信息存储技术的发展趋势展望

信息存储技术的发展趋势展望
人的大脑记忆功能可以把人从各种器官收集的信息经过适当编码存储起来，所以，大脑也是人的一个重要信息存储部件。

信息的存储是信息在时间域传输的基础，也是信息得以进一步综合、加工、积累和再生的基础，在人类和社会发展中有重要意义；但入脑存储的功能仍然受着具体入的大脑存储容量、记忆能力及存取速度等自然能力的限制。

特别是由于人的生命期有限，人死后，人脑存储的信息也随之消失。

人的生育遗传功能虽然可以把人本身的某些自然属性的信息传给下一代，但并不能把人脑中储存的信息传下去，于是人们又发明创造了造纸术、印刷术、摄影、摄像技术、录音、录像技术以及磁盘、磁带、光盘等各种信息存储技术。

这些人造的信息存储技术与设备不仅在存储容量、存取速度方面有可能扩张人脑的存储能力，而且还有以下两方面更重要的层义：一是它们把人主观认识世界的信息迁移到客观世界的存储介质中，可以不受人死亡的限制而一代一代传下去；二是它们脱离了个人大脑的局限可成为人类社会共享的知识，成为社会的人与人之间进行信息交流的重要媒介。

一、信息存储技术概述
（一）信息存储技术概念：
信息存储是将经过加工整理序化后的信息按照一定的格式和顺序存储在特定的载体中的一种信息活动。

其目的是为了便于信息管理者和信息用户快速地、准确地识别、定位和检索信息。

首先，信息是需要传递的，他可以沿空间传递，我们称之为通讯、传输等。

例如打越洋电话、网络聊天。

但同时他也需要沿时间传递，这时我们称之为记忆、存储等。

所以信息存储的含义和作用用一句话阐述其实质就是“跨越时间进行信息传递的过程”。

信息存储技术概念：
信息存储技术是指跨越时间保存信息的技术，主要包括数据压缩技术、缩微存储技术、光盘存储技术等。

（二）信息存储技术发展阶段
人类记录信息、存储信息方法经历了以下几大技术：
1,结绳记事;
2,文字纸张;
3,磁记录方式（磁鼓，磁带，磁盘等），当前比较成熟；
4,半导体电记录（电路,电量或电容）：ROM,RAM等；随着半导体技术的提升而不断提升、改进；
5,光记录（光盘，光运算器件），光计算和光存储也许会在不久的将来大力发展。

二、信息存储技术现状
1. 半导体储存技术
半导体储存是当前应用十分广泛的一种光信息储存技术, 基于其不断的技术发展, 大多数国家都已成立了自己的半导体存储企业, 带来了激烈的行业竞争。

具体来讲, 半导体储存技术主要以带有集成电路的储存芯片作为信息载体, 并可根据应用功能的不同分为RAM与ROM两种。

其中, RAM也可称为“随机储存器”, 具有高动态性、高传输速率的特点, 可实现内置信息数据的随时读写, 通常用来存储操作系统程序在运行过程中交换的临时数据信息;ROM也可称为“只读储存器”, 具有高稳定性、高信息密度的特点。

