【多種嶄新技術浮上檯面，因應永無止盡的歸檔資料保存需求】2025新興長期儲存技術大盤點
<div class="field field-name-field-image field-type-image field-label-hidden"><div class="field-items"><div class="field-item even"><img src="https://s4.itho.me/sites/default/files/0120-ji_shu_zhuan_ti_-960.jpg" width="960" height="420" alt="" /></div></div></div><div class="field field-name-field-photo-source field-type-text field-label-hidden"><div class="field-items"><div class="field-item even"> <p>圖片來源／Cerabyte</p> </div></div></div><div class="field field-name-body field-type-text-with-summary field-label-hidden"><div class="field-items"><div class="field-item even"> <p>任何企業IT應用所產生的資料，存取機率都會隨著時間推移而逐漸減少，例如，經過3、4個月之後，幾乎就不會再被存取，但是，這些資料往往仍需繼續保存一段時間，於是，它們便成為長期靜態保存的歸檔或冷儲存（Archive/Cold Storage）資料。</p> <p>基本上，歸檔／冷儲存是當前企業資料中心占用容量最大的儲存類別，根據顧問公司Horison Information Strategies 一年多前在主動歸檔聯盟（Active Archive Alliance）簡報的預估，2025年全球企業IT資料儲存量將達到8.4 ZB，其中只有20％是存放於第一線主儲存設備的活躍資料，其餘80％都是很少存取，但仍需保存的歸檔／冷儲存類型資料，占用容量將達6.7 ZB。</p> <p>對照下，最常用的歸檔儲存媒體LTO磁帶，2023全年出貨總容量為150 EB，另一主要歸檔儲存媒體近線（Nearline）硬碟，2023年單季全球出貨總容量也只有200 EB。換言之，即便LTO磁帶與近線硬碟的年度出貨容量加總，也遠遠無法滿足保存歸檔資料的要求，而這樣龐大的歸檔儲存容量需求落差，也刺激相關產品與技術的發展。</p> <p>我們稍早曾在<a href="https://www.ithome.com.tw/tech/166797" target="_blank"><span style="color:#3366ff;">今年1月儲存月報專欄，介紹日漸高漲的歸檔儲存需求</span></a>，帶動磁帶櫃這個冷門的長期儲存媒體，在過去半年多來，出現少見的產品更新盛況。</p> <p>而這股歸檔儲存需求，不僅刺激了磁帶、近線硬碟這類傳統儲存媒體的銷售，也促進全新儲存媒體技術的發展。</p> <p>我們在更早之前發布的<a href="https://www.ithome.com.tw/tech/166368" target="_blank"><span style="color:#3366ff;">儲存月報</span></a>，曾介紹華為的「磁—電碟」（Magneto-Electric Disk，MED），這是所有新興歸檔儲存媒體中，最接近上市階段的一種，預計在2025年上半就能見到，但MED其實並沒有應用新技術，是快閃記憶體+磁帶的組合，屬於成熟儲存技術的延伸應用，嚴格來說只是傳統儲存媒體的延伸發展，在材料、存取技術上，都沒有顯著突破，還不算是真正的新興技術儲存媒體，。</p> <p>這次我們將目光轉向基於全新材料或存取機制，可望帶來技術與應用變革的「真正」新興歸檔儲存媒體，包括：玻璃/光學儲存、全像攝影（holography）儲存，以及DNA儲存技術等。</p> <p><span style="color:#B22222;"><span style="font-size:28px;"><strong>歸檔儲存媒體的基本需求</strong></span></span></p> <p>我們先前在儲存月報曾列舉歸檔儲存媒體的6大需求，分別是：</p> <p><strong>● 成本</strong>：能以合理費用長期保存大量資料的低成本，包括單位容量成本，以及涵蓋占用空間、安裝與維護費用等在內的總體持有成本。