我們在感恩節反思生活中值得感恩的人和事——我們的家人、朋友、職涯和成長。
在今年的感恩節，我回顧了我在儲存裝置領域的職涯，以及儲存裝置在此期間取得的所有重大技術進步。這是面對挑戰的簡單故事：挑戰現狀、快速演進、研發最佳產品和技術並最終勝出。整個過程就像生物進化，只是速度更快而已。
故事開始於 80 年代初期，我參與研發的第一款儲存產品是 IBM 3380 型，這是一款將控制器和儲存介質結合在一起的直接存取儲存裝置（DASD）。在 1985 年，該儲存裝置的兩個磁頭磁碟組合件（HDA）的儲存容量為 5.04GB，每個組合件重約 77 公斤，每個主軸有兩個獨立的執行器（每個執行器 1.26GB）。該產品的資料吞吐量為 3 MB/s，平均尋道時間為 16 毫秒。由於 14 吋磁碟的重量較大，主軸使用了專為卡車設計的重型滾珠軸承。
提高未來型號磁碟容量的一個關鍵問題是效能。工程師們就檔案系統在單個執行器上可承受的容量進行了辯論。當時，一些工程師認為每個執行器的極限容量約為 1GB，這意味著必須做出一些改變才能實現容量擴充。事實證明，這種估計往往是保守的。
在 1990 年代，單個昂貴的大型磁碟（SLED）被更小的廉價（獨立）磁碟冗餘陣列（RAID）所取代。藉助 RAID 技術，3.5 吋標準磁碟機（HDD）陣列可以取代由兩個直徑為 14 吋的大型磁碟堆疊組成的機架。這一變化帶來了以下改進，並在十多年的時間裡消除了對效能的擔憂：
- 大幅提高機架中的儲存裝置的容積密度
- 提高可靠性和冗餘性，方便就地重建故障硬碟
- 增加每 GB 執行器數量（由於磁碟直徑更小）
- 由於執行器更小、更輕，因此尋道效能更快
- 由於在多個並行硬碟上串連資料，因此頻寬更高
隨後在 1990 年代末和 2000 年代初期，硬碟技術的進步顯著提高了磁區密度和硬碟容量，在高峰期達到了每年翻倍的速度。這一成功使人們重新關注提高效能的需求。為了提高頻寬和縮短尋道時間，引入了以 10,000 RPM 旋轉的較小磁碟堆疊（65 毫米），隨後又出現了以 15,000 RPM 旋轉的直徑更小的磁碟（48 毫米）。
然而，與傳統基準相比，這些效能提升也增加了每位元成本。到 2000 年代中期，轉速為 10,000 RPM 的 2.5 吋 HDD 成為企業儲存系統的標準。在 2000 年代後期，出現了一種被稱為近線或大容量硬碟的新型 HDD，其特徵是採用 3.5 吋磁碟，最初每個主軸有六個碟片，轉速為 5400 RPM。隨著氦氣密封技術的出現，現代 HDD 現在最多可容納 11 個碟片，轉速可達 7,200 RPM。
2007 年左右，企業級儲存系統開始探索在企業資料儲存中使用 NAND 快閃記憶體技術。這些固態磁碟（SSD）採用非揮發性記憶體晶片代替機械磁碟，與 HDD 相比速度更快，但成本更高。SSD 滿足了一些重要儲存場景（如 HDD 陣列中的寫緩衝區）對快速存取和極低延遲的需求。2010 年，我幫助將首款企業級 SSD 推向市場，這是一款由 HGST 和 Intel 聯合開發的 100GB SLC SAS 介面 SSD。
到 2010 年代中後期，隨著 SSD 位元成本的下降以及系統架構和軟體的發展，SSD 的速度大大加快，在高效能應用案例中，SSD 開始取代所有 15,000 RPM 和 10,000 RPM HDD。企業級 HDD 的主流轉向近線 3.5 吋 7200 RPM 硬碟（現在可儲存 85% 至 90% 的企業資料），但高效能應用則讓位於 SSD。
儲存技術還在不斷發展。雖然 NAND 快閃記憶體的成本正在下降，但由於磁性擴充限制，HDD 在提高磁區密度方面面臨挑戰，必須採用能源輔助或熱輔助記錄等創新技術。此外，由於硬碟的機械結構限制，HDD 的效能無法進一步提升。與此同時，生成式 AI 和 GPU 對儲存工作負載的要求越來越高，需要更好的效能。雖然儲存軟體已經取得了進步，可以管理 HDD 每 TB 效能下降的問題，但其能力仍然有限。HDD 供應商正在重新審視舊的策略，如在每個主軸上使用更多執行器，以提高效能。
相對成本的下降和效能需求的提高，促使儲存陣列轉為使用超大容量的 SSD。與 SLED 過渡到 RAID 一樣，容量更高的儲存裝置除了可以減少硬碟成本，還能降低系統成本。使用大容量 SSD 建構的系統具有更高的能效，每瓦吞吐量比 HDD 高出 7.5 倍，每瓦容量比 HDD 高出 3 倍。
例如，最近推出的 Micron 6550 ION SSD 是目前速度最快、能源效率最高的 60TB 資料中心 SSD。隨著資料中心使用更多 GPU 進行擴充並面臨電力約束，大容量 SSD 系統將比 HDD 系統更具成本效益和能效。到本世紀末，我們可能看到 250TB 甚至 500TB 的 SSD，標準 2RU 機箱可容納 40 個 SSD，並在單個機架中提供超過 100PB 的容量。
重點——儲存裝置的永恆定律——是演進。新的設計、架構和技術不斷湧現，以滿足客戶對容量、成本、效能和功耗的需求。當需要適度的流式傳輸和檢索效能，HDD 仍將是成本最低的長期資料儲存介質解決方案，而大容量 SSD 則有望推動下一波浪潮，將資料中心中相當大比例的位元從 HDD 轉移到 SSD。
技術的發展日新月異，我很慶幸自己參與了這場變革。在我的職涯中，我目睹了從一個機架 5GB 到 100PB，從每個機架 3 MB/s 到可能 1 TB/s 的演變。這些進步的動力來自於我們永不滿足的需求：儲存更多資料。這些創新的背後是大量傑出的人才，我對這些年來與他們中的許多人共事心存感激。故事還在繼續……
