[科普中國]-高速存儲系統(tǒng)

目前數(shù)據(jù)存儲設(shè)備廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、工業(yè)自動化醫(yī)療衛(wèi)生、通信等各行業(yè)，由于涉及到設(shè)備所使用的環(huán)境不同，其實現(xiàn)方法也不盡相同。在科索沃戰(zhàn)爭，阿富汗戰(zhàn)爭，伊拉克戰(zhàn)爭以及反恐行動中，機(jī)載遙控系統(tǒng)都被廣泛的應(yīng)用于監(jiān)視偵查，打擊效果評估甚至直接對敵攻擊等行動中。

載遙控器主要是利用機(jī)載設(shè)備快速的獲取戰(zhàn)場一定區(qū)域的高分辨率遙感圖像但其攜載的光點成像設(shè)備不具備在惡劣氣候條件下工作和實時大面積連續(xù)成像的能力。隨著輕型天線和壓縮信號處理技術(shù)的發(fā)展，成本的降低，能夠全天時，全天候工作的機(jī)載SAR遙測系統(tǒng)將會成為未來戰(zhàn)爭中的“零傷亡”偵查的重要手段。

機(jī)載SAR遙測系統(tǒng)在工作過程中會產(chǎn)生大量的遙測數(shù)據(jù)，受限于飛機(jī)對的傳輸和處理能力，需要將原始數(shù)據(jù)和處理后的圖像數(shù)據(jù)實時保存在存儲設(shè)備當(dāng)中，返回地面后再進(jìn)行回訪和數(shù)據(jù)分析，一遍設(shè)計實時處理和算法。在飛機(jī)體積和載重能力受限的情況下，未了獲取分辨率更高的圖像和更加準(zhǔn)確的目標(biāo)信息，這要求數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)具有高密度、高速度的特點能夠?qū)崿F(xiàn)多路高速數(shù)據(jù)的并行寫入，并且能夠通過飛控系統(tǒng)進(jìn)行靈活控制。戰(zhàn)場偵查也要求飛機(jī)能夠在惡劣環(huán)境下長時間工作，因此對數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的功耗和抗震性也提出了較高的要求。

機(jī)載數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)經(jīng)歷了磁帶記錄儀、磁盤記錄儀、1固態(tài)存儲器等發(fā)展階段。固態(tài)存儲器在體積、靈活性、功耗、散熱以及抗震性等方面與磁帶記錄儀相比都有很大的優(yōu)勢。

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展和信息產(chǎn)業(yè)對高速大容量的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)需求的增加，數(shù)據(jù)存儲技術(shù)在過去的半個多世紀(jì)里取得了長足的進(jìn)步。數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的發(fā)展主要是由于存儲介質(zhì)的發(fā)展和數(shù)據(jù)傳輸接口的發(fā)展兩方面構(gòu)成。

1956年，IBM向客戶交付第一臺磁盤驅(qū)動器RAMAC305，可存儲5MB數(shù)據(jù)，每MB成本為10000美元。它有兩個冰箱那么大，使用50個24 英寸盤片。時至今日，磁盤容量已經(jīng)達(dá)到TB級，每GB數(shù)據(jù)成本0.2-3美元。但是磁盤采用盤片作為存儲介質(zhì)，利用馬達(dá)和磁頭的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，這些部件的物理和機(jī)械特性具有功耗高、體積大、易損壞、機(jī)械運(yùn)動造成摩擦發(fā)熱等局限，限制了磁盤在環(huán)境苛刻的場合的應(yīng)用。

1972年，飛利浦發(fā)明光盤存儲技術(shù)，但是受限于單盤存儲容量，光盤沒有大量應(yīng)用于大容量數(shù)據(jù)存儲。

1970年Intel發(fā)明第一個DRAM，并于1988年首先開發(fā)出NOR Flash技術(shù)，開啟了固態(tài)存儲的時代。緊

1989年，東芝公司發(fā)表了NAND Flash 結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)降低每比特的成本，更高的性能，并且像磁盤一樣可以通過接口輕松升級。固態(tài)存儲器是通過存儲芯片內(nèi)部晶體管的開關(guān)狀態(tài)來存儲數(shù)據(jù)的，由于固態(tài)存儲器沒有讀寫頭、不需要轉(zhuǎn)動，所以固態(tài)存儲器擁有耗電少、抗震性強(qiáng)的特點。