</p> <p><strong>●可靠性與穩定性</strong>：是指長期保存資料的同時，仍能確保資料可正常存取，這部分通常要求較低的資料存取位元錯誤率（Bit Error Rate，BER），夠長的媒體壽命，以及承受溫度、濕度、輻射、鹽分與電磁脈衝干擾的環境適應韌性。</p> <p><strong>●容量</strong>：足以對應主流IT應用資料規模的大儲存容量、高擴充與容量增長能力，以及高儲存密度。</p> <p><strong>●傳輸效能</strong>：足以因應大量資料寫入與讀取的持續傳輸效能。</p> <p><strong>●存取效能</strong>：針對擁有一定程度取回資料需求的主動歸檔（Active Archive）應用，需提供較高的隨機存取效能。</p> <p><strong>●安全性</strong>：防止非授權存取與刪改資料的安全性，如Air-Gap、加密、WORM防寫等功能。</p> <p>在當前普遍使用的主流儲存媒體，包括硬碟、磁帶、固態儲存裝置（SSD）與光碟，當中只有硬碟與磁帶，算較是能較全面的兼顧前述大多數需求。</p> <p>磁帶擁有出色的成本、可靠性、穩定性與安全性，容量與傳輸率也能滿足需求；硬碟則具備足夠的可靠性、穩定性，容量與傳輸率，也能透過一系列輔助措施獲得安全性，此外，由於硬碟擁有較高的隨機存取能力，因而也能用於主動歸檔，適用範圍還比磁帶更廣。</p> <p>至於其他儲存媒體各有嚴重的缺陷，例如：基於聚合物的光學儲存（光碟）特長是耐久性、環境適應性與安全性，但容量過低；基於NAND快閃記憶體的固態儲存裝置（SSD），優點與缺點都很突出，傳輸率與隨機存取效能極為出色，但不僅成本過高，長期保存資料的可靠性也不充分。</p> <p><span style="color:#B22222;"><span style="font-size:28px;"><strong>新興儲存媒體的發展契機</strong></span></span></p> <p>然而，磁帶與硬碟也各有固有的缺陷，磁帶主要缺點是缺乏隨機存取能力，無法用於主動歸檔；硬碟則是成本稍高，而且長期使用壽命不足。</p> <p>更進一步，從長期發展的角度來看，磁帶與硬碟的應用，還存在兩個更深刻的問題。</p> <p>首先，是長期保存資料所需的能源消耗費用。</p> <p>磁帶與硬碟這兩種儲存媒體雖然都已久經驗證，公認具有長期保存資料的能力，但環境承受範圍相對較窄，須依靠妥善的環境設施，才能確保長期保存資料的可靠性與耐久性。</p> <p>舉例來說，LTO磁帶建議的保存環境是攝氏16到25度，以及20％到50％的相對溼度，顯然的，只有具備空調的室內空間，才能提供這類保存環境。考慮到維持適當保存環境所需的費用，特別是控制溫度、濕度所需的空調能耗成本，未來勢必節節高漲，屆時將會顯著拉高這兩種儲存媒體的長期使用成本。</p> <p>其次，這兩種磁性紀錄媒體的容量增長已逐漸接近極限，未來發展潛力都相對有限。</p> <p>目前磁帶與硬碟雖然還能提供穩定的容量增長，但成長速度緩慢，難以獲得躍進式的成長，過去10年來，磁帶的單位容量大約提高5到7倍，而硬碟容量則只提高3倍。但依Horison Information Strategies估計，全球歸檔資料量增長速度是每年25％到35％，以此估算， 10年就會增加10倍以上的資料量。</p> <p>這也意味著，就10到15年的中短期來看，磁帶與硬碟的容量增長，應該還足以應付歸檔資料量的增長，但就15到20年以上的長期角度來說，磁帶與硬碟的容量增長，都追不上歸檔資料量成長。</p> <p>考量到長期保存資料所需的能耗成本持續攀升，以及容量增長潛力有限這兩個因素，我們可預見這些因素將會制約磁帶與硬碟的長期發展與應用，但也刺激新興歸檔儲存技術的發展，意圖發展出較磁帶與硬碟更低的成本、更高的儲存密度、擁有更寬廣的環境適應性，以及具備更佳長期保存能力的儲存媒體。</p> <p><span style="color:#B22222;"><span style="font-size:28px;"><strong>新世代長期儲存媒體的競爭者</strong></span></span></p> <p>為了挑戰磁帶與硬碟在長期資料保存應用近乎壟斷市場的地位，新興儲存技術分別從不同的材料與存取機制著手，試圖發展在容量或環境適應能力方面更具優勢的全新儲存媒體，其中，最被看好、有望進入實用化的，是玻璃／光學儲存、全像（holography）儲存，以及DNA儲存等幾種，前兩者屬於光學的範疇，後者則屬於生物化學。