一般来讲, ROM中储存的数据都是事先写好且无法随意更改的, 故这种储存器通常用来储存操作系统中较为固定、长期性的程序内容和数据信息。

2. 磁储存技术
磁储存技术以电流与磁场间的感应转换作为工艺基础, 通过硬盘磁头、磁带录音机磁头等部件将电信号转变为磁信号, 并将其存储到特定的磁介质当中。

当用户需要播放数据信息时, 只需将磁信号再次通过磁头转化成电信号即可。

磁储存技术在20世纪90年代应用较广, 人们日常所使用的录像带、音频磁带以及带有磁条的各类卡片证件都是通过这一技术实现信息储存的。

总体来讲, 磁储存技术虽然具有成本低廉、稳定性强、使用寿命长等特点, 但缺乏一定的安全保密性, 储存空间也相对较小, 已经无法满足当前人们的信息储存需求。

所以, 可以预见此类储存技术的应用范围将会逐渐缩小, 直至淘汰于信息储存领域的“潮流”之中。

3.缩微存储技术
是缩微摄影技术的简称，是现代高技术产业之一。

缩微存储是用缩微摄影机采用感光摄影原理，将文件资料缩小拍摄在胶片上，经加工处理后作为信息载体保存起来，供以后拷贝、发行、检索和阅读之用。

缩微制品按其类型可分为卷式胶片与片式胶片两大类。

20世纪70年代以来，缩微技术发展很快，应用相当广泛。

其特点有：缩微品的信息存储量大，存储密度高：缩微品体积小、重量轻，可以节省大量的存储空间，需要的存储设备较少；缩微品成本低价格便宜：缩微品保存期长，在长温下可以保存50年，在适当的温度下可以保存100年以上；
缩微品忠实于原件不易出差错；采用缩微技术储存信息，可以将非统一规格的原始文件规格化、标准化，便于管理，便于计算机检索。

4. 传统光盘储存技术
光盘存储技术是当前人们最常见的一种光信息存储方式, 不管是人们休闲娱乐中所使用的电影影碟、音乐专辑, 还是计算机安装涉及到的PC游戏、软件字眼, 都是以光盘作为载体进行信息传输、交换和储存的。

随着光盘的普及程度不断提高, 其也实现了ROM、WORM、RW等多种信息读写方式的差异性发展, 满足了用户的不同应用需求。

但随着SSD (固态硬盘) 技术的出现, 光盘储存市场正面临着较大的危机和挑战。

5、云存储技术
云存储是云计算不断发展衍生出的技术，应用在集群、网络技术等各种领域，并且能够对大量的数据进行存储的同时还提供了访问等服务。

通过云计算系统对数据进行存储并将其转化为云存储，更好的满足了对于数据的管理。

云存储涉及到的技术主要包括：
（1）虚拟技术。

虚拟技术是云存储技术中的重要组成部分，也可以说是云存储技术的核心。

虚拟技术可以在每个服务器中心来细分硬件资源，还可以根据具体的客户的不同需求对资源进行分类整合。

满足了客户不同的需求，同时又高效的实现了数据的存储和共享。

（2）重复删除技术。

重复删除技术是云存储技术中一个后勤保障技术。

云存储涉及的数据量非常的庞大，存储的容量也会随着时间的推移越来越大，但这些数据中难免会出现很多重复的信息，这时候就需要重复删除技术来对这些反复、相同的信息进行删除，排除无效信息释放更多的有效存储空间，给整个系统带来更加快速有效的优质服务。

（3）数据备份技术。

数据备份技术能够为云存储保驾护航，数据库最害怕的情况就是出现大量的数据丢失或者数据乱码，网络作为一个开放的空间无时无刻都会充满各种意外和可能性，所以数据备份技术的运用能够有效的降低出现负面情况的可能，更全面的保护云存储中的数据，让数据不再处于不稳定、不安全的状态。

