個刪除操作，都會使一些電子縈繞在絕緣層，在進行一定數量的寫操作后，太多的電子停留在絕緣層中，這將會阻礙刪除操作而導致閃存單元無法使用。這種情況發生速度的快慢取決于閃存單元所存儲的不同電荷電平的數目，不同的電荷電平可以被用于存儲不同的數值。

以往的閃存單元（SLC）通常只存儲1個電荷電平，也就是1個閃存單元存儲1bit的數據。現如今的趨勢是每一個閃存單元（TLC）存儲3bit的數據，因此，必須保存8個電荷電平。這可以提高存儲密度，但是降低了閃存單元的壽命：TLC閃存可經受約1 000次的寫入操作，而SLC閃存可承受100 000次。不過，從以上的介紹不難發現，如果閃存采用WORM的使用方法，也就是一次寫入后作為只讀介質使用，那么以上的問題就都可以得到解決。測試表明，采用WORM方式使用閃存，在室溫環境下閃存可以保存數據約1 300年，但是需要注意TLC閃存應該無法支持這么長的保存年限，因為較小的電荷電平的改變即可影響數據。

不幸的是，除了德國當局用于保存證據之外，WORM的閃存介質需求非常低。SanDisk的記憶庫（Memory Vault）是一個例外，但它采用USB 2.0接口。我們必須考慮到一個問題，那就是接口可能會被廢棄，閃存的發展非常快，未來誰也無法預料。今天隨處可見的SATA固態硬盤，再過10年或者20年，誰也無法保證還可以找到使用它的設備。SATA接口對于固態硬盤來說已經成為了瓶頸，很快將被PCI-E、NVM Express和M.2所取代。

除此之外，閃存也并不是最佳的電子存儲設備，目前發展中的技術將會提供更強大的電子存儲器，支持更多的刪除周期。目前最有前途的電子存儲器是相變存儲器（Phase Change Memory，簡稱PCM）和憶阻器，它們被認為是長期存檔的理想介質。長期以來PCM都是被看好的，但是它在存儲電荷時涉及一個臨時加熱的方法，這導致PCM單元難被小型化。而采用憶阻器技術RRAM存儲單元則不會有這樣的問題。目前，美國已經開發出了存儲密度能夠與最新閃存單元比肩的電阻式存儲器。與閃存比較，RRAM存儲單元的結構非常簡單：非晶硅層位于兩個電極之間，當施加電壓時，通道將始終保持導電性。壓力測試表明，在85℃的溫度下，RRAM存儲單元的壽命將比閃存單元更長，這意味著采用該技術的數據載體可以更長時間地保存存檔數據，然而開發相關的技術可能還需要較長的時間。