</p> <p><span style="color:#B22222;"><span style="font-size:28px;"><strong>新興光學儲存技術的進展</strong></span></span></p> <p>相較於基於生物化學技術的DNA儲存，基於光學技術的新興儲存技術，要更接近實用化的程度。</p> <p>我們1年前發表的儲存月報，以及<a href="https://www.ithome.com.tw/article/161913" target="_blank"><span style="color:#3366ff;">封面故事《超高容量儲存媒體時代來臨》</span></a>，曾介紹玻璃／光學儲存技術，以及多層薄膜光碟技術的發展，這裡我們先從這2種技術的近況著手，再介紹先前未曾觸及的全像儲存發展現況。</p> <p><span style="font-size:24px;"><span style="color:#FFFFFF;"><strong><span style="background-color:#B22222;"> 玻璃／光學儲存技術 </span></strong></span></span></p> <p>玻璃／光學儲存以石英玻璃作為資料載體，利用雷射在儲存媒體蝕刻紀錄資料，特性是具備寬廣的環境承受能力，以及高儲存密度。經過加工的玻璃，是可承受溫、濕度激烈變化，以及大量外力侵襲的儲存媒體，無須特殊的環境控制措施，就能長期保存，可大幅節省資料保存的能源消耗，另外玻璃也比其他儲存媒體更容易回收，有利於生態環境的保護；再結合新的雷射存取技術，理論上，具備較當前磁性儲存媒體高出數十倍以上的容量密度增長潛力。</p> <p>目前最成熟的玻璃／光學儲存技術，是我們1年多前介紹的德國新創廠商Cerabyte，所發展的奈米陶瓷塗布玻璃儲存（ceramic-coated glass storage），以及微軟與南安普頓大學（University of Southampton）在Project Silica計畫，合作的矽玻璃儲存技術（silica glass）。</p> <p>除了同樣使用玻璃作為儲存媒體材質，這兩種技術之間，其實差異很大。在Cerabyte的技術中，玻璃是作為儲存片的基板，實際記錄資料的是玻璃儲存片表面塗佈的陶瓷層，利用以類似QR二維碼的形式將資料編碼，利用雷射光束燒蝕寫入陶瓷層，嚴格來說，應該稱作玻璃—陶瓷／光學儲存。</p> <p>Project Silica則是使用多層石英玻璃構成的玻璃板作為儲存媒體，透過雷射脈衝在玻璃板的不同深度與位置燒蝕，產生微細孔洞，藉此記錄資料，理論上可堆疊多達100層玻璃，構成立體的3D結構資料儲存層。</p> <p>Cerabyte與Project Silica都宣稱能分別透過陶瓷與玻璃材質，具備很強大的環境適應能力，以及百年等級的耐久性，並可提供較現有LTO-9磁帶高出20倍到50倍的容量。但就容量發展潛力來看，可在儲存媒體中構成立體多層儲存層的Project Silica，高於只在玻璃基板表面陶瓷層紀錄資料的Cerabyte，但存取技術更複雜，因而商用化發展腳步也較慢。</p> <p><span style="color: rgb(255, 255, 255);"><strong><span style="background-color: rgb(51, 102, 255);"> Cerabyte的陶瓷玻璃儲存發展規畫 </span></strong></span></p> <p><span style="color: rgb(255, 255, 255);"><strong><img alt="" src="https://s4.itho.me/sites/default/files/images/0120-%E6%8A%80%E8%A1%93%E5%B0%88%E9%A1%8C-%E5%9C%96%E7%89%87%E4%BE%86%E6%BA%90-Cerabyte.jpg" style="width: 600px;" /></strong></span></p> <p><strong><span style="color: rgb(51, 102, 255);">縱觀多種新興的長期資料儲存技術，Cerabyte的陶瓷玻璃光學儲存，是最接近商用階段的技術之一，目前已有用於展示的產品原型，正準備發表第一代用戶端部署的系統。