三、信息存储技术的不断涌现与未来变革
数字化时代在成为社会未来发展主流趋势的同时，也带动了数据信息存储技术的发展与变革。

科学家们不断探索数据信息存储的新方式，以便能够进一步拓展信息存储的时间与容量。

在这些新技术、新手段中，有的侧重于新型存储介质的探索，有的则侧重于数据信息存储条件的研究。

（一）DNA生物介质存储新技术
DNA是已知最古老的信息存储系统，存储着碳基世界中从微生物到人类的亿万生命数据。

人类的存储介质经历了从骨骼、毛皮、竹简、纸到电脑硬盘的演变，但在DNA上“写入”和“读取”数据似乎只是造物主才能做的事情。

近年来，随着DNA合成技术（数据写入）和DNA测序技术（数据读取）的突破性发展，DNA 存储已成为下一代存储技术热点。

2019年7月1日，著名科普杂志《科学美国人》公布了2019年十大突破性技术榜单，DNA存储技术榜上有名。

DNA是一种优良的存储介质。

据统计，全世界范围内所保存的数字化信息容量约为16万亿GB，由超过300个大型数据中心予以存储。

不过，若是使用DNA 生物介质存储技术来保存这些海量数据信息，可能仅仅只需要三个小盒子大小的DNA就足以保存全部数字化信息。

DNA存储的优势显而易见。

一是数据密度大、占地小。

理论上1克DNA可存
储455EB数据量。

二是DNA特殊的双螺旋结构使其性能十分稳定、存储时间长。

在干冷条件下可保持数万年以上，常温下可保持几百甚至上千年。

三是能耗低。

常温保存时基本不需要电力。

利用DNA所存储的数字化信息，如欲尽可能保存更长时间，则需要采用一定附加手段对DNA加以固定。

考古研究中，人们已经可以从琥珀中包裹的恐龙同时期的生物体内提取DNA信息，也能够从远古洞穴中发现的40万年前的古人类骨骼中提取DNA，并进行基因重建。

对于自然界和生物界中的基因物质而言，其可以固定、保存在动植物化石和人类、动物骨骼之中。

但对于合成的存储信息的DNA而言，其往往并不稳定。

若是将其合成后直接放置于实验室中，可能仅仅只在一年之后，DNA中所存储的数据信息就会毁损。

故如何对合成的存储有数据信息的DNA进行固定，以达到理想状态下可以近乎永恒状态下的保存，仍需要科学家们进一步探索。

（二）得以保存百万年之久的钨晶片存储介质
从岩石上的雕刻，到现在的磁介质数据存储，数千年来，人类一直在用各种手段保存信息。

尽管在过去几十年里，人类存储的数据量出现了极大增长，但要将数据保存一段较长的时间还是十分困难。

成功保存信息的关键是保证信息不丢失，但如果我们想使信息保存的时间超过人类本身，那就得有不同于日常存储所用的介质。

来自荷兰屯特大学纳米技术研究所的研究者耶罗恩•德•弗瑞斯指出，在极长的时间内进行数据存储是有可能的。

目前广泛应用的硬盘驱动器可以存储大量的数据，但只能在室温下使用大约10年的时间。

这是因为硬盘的磁能势垒较低，因此在一段时间后，其上面储存的信
息就会逐渐丢失。

CD和DVD光盘、纸张、磁带、陶瓷、泥版和石头等介质的寿命也是有限的。

如果要使信息保留更长的时间，我们就需要寻找新的介质。

耶罗恩•德•弗瑞斯开发了一种光学信息载体，每一个字节都是利用蚀刻技术进行书写，载体上的信息能存储极长的时间。

这是一种由钨制成的晶片，用氮化硅封装起来。

之所以选择钨，是因为该元素能够经受极端的温度。

蚀刻到钨的表面的信息形式被称为QR码，其上面用氮化物保护起来。

在大的QR码中，每个像素点都包含着较小的QR码，晶片正是以此来储存不同的信息。

为了保证数据的稳定性，需要在信息与外界之间设置一道能量势垒，而为了证明这些数据能在数百万年之后依旧能够读取，研究人员进行了一次老化测试，以了解能量势垒是否足够保证数据不会丢失。

“根据阿累尼乌斯模型，存储介质如果能在473开尔文(200摄氏度)的烤箱中放置1个小时的话，那它就能在至少一百万年后还能继续工作。

”
测试完成之后，研究人员发现钨晶片并没有出现明显的老化，而且还能容易地读取信息。

不过在713开尔文(440摄氏度)时，破解QR码会变得十分困难，尽管钨并没有受到影响。

德•弗瑞斯说：“接下来的研究将了解这种数据载体能否经受住更高温度的考验，例如一场家庭大火。

不过，如果我们可以找到一个非常稳定的地方，例如核储存设施，那这种晶片及其上面的数据或许就可以保存数百万年的时间。

”（三）五维数据存储的“5D盘片”
体积小、容量大、保存时间久、安全性能可靠，是数据信息存储技术未来发展的主流趋势。

根据这一设想，一支英国的研究团队设计出了一款五维数据存储的“5D盘片”。

当前信息存储技术多采用的是2D存储方式，而这一全新技术，采用了纳米技术和玻璃材质，利用五维数据存储方式来进行信息的存储与保存。

简言之，即是在玻璃盘片中嵌入五维的纳米结构，并利用玻璃中的微型纳米结构进行信息的编码。

历经三年的技术完善，英国南安普敦大学研究人员终于将基于玻璃材质和纳米技术的“5D盘片”做到了可以商业化的阶段。

相比传统认知的存储媒介，玻璃盘片可在190摄氏度高温下有效保存数据138亿年；同时相比当前2D的存储方式，5D则可在一张与蓝光光盘同等大小的媒介上存下360TB的数据。

