下一代数据存储技术 研究报告 （2021 年） 中国信息通信研究院云计算与大数据研究所 2021 年 7 月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院，并受法律保护。 转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的， 应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明者， 本院将追究其相关法律责任。 编制说明 本报告的撰写得到了行业内许多专家的支持和帮助，他们分别 来自：华为技术有限公司、阿里云计算有限公司、北京百度网讯科 技有限公司、星辰天合（北京）数据科技有限公司、新华三技术有 限公司、北京志凌海纳科技有限公司、北京金山云网络技术有限公 司、深圳市杉岩数据技术有限公司、西安奥卡云数据技术有限公司、 浪潮电子信息产业股份有限公司、英特尔（中国）有限公司。对这 些专家的大力支持表示由衷的感谢！ 前 言 伴随着信息技术的迅猛发展，以寄存器、缓存、主存、外存等 构成的多级数据存储系统已成为现代信息系统不可或缺的底层基座。 近年来，随着移动互联网和物联网的飞速发展，数据存储系统面临 的业务环境呈现出两大特点：一是数据量爆发式增长，规模到达EB 级、访问频率到达亿级每秒；二是现代业务负载动态变化，需要极 强的弹性伸缩和智能资源管理能力。传统数据存储系统受限于介质、 架构、协议等因素，其能力逐渐出现瓶颈，无法满足业务需求，这 催生了下一代数据存储技术。 下一代数据存储技术指在存储介质、存储架构、存储协议、应 用模式及运维模式等方面迭代创新的一系列技术的集合，总体呈现 高性能、易于扩展、服务化和智能化等特点。数据存储技术革新从 根本上改变着数据存储产品的形态。如何围绕下一代数据存储技术， 构建一套稳定、高效、满足未来业务发展需求的数据存储系统，是 企业和组织夯实数据底座、挖掘数据价值、释放数据潜能的关键。 本报告聚焦于企业级存储系统，从数据存储技术面临的挑战切 入，详细梳理了下一代数据存储技术，跟踪重点行业的应用动态， 并展望了存储产业发展趋势。力图展现下一代数据存储技术路径及 其发展前景。由于时间仓促，水平所限，错误和不足之处在所难免， 欢迎各位读者批评指正，意见建议请发送至 [email protected]。 目 录 一、存储产业与技术概述.............................................. 1 (一) 存储技术发展史 ............................................. 1 (二) 存储技术分类 ............................................... 3 (三) 存储产业市场简析 ........................................... 7 (四) 存储产业痛点分析 .......................................... 11 二、下一代数据存储技术详解......................................... 13 (一) 存储介质演进 .............................................. 13 (二) 存储架构演进 .............................................. 17 (三) 存储协议演进 .............................................. 21 (四) 应用模式演进 .............................................. 24 (五) 运维模式演进 .............................................. 25 三、下一代数据存储技术赋能数字化转型............................... 27 (一) 异构数据统一管理能力推动数据湖产品演进 .................... 28 (二) 多级存储介质助力实时分析能力构建 .......................... 29 (三) 云存储备份简化数据安全实践路径 ............................ 30 四、下一代数据存储技术实施建议..................................... 31 (一) 指导原则 .................................................. 31 (二) 实施策略 .................................................. 34 五、总结与展望..................................................... 36 参考文献........................................................... 39 图 目 录 图 1 存储介质发展简史 .............................................................................................. 1 图 2 存储技术架构 ...................................................................................................... 4 图 3 存储市场全景图 .................................................................................................. 8 图 4 中国企业级存储市场空间 .................................................................................. 8 图 5 中国存储市场总览 .............................................................................................. 9 图 6 中国存储市场介质使用情况 ............................................................................ 10 图 7 闪存及机械介质成本预测图 ............................................................................ 10 图 8 非易失性存储介质 ............................................................................................ 15 图 9 软件定义存储逻辑架构示意图 ........................................................................ 18 图 10 超融合基础架构图 .......................................................................................... 20 图 11 超融合基础架构特征 ...................................................................................... 20 图 12 基于 FC 和 SAS 协议的经典存储网络 .......................................................... 22 图 13 基于 NVMe 协议的 IP 存储网络 ................................................................... 24 表 目 录 表 1 下一代数据存储技术革新方向 ....................................................................... 13 表 2 机械硬盘与固态硬盘性能对比 ....................................................................... 14 表 3 新型非易失性存储简介 ................................................................................... 15 表 4 不同类型软件定义存储简介 ........................................................................... 18 下一代数据存储技术研究报告（2021 年） 一、存储产业与技术 （一）存储技术发展史 数据的存储从古至今都是人类活动的重要环节。早在语言文字 还没有形成时，人类就已经开始探索使用树枝和石头来记录信息。 从结绳记事到刻画在岩石上的象形文字，再到甲骨文的出现，从竹 简、纸张的发明，到活字印刷、打孔卡等科技进步，人类探索世界 得到的信息和数据不断积累，代代传承，提升了人类认识、改造世 界的能力。对信息沟通量与质的不懈追求，促使人类探寻更大容量、 更高性能的存储模式，推动开发和应用更多更先进的数据存储技术， 使数据更好地储存和交互，提高数据使用的便捷性与持久性。 20世纪20年代以来，伴随着电子技术的发展，存储技术进入了 崭新的时代。 来源：中国信息通信研究院 图 1 存储介质发展简史 1928年，可存储模拟信号的录音磁带问世，每段磁带随着音频 信号电流的强弱不同而被不同程度的磁化，从而使得声音被记录到 1 下一代数据存储技术研究报告（2021 年） 磁带上。1951年，磁带开始应用于计算机中，最早的磁带机可以每 秒钟传输7200个字符。20世纪70年代后期出现的小型磁带盒，可记 录约660KB的数据。 1956 年 ， 世 界 上 第 一 个 硬 盘 驱 动 器 出 现 ， 应 用 在 IBM 的 RAMAC305计算机中，该驱动器能存储5M的数据，传输速度为10K/S， 标志着磁盘存储时代的开始。1962年，IBM发布了第一个可移动