</span></strong><span style="font-size: 14px;"><span style="color: rgb(105, 105, 105);">（圖片來源／Cerabyte）</span></span></p> <p>這兩項技術在過去1年以來，都沒有發表新的技術進展消息。就Cerabyte而言，在2023年底展出原型設備之後，主要致力於尋求更多元的合作關係，例如：加入主動歸檔聯盟，成立美國據點，並在2024年中與年底分別獲得快閃儲存廠商Pure Storage的投資，以及歐洲創新理事會（European Innovation Council）的資助，還參與SC24大會。</p> <p>2025年將是Cerebyte產品發展的關鍵節點！依照該公司在2023年8月於SNIA SDC 23大會發表的發展路線圖， 2024年預計推出每機櫃1 PB容量的展示系統，2025年推出每機櫃5 PB容量的用戶端部署系統， 2026到2027年推出每機櫃10到30 PB容量的雲端系統，最終在2028到2030年左右，推出每機櫃60到100 PB容量的超大規模系統。隨著Cerabyte在2023底展出原型設備，算是達到路線圖的第1階段，接下來的重點，便是能否在今年推出實際可部署於用戶端的系統。</p> <p>至於Project Silica方面，過去幾個月同樣沒發表新的技術進展，只有幾則推廣性質的媒體訪談報導，未揭露新的技術進展訊息。</p> <p><span style="font-size:24px;"><span style="color:#FFFFFF;"><strong><span style="background-color:#B22222;"> 全像儲存 </span></strong></span></span></p> <p>這是利用雷射全像攝影原理，將資料調變後，利用雷射以不同角度照射到光敏感的儲存媒體中，改變儲存媒體的折射率，從而以類似雷射全像影像的方式紀錄資料。由於儲存媒體是以3度空間來紀錄資料（而非只在表面紀錄資料），並能透過不同雷射入射方向，將不同資料紀錄在同一個位置，因而可以獲得極高的儲存密度，理論上1立方mm便能儲存4 Gb資料，實際展示的原型設備則能提供3倍於藍光光碟的容量。</p> <p>全像儲存技術早在2000年代的初期，便先後有InPhase、Polaroid、Optware等廠商嘗試推動全像儲存技術的商用，InPhase還曾在2005年展出過原型設備，但後來都沒有具體成果。</p> <p>到了2020年代，來自英國的新創廠商HoloMem又重拾光學全像儲存技術，同樣利用雷射在聚合物材質媒體內，以雷射全像攝影方式記錄資料，主要訴求是可透過平行存取多層資料，獲得遠高於傳統光學儲存的傳輸率與資料記錄密度。HoloMem宣稱其聚合物儲存媒體可承受攝氏-14度到160度的極端溫度，無須特殊環境控制設備即可長期保存，擁有50年以上的壽命。</p> <p>HoloMem曾在2024年中宣稱，可望在該年年底之前推出原型系統，但直到2025年初的現在，仍未見進一步訊息。</p> <p><span style="font-size:24px;"><span style="color:#FFFFFF;"><strong><span style="background-color:#B22222;"> 多層薄膜光碟 </span></strong></span></span></p> <p>在玻璃光學或全像儲存這類基於全新材料，或是全新存取機制的光學儲存技術之外，傳統光碟技術這幾年也有新進展，這當中最具代表性的廠商與產品，便是我們先前介紹的Folio Photonics的多層薄膜光碟。</p> <p>當前藍光光碟每一面最多只有3到4個光學層，Folio的多層薄膜光碟每一面則能提供8到16個光學層，從而能大幅提高儲存容量。不過，為了讀寫這種多層薄膜光碟，也需要新的雷射讀寫頭技術，Folio聲稱其光碟技術已完成實驗室驗證，目前正在開發配套的光碟機與光碟櫃。