事实上这种5D玻璃盘片存储技术最早呈现于2013年的一篇论文里。

然而经过不到三年的努力，南安普敦大学的研究人员已将该技术完善到可以进入商业化阶段的水平。

“我们已能够将任何内容编码存入到5D玻璃盘片中。

”参与该项技术研究的博士后Aabid Patel表示，“我们不受限于任何东西——只要给我们文件，我们就能打印到碟片上。

”
图1研究团队将《King James Bible, Isaac Newton's Opticks》和《联合国世界人权宣言》印到了剥离盘片上
当前被广泛用于光盘存储的2D技术，主要通过激光反射存储层的“凹凸”来分别表达0和1。

而所谓的5D，则是利用了一种被称为“纳米光栅”的结构，来赋予光反射——光栅定向、光折射程度以及x、y、z三个坐标——五项新属性，从而以实现更大密度的信息储存。

相比于一张普通128GB的蓝光光碟，同等大小下的5D玻璃盘片可最高存储360TB的数据，为前者的3000倍之多。

此外，由于玻璃材质特有的属性——耐高温、不易弯曲以及化学高惰性等，玻璃盘片的数据有效性最高可达百亿年，使用温度也可达千度以上。

研究人员相信，5D玻璃盘片存储技术在不久的未来会有广泛的商业应用。

但现阶段，读取这种盘片的激光设备尚还无法实现量产，要看到像当前DVD播放机一样的5D盘片产品，预计还有十年以上的时间。

（四）未来存储的发展方向
针对传统存储的弊端,近十年很多的存储创新技术被创建并逐渐走向了主流,它们同时具有一些共同的特性,如自动分层、精简配置精简复制重复数据删除和压缩等。

这些称之为流动数据架构,往往以客户需求为导向,其设计理念也反映出面向未来的存储观，未来存储技术的发展从缺少灵活性的传统存储转向新一代的动态数据中心。

以下是存储技术发展的趋势。

（1）闪存
闪存是一种高效的可重写内存,将服务器和存储系统的响应速度上提升了数个量级从毫秒级缩短到微秒级。

由于其不包含机械活动部件,所以相比传统的机械性的旋转式硬盘驱动器具有更耐用、更节能以及更可靠的优势,因而闪存近几年在电子消费品领域得到迅速发展和普及,已经广泛使用于目前流行的各种设备中，如智能手机和平板电脑等。

在企业级用户层面上,随着数据的爆炸式增长、数据中心能源成本日益苛刻的要求以及对分析洞察能力越来越快的要求,闪存逐步成为企业提升存储效能的关键性技术要求。

（2）跨平台的技术
进入云时代，虚拟化逐渐成为潮流。

经调查,现在用户都希望能够随时随地在任何设备上获取信息,这就涉及到跨平台的技术。

不论从电信到医疗服务机构，还是从厂商到政府机关,在控制成本的同时同时也要达到预期的目标,这样企业将面临很大压力。

数据在这样的环境下中变得越来越重要，另外数据量的爆炸式增长也让数据管理变得更加复杂。

如何把原始数据保存好,传输好、并且用好呢?这需要通过面向未来的IT基础架构和数据处理应用系统更好的结合、形成一个类似智能化的数据管理系统、更加灵活地处理业务层的动态需求。

智能数据存储在未来可以预见其扮演的角色越来越突出。

（3）存储新标准
新技术的进入,例如存储网络产业联盟最新推出的HBA接口标准可以克服很多SAN存在的互操作性问题。

FibreAlliance提出了另一个全新的标准MIB( Management Information Base ,管理信息库)。

（4）DAFS系统协议
在NAS（开放系统的直连式存储）方面,DAFS（直接访问文件系统）系统协议受广泛关注，并获得希捷、英特尔等厂商的公开支持。

该协议由Net App公司提出,声称通过该协议,可建立具有更高性能,更快反应速度的附属网络存储设备。

总之对存储而言，在未来几年内，存储虚拟化和NAS的发展空间仍将是巨大的。

也许业务现实和市场现实仍然会一如既往地决定技术的未来趋势,这和技术本身的优劣无关。

综上所述,很多厂商都在致力于创新新的网络存储方式，但绝大多数都在理论阶段。

未来遇到最大的挑战与机遇是融合SAN和现有的局域网,架构统一的基于IP系统的存储网络。

基于此点通过千兆甚至万兆级的以太网,服务器、外部设备与存储设备三者之间可以达到高速高效以及自由的相互共享访问,这是一个给人无限遐想的存储空间。