[企業儲存觀察室] 磁碟儲存空間的歷史與演進

磁碟機製造大廠 Seagate 預計在明年就會推出 5TB 容量的磁碟機，並且「可能」在 2020 年推出 20TB 的磁碟機。目前市場上單顆磁碟最大容量為 4TB，各大廠包括 HGST（隸屬於 WD 的子公司）、Seagate、Toshiba、與 WD 都已經推出 3.5 吋，4TB 7.2Krpm 的大容量磁碟機產品，而至於 2.5 吋 的硬碟，最大容量則為 1.2TB 10Krpm，但應該算是高效能的磁碟機。（以上資訊皆為企業級、即資料中心儲存系統所使用的磁碟機；消費市場上則已經有 2.5 吋 1.5 TB 的磁碟機。）

4TB 的資料容量有多大呢？說實話，從開始使用個人電腦以來，筆者的所有個人資料加總起來，也沒有超過 2TB ！就算把現在 Macbook Air 的 Time Machine 備份資料也算進去，大概也到不了 4TB！有一個估算是美國國會圖書館的資料量，如果全部以文字模式儲存，則大約為 10TB，3 顆 4TB 的磁碟機就夠了！現在，儲存在硬碟中的資料，絕大部份都不是以文字模式存在的，未來，所謂非結構化資料的成長速度，將遠遠大於傳統的結構化資料。（不然那麼大的磁碟要拿來放什麼？）

最近 storagenewsletter.com 整理了一份磁碟機容量的發展歷史，詳列從 1956 年 IBM 的 5MB 磁碟到今天 4TB 磁碟的歷程；從 2005 起，磁碟機的容量幾乎就是以每一年約增加 30% 的速度在發展，但容量極限值已經接近了。

Year	Maker	Model	Capacity	More Than
1956	IBM	350 Ramac	5MB	1MB
1961	Bryant	4240	90MB	50MB
1965	IBM	2302-3	100MB	100MB
1974	IBM	3330-11 Iceberg	200MB	200MB
1975	STC	8800 Super Disk	880MB	500MB
1981	IBM	3380	1.26GB	1GB
2001	Seagate	Barracuda 180	182GB	100GB
2005	Hitachi GST	7K500	500GB	500GB
2006	Seagate	Barracuda 7200.10	750GB	750GB
2007	Hitachi GST	7K1000	1TB	1TB
2008	Seagate	Barracuda 7200.11	1.5TB	1.5TB
2009	WD	Caviar Green WD20EADS	2TB	2TB
2010	Seagate	External GoFlex Desk	3TB	3TB
2012	Hitachi GST	7K4000	4TB	4TB

(Source: Disk/Trend and StorageNewsletter.com)

磁碟儲存容量技術的發展瓶頸，仍然在於儲存密度，以現今主要的 PMR (Prependicular Magnetic Recording) 技術來說，磁碟儲存密度的理論極限值大約為每一平方英吋可以儲存 1Tbit 的資料，（磁化記錄技術是以 bit 而非 byte 的方式來記錄資料），一旦超過這個密度就會產生資料毁損的問題。根據 Seagate 的說法，目前的磁碟機在每一平方英吋裡可以儲存高達 625Gbit 的資料，而這個數字離理論極限值的 1Tbit 已經相距不遠，也就是說如果沒有新的技術出現，磁碟容量馬上就會面臨極限。

目前有多種增加磁碟儲存密度的技術在發展中，而 Seagate 所使用的 SMR (Shingled Magnetic Recording) 以類似屋頂瓦片的方式讓資料磁軌相疊，這樣可以把儲存密度推進到每一平方英吋 1.3Tbit 到 1.4Tbit；更先進的 HAMR (Heat-assisted Magnetic Recording) 技術，使用小型雷射來改變磁碟的磁性，將可以把儲存密度一舉推進到每一平方英吋 5Tbit。不過 Seagate 並沒有透露哪些磁碟機是採用 SMR 技術？

整個磁碟製造產業的出貨量，每年以數個 Petabyts 的速度在成長，因此磁碟的儲存密度也必須要趕上，除非資料減量的技術可以更快、更全面的被採用。

除了在容量上往上推昇外，磁碟機的製造也在體積上往下減小中。比 2.5 吋更小如 1.8 吋，在市場上已經存在多年，Toshiba 在 2004 年也推出更小的 0.85 吋磁碟機。在厚度上，一般 2.5 吋的磁碟機為 9 釐米（9mm），某些新的固態硬碟則已經將厚度縮小到 7 釐米，不過最近 Seagate 則推出厚度僅有 5 釐米單碟片的磁碟，為行動裝置提供 500GB 的資料容量。與今年稍早推出的 SSHD (Solid-State Hard Drive) 結合快閃記憶體的磁碟所不同的，新的 5mm 磁碟並沒有配備快閃記憶體，Seagate 訴求的是那些需要更大資料容量的設備製造商，以此補足固態硬碟容量不足的問題。

筆者早年曾經使用過大小如講桌般而容量僅有 620MB 的大型主機磁碟系統，也經歷早期個人電腦大小如便當盒而容量僅有 30MB 的磁碟機的時代，今日動輒數 TB 的磁碟機已可謂之「海量」了！隨著技術的不斷演進，磁碟機的容量也會越來越大、體積越來越小，同時速度會越來越快，也會越來越省電，我想我們大概不需要擔心磁碟機發展的極限。

不過，為什麼不論是 30MB 或是 2TB，容量好像永遠都不夠用?