</p> <p><span style="color: rgb(255, 255, 255);"><strong><span style="background-color: rgb(51, 102, 255);"> Folio的多層薄膜光碟發展路線圖 </span></strong></span></p> <p><img alt="" src="https://s4.itho.me/sites/default/files/images/0120-%E6%8A%80%E8%A1%93%E5%B0%88%E9%A1%8C-%E5%9C%96%E7%89%87%E4%BE%86%E6%BA%90-Folio%20(2).png" style="width: 600px;" /></p> <p><strong><span style="color: rgb(51, 102, 255);">多層薄膜光碟是既有藍光光碟的延伸發展，透過更多光學層提高儲存容量與密度。Folio已規畫4個世代的多層薄膜光碟，第1代產品預定這兩年就會問世。</span></strong><span style="color: rgb(105, 105, 105);"><span style="font-size: 14px;">（圖片來源／Folio）</span></span></p> <p>依照Folio在2022年中發布的路線圖，預定2024到2026年推出500 GB到1 TB容量的第1代產品，2026到2027年推出1到2 TB容量的第2代，2028年前後推出2到4 TB容量的第3代，在2030年推出4到10 TB的第4代。目前距離Folio預告發表第1代產品的時程已過了一半，但過去1年多以來，仍沒有進一步訊息傳出。</p> <p><span style="color:#B22222;"><span style="font-size:28px;"><strong>DNA儲存技術的起步</strong></span></span></p> <p>另一種被看好的新興歸檔儲存技術是DNA儲存，自從科學家掌握DNA定序解讀與編碼技術後，也衍生出利用DNA儲存資料的概念。</p> <p>DNA儲存的基本概念是先將二進制資料以編碼壓縮，轉譯為DNA基於4個鹼基（A、T、G、C）的形式，然後合成雙螺旋鏈分子，再插入生物細胞培養繁殖、複製，將這些細胞乾燥與密封保存，要讀取資料時，則反向以DNA定序的方式，解讀保存在細胞DNA的資料。</p> <p>相較於現有儲存技術，DNA儲存優點是極高儲存密度、高耐久與容易保存。</p> <p>首先，比起基於二進制的現有IT儲存技術，DNA儲存是利用更多的4個鹼基來記錄資料，而且以生物分子層級來編碼資料，因而可擁有較現有儲存技術高出多個層級的容量密度，聲稱1克DNA即能儲存215 PB的資料，而且也能長期穩定保存，在無水、無空氣環境下，可保存成百、上千年，而且保存與存取的耗能都很少，也能很容易繁殖與複製。</p> <p>目前而言，在美國、歐洲與中國等地區，已經有多個研究機構與新創廠商投入DNA儲存技術的開發，如法國新創廠商Biomemory，它們在2024年初，宣布推出小容量DNA儲存應用服務（使用1KB容量、基於大腸桿菌的DNA記憶卡），而且，宣稱到了2026年，將推出資料中心級DNA儲存設備Biomemory Prime，預計可提供100 PB容量。</p> <p><span style="color: rgb(255, 255, 255);"><strong><span style="background-color: rgb(51, 102, 255);"> Biomemory的DNA儲存技術 </span></strong></span></p> <p><img alt="" src="https://s4.itho.me/sites/default/files/images/0120-%E6%8A%80%E8%A1%93%E5%B0%88%E9%A1%8C-2-%E5%9C%96%E7%89%87%E4%BE%86%E6%BA%90-Biomemory_mix.png" style="width: 600px;" /></p> <p><span style="color: rgb(51, 102, 255);"><strong>近期Biomemory剛推出嘗鮮性質的DNA儲存服務，照片中的金屬記憶體卡密封著基於大腸桿菌的DNA儲存資料，雖然容量很小、存取速度很慢，而且非常昂貴，但已能實際使用。該公司網站也提供將字串轉譯為DNA編碼的操作展示，這是DNA儲存的基礎。