上世紀(jì)九十年代記錄設(shè)備廠商開始研制大容量固態(tài)存儲器并投入商用，受集成度及價格的限制，如今大容量固態(tài)存儲器已經(jīng)很少采用SRAM芯片作為主存儲介質(zhì)，而基于閃存技術(shù)NAND FLASH芯片已經(jīng)占據(jù)了主流地位。另一方面，隨著PCIE，RadIO，RocketIO等高速總線的出現(xiàn)，大容量的存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存取帶寬也不斷提升。

國外對大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)研究比較早，隨著新的存儲介質(zhì)的不斷推出，采用的存儲介質(zhì)經(jīng)歷了從磁盤、光盤到現(xiàn)在的固態(tài)存儲器的發(fā)展，其中固態(tài)存儲介質(zhì)又分為SRAM、DRAM、Flash等。存儲密度越來越高，存儲速度越來越快。隨著固態(tài)存儲芯片集成密度的不斷增加和功耗、價格的降低，越來越多的廠商致力于基本固態(tài)存儲系統(tǒng)開發(fā)。下面介紹幾種國外研制的大容量存儲系統(tǒng)。

VCI公司是國際上固態(tài)存儲設(shè)備的主要供應(yīng)商之一。公司產(chǎn)品采用DRAM為存儲介質(zhì)，存儲容量可達(dá)到16Tbits，，傳輸速率達(dá)到3.2Gbps，功耗達(dá)到30W/Tbits。該公司研發(fā)的大容量數(shù)據(jù)存儲的系統(tǒng)的特點為：系統(tǒng)采用層次化設(shè)計，分成幾個模塊，每個模塊再進(jìn)一步分成子模塊，用戶可以根據(jù)需要靈活的改變存儲容量；利用交叉存取快遞頁面模式實現(xiàn)讀寫和低功耗；采用層疊結(jié)結(jié)構(gòu)打包存儲，提高存儲密度；關(guān)鍵器件均有備份，提高可靠性。

Curtiss_Wright Controls公司提出了基于固態(tài)硬盤的Vortex-6511S8多通道數(shù)據(jù)記錄儀。該記錄儀采用VXS架構(gòu)，包括一塊控制板和兩塊存儲板，控制板搭載一片PowerPC440SP和一片V5SX95T，控制板通過8個光纖接口連接到兩塊存儲板，每塊存儲板可以搭載4塊2.5英寸的固態(tài)硬盤。該數(shù)據(jù)記錄儀可以實現(xiàn)2TB到4TB的存儲容量，存儲速度高達(dá)2GB/S 。

高速大容量數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的重要組成部分。其存儲容量、輸入輸出數(shù)據(jù)率、存儲區(qū)管理的靈活性以及存儲可靠性關(guān)系到空間探測或在軌跡上能否完成可靠地保存到地面試驗人員手中，進(jìn)而決定空間科學(xué)研究任務(wù)的完成情況。

因此，高速大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)是當(dāng)今航天領(lǐng)域的重要課題之一。隨著空間探測技術(shù)的發(fā)展以及探測領(lǐng)域的逐漸擴(kuò)大，人們對空間探測儀器的要求越來越高 ，因此出現(xiàn)了許多的大容量信息獲取設(shè)備。例如，可見光照相機(jī)、多光譜照相機(jī)、多光譜掃描儀以及電視攝像機(jī)等。這些設(shè)備所獲取的各種類型的圖像數(shù)據(jù)，通常具有分辨率高、譜段寬、細(xì)節(jié)豐富，攜帶信息量大、輸出速率高等特點，對于空間探測任務(wù)具有重大的意義。但是由于，我國國情的限制，衛(wèi)星往往不可能全天候的處于我國地面接收分為之內(nèi)，或者由于衛(wèi)星下行能力不能滿足實時傳輸?shù)囊?，如此高速而大容量的珍貴數(shù)據(jù)往往需要首先經(jīng)過本地記錄，進(jìn)而在適當(dāng)?shù)臅r候延時回發(fā)。因此，這對高速大容量存儲系統(tǒng)的能力提出了更高的要求。

高速大容量數(shù)據(jù)存儲詞條還需具有相對尺寸小，重量輕、低功耗、存儲密度等特點。因此由于NAND型FLASHMemory，即非易失閃存具有高存儲密度、低功耗且可掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)，非常適用于作高速大容量數(shù)據(jù)存儲的基本介質(zhì)。