固態硬碟、藍光技術竄起　或將改變資料儲存與備份機制

前言：
硬碟機必須拉高馬達轉速，才能提供更高的傳輸效能，然而受限硬碟機內部空間有限，不像處理器可額外安裝散熱風扇以維持產品運作，因此，若一味提高馬達轉速，在高溫環境下，硬碟機的壽命將會大打折扣。而固態硬碟(SSD)由於採電子式設計，除了具備耗電低、重量輕的特性，由於沒有硬碟機內部的機械式往復動作，所以不但沒有噪音，其運作過程中產生的熱量也遠比硬碟機少，甚至無需擔心摔落時造成資料損毀的問題。

本文：
自1956年IBM發明史上第1個儲存容量僅有5MB，代號為Ramac的硬碟機開始，就奠定電腦應用在戶籍資料、銀行自動化、太空科技……等產業中，扮演儲存暨處理龐大資料的重要角色。經過50年不斷的革新，單顆硬碟機的容量不但已突破1TB，且仍是最便宜又划算的儲存媒體，為企業存放資料最關鍵的設備。

可惜的是，受限於製作硬碟機的物理材質限制，以及當前追求低耗能的綠色機房風潮，硬碟機發展已逐漸走到難以突破的瓶頸，而製造技術日漸成熟的SSD，由於兼具省電與效能雙重特點，成為未來大量資料儲存的新希望。

透過電流形成磁場　以便存放大量資料

硬碟機是以硬式的磁碟片作為記錄媒介，透過磁頭的微小電流，將磁碟片磁化成無數磁場，配合高轉速馬達與讀取頭，寫入或讀取資料。其中，存放資料碟盤的材質包括鋁、鉻等金屬，也有些硬碟機是以玻璃為材料，不過，受限於製造成本較高，通常應用於價格較高的筆記型電腦用硬碟機上。

硬碟機的運作方式可分為寫(將資料寫入硬碟)與讀(從硬碟讀取資料) 2個動作，對硬碟而言，不管是讀或寫，都需要中央處理器下達存取資料的命令，所以，只要微處理器接受到來自系統程式發出的讀寫指令，微處理器便開始向記憶體與硬碟發出命令。

當需要記憶體中的資料寫入硬碟機時，處理器會先下達寫入資料的命令，並將記憶體中的資料，由匯流排傳送到硬碟機上，透過主機板上控制I/O晶片組的居中協調，資料便會循序送入硬碟的緩衝區(也就是硬碟的快取記憶體)，最後，再由硬碟控制電路將緩衝區內的資料記錄至碟片上。

當記憶體需要讀取硬碟機中的資料時，同樣也是由微處理器先下達讀取資料的命令，然後硬碟控制晶片便開始將資料讀至緩衝區內，最後才經由主機板上的匯流排，將硬碟緩衝區內的資料送至記憶體，並完成讀取硬碟資料的動作。

早期受限於硬碟製造技術不夠成熟，硬碟機的故障率極高，尤其資料讀取頭必須長時間與碟片接觸，非常容易造成磁碟片毀損，所以才會有RAID技術問世，希望透過多顆硬碟機組成磁碟陣列，藉以保護硬碟機上寶貴的資料。

受限物理材質極限　硬碟傳輸效能達瓶頸

早期受限於製造技術不夠精良，在兼顧大容量儲存需求的前提下，硬碟機都是採用5.25吋，且高度通常為全高尺寸，也就是目前常見1U機架伺服器的高度。演變到目前為止，筆記型電腦通常採用1.8、2.5吋硬碟，個人電腦則多為3.5吋硬碟，至於企業內大型儲存設備，也從早期的3.5吋，轉變為2.5吋與1.8吋。

先前曾經提到硬碟機是由磁盤、高轉速馬達、讀取頭等組成，要提高硬碟機的儲存容量與讀取速度，自然得從提升磁盤密度、拉高轉速馬達下手，才能創造出高效能又兼具大容量的硬碟機。

無論要將資料讀取或寫入硬碟機，都得仰賴讀取頭接觸高轉速的碟盤，硬碟機馬達轉速愈快，資料讀取或寫入的速度也自然提高，所以，硬碟機的馬達轉速從早期的3,600轉，逐漸提升到5,400轉、7,200轉、10,000轉，及當前最高轉速的15,000轉。為了增加資料儲存的容量，必須透過不同材質提高磁盤的密度，甚至在單一台硬碟機中塞進更多碟盤，目前常見的作法，多半是在1台硬碟機中，塞入4個雙面碟盤搭配8個讀取頭。

而為了確保新研發技術的穩定性，製造商多半事先將新技術應用在低價的3.5吋硬碟機上，接著依序應用於製成難度較高的1.8、2.5吋消費型硬碟機，最後才會導入強調資料安全性的企業級高階硬碟機。至於近年來受到市場矚目的SATA、SAS傳輸介面，也是因應硬碟機的資料傳輸速度大幅提升，為拉高硬碟機與記憶體傳輸頻寬的新技術，可滿足儲存設備在RAID模式下產生的高速資料存取需求。

不同於雙核心、4核心處理器利用改變資料運算架構，就能提升資料處理速度的模式，硬碟機必須拉高馬達轉速，才能提供更高的傳輸效能，然而受限硬碟機本身內部空間有限，不像處理器可額外安裝散熱風扇以維持產品運作，若一味提高馬達轉速，在高溫環境下，硬碟機的壽命將大打折扣。

儘管硬碟機廠商已把硬碟機的穩度控制在一定溫度下，但是隨著儲存設備內部硬碟機的數量愈來愈多，其散發的溫度自然也愈來愈高，必須透過機房中的冷卻系統降低其運作溫度。正因如此，在資料中心的能源消耗結構中，有超過50%的電力用於散熱及功率轉換上，包含供電設備、冷卻設備、照明設備等，若深入分析各項設備的耗電狀況，其中維持IT設備運作僅消耗30%左右的電力，空調系統則佔據大部分電力能源，平均消耗量達45%左右，所以許多企業才希望藉由耗電量更低的SSD，解決目前效能不彰的問題。

資料存取速度快　具備低耗電優勢

有鑑於硬碟機的發展瓶頸，SSD自剛問世起，就被視為下一代儲存設備的重要關鍵技術。SSD是目前快閃式記憶體產品，如隨身碟的延伸產品，依照技術不同，可分成傳輸速度較快、穩定性較高的SLC(Single-Level-Cell)，以及專門針對消費性市場設計、具價格優勢的MLC(Multi-Level-Cell)。無論哪種技術的SSD，都是採電子式設計，除了具備耗電低、重量輕的特性，也因為沒有類似硬碟機內部的機械式往復動作，所以沒有噪音，其運作過程中產生的熱量也遠比硬碟機少，甚至不必擔心摔落時造成資料損毀的問題。

儘管SSD尚未進入企業應用市場，但是從愈來愈多筆記型電腦安裝SSD分析，由於其運作溫度、發熱量相對較低，因此筆記型電腦無需花費太多機構設計成本解決散熱問題，頂多只要在SSD上加裝專散熱片，就足以排除大量讀取或寫入時的溫度。其次，在耗電量上的突破，更讓SSD具有極佳的競爭優勢，在無大量耗電的機械運作能源消耗條件下，筆記型電腦的電池耐用度顯得更持久。

根據市場研究機構對SSD節能提出的研究報告指出，SSD搭配4 cell鋰電池的耐久度，相當於傳統硬碟搭配6 Cell鋰電池，也就是至少可省下1/3以上的電力。若依照上述分析數據應用在機房中，以SSD取代傳統硬碟機，不但儲存設備本身的耗電量可節省1/3~1/2以上，還能減少冷卻設備的使用率，降低龐大的電力成本支出。

SSD耐用性待觀察　尚無法取代傳統硬碟機

儘管在企業用戶最關心的效能方面，SSD有相當令人驚艷的表現，採用MLC技術的產品，在隨機讀取方面的效能可達90~100MB/Sec，隨機寫入的效能也有35~40MB/Sec的表現，不但遠超過7,200轉的硬碟機，甚至約略等於15,000轉硬碟機的水準。而針對高階環境應用設計的SLC技術，其資料寫入速度可達到200MB/Sec，能充分發揮SATA、SAS介面的傳輸效能。

儘管SSD具備許多優點，但未來能不能快速普及，價格與耐用度仍是非常值得觀察的重點，目前市面上最常見的SSD仍是較具容量、成本優勢的MLC型產品，可惜基於物理限制，MLC的產品會隨製程微縮，導致產品穩定度與耐用度表現下滑，儘管SSD業者持續追求透過控制IC核心支援能力進行修正，包含故障區塊管理，採最佳化的平均抹寫、錯誤偵測，希望藉此拉高產品的使用壽命，但未來還得通過消費市場考驗才行。

至於穩定度較高的SLC型SSD，儘管資料讀取次數並不比硬碟機差，但是每單位價格約為硬碟機的30倍，很難說服企業改用SSD。儘管目前SSD價格仍偏高，不過，未來隨著產品製程精進與消費性市場接受度提升，產品的價格勢必會大幅下修，屆時才是SSD取代傳統硬碟機的時代。

藍光光碟技術漸趨成熟　降低短期備份資料成本

從Sony推出內建藍光光碟機的PS3開始，藍光光碟機就成為Full HD影像的代名詞，有別於傳統DVD讀取頭利用紅色光線讀取或寫入資料的技術，藍光(Blu-ray)是利用波長較短(405nm)的藍色雷射光讀取和寫入數據，因為波長愈短的雷射光，能在單位面積上記錄或讀取更多信息。藍光技術能夠在1張單碟上存儲25GB資料，是DVD技術的5倍，同時資料讀取速度也大幅提升不少，且最重要之處，在於藍光光碟擁有1個異常堅固的層面，可保護光碟裡重要的記錄層，以此保證藍光光碟片上資料的安全性，也就是可解決現有DVD光碟片資料保存性不佳的問題。

不光是資料保存的安全性提高，藍光光碟片在容量上也有重大突破，目前可分成單層25GB、雙層50GB、4層100GB，其關鍵點在於更改光碟表面的記錄層位置，即使正在旋轉的光碟發生傾斜，因為記錄點距表面更短，能夠很輕易的避免雷射偏離情況，還能提高記錄容量。

藍光技術是針對高畫質影像儲存所設計，在資料保護與容量上，比起DVD技術有相當長足的進步，尤其針對台灣市場即將邁入數位節目時代，1片藍光光碟就可提供6~7片DVD影片的容量，大大降低電視台備份影片的成本。

隨著儲存容量大幅提升，原本被視為針對個人用戶市場設計的光碟備份技術，或許會有出人意外的發展，相較於企業用戶主要使用的LTO磁帶機，儘管儲存空間是藍光光碟片的8倍以上，但是在攜帶便利性方面，仍以藍光光碟片較佔優勢；其次，為了因應法規保存電子郵件長達2年的要求，藍光光碟片的儲存成本反而更低廉`，更符合企業用戶所追求的經濟效益。

雖然目前藍光光碟片的售價仍在新台幣百元以上，但是當好萊塢8大片商以藍光技術發行影片之後，勢必會帶動藍光光碟片價格持續下滑，讓藍光技術成為企業備份資料的另一種選擇。