</strong></span><span style="font-size: 14px;"><span style="color: rgb(105, 105, 105);">（圖片來源／Biomemory）</span></span></p> <p>但整體來說，DNA儲存雖已經驗證可行性，但距實用化還有相當長的距離，目前的DNA儲存的資料記錄與讀取，都須利用特殊設備以串列方式存取，速度非常慢，成本也非常昂貴，例如Biomemory的1KB DNA記憶卡收費就要1,000歐元，基本上只能算是嘗鮮性質的噱頭，另外也還要考慮生物安全性問題。</p> <p>目前的DNA儲存發展焦點是提高存取速度，以及降低設備成本，例如，新創儲存廠商Catalog曾在2022年底，發表平行搜尋DNA儲存的技術，中國北京大學研究人員也在2024年底，發表平行存取DNA儲存的方法，可望改善存取速度。</p> <p><span style="color:#B22222;"><span style="font-size:28px;"><strong>新時代仍需相當時間才能到來</strong></span></span></p> <p>檢視幾種主要的新興歸檔儲存媒體技術後，我們可以發現：各項技術的成熟與實用化程度，大致與其容量發展潛力成反比。</p> <p>這些新技術中，最成熟、技術風險最小的，應該是Folio的多層薄膜光碟，但即便是Folio規畫中、預定於2030年推出的第4代產品，也只能達到每碟片10 TB容量，即便是1組10碟片卡匣所獲得的100 TB容量，大致也只與同時期的新一代磁帶相當，而無法超越磁帶。</p> <p>次之的是Cerabyte的陶瓷玻璃儲存技術，目前處於已發表展示用原型產品，正準備推出第一代實際部署系統的階段。不過，以Cerabyte的發展規畫來看，該公司目前提出的3個世代產品規格，無論容量或效能，都還是遜於目前的磁帶櫃產品，恐怕還需要相當長的時間，才能實現該公司宣稱的容量密度成長潛力，目前這項技術的主要優勢是具有更好的耐久性與環境承受能力。</p> <p>來自英國的新創廠商HoloMem也宣稱，正準備推出他們第一代雷射全像儲存技術的原型產品，這項技術的容量成長潛力更勝前面兩種，號稱有10倍於現有儲存設備的容量密度，但目前該公司發表展示用原型的時間已經有所遲滯，而且也尚未公布具體規格。</p> <p>再來是Project Silica的玻璃光學儲存技術，與雷射全像儲存技術一樣，都可在儲存媒體中，以多層次的立體結構方式來記錄資料，容量成長潛力也很高，但目前只有技術驗證與展示，還未提出具體的商品化規畫。</p> <p>最後便是DNA儲存，就容量增長的潛力來說，堪稱當前這幾種新興技術之最，但目前只達到驗證可行性、還不具備實用性的階段，成本過高，速度過慢，儘管 Biomemory宣稱預定於2026年推出資料中心級的DNA儲存裝置，但除非在存取技術方面有所突破，即便實際推出這款產品，也很難吸引用戶青睞。</p> <p>整體來看，Folio的多層薄膜光碟與Cerabyte的陶瓷玻璃儲存系統，順利的話，都可在兩、三年內進入商品化階段，至於其他幾種技術，恐怕5年內都還無法投入實際應用。</p> <p>更進一步，Folio與Cerabyte發展的新產品，初期也還不具備取代磁帶與硬碟的能力，只能扮演輔助角色，因此，在可見的未來，磁帶與硬碟這兩項老牌歸檔儲存技術，仍得繼續肩負長期儲存的重任。</p> </div></div></div><div class="field field-name-field-tags field-type-taxonomy-term-reference field-label-above"><div class="field-label">Tags: </div><div class="field-items"><div class="field-item even"><a href="/tags/%E6%AD%B8%E6%AA%94">歸檔</a></div><div class="field-item odd"><a href="/tags/%E5%86%B7%E5%84%B2%E5%AD%98">冷儲存</a></div><div class="field-item even"><a href="/tags/%E6%96%B0%E8%88%88%E9%95%B7%E6%9C%9F%E8%B3%87%E6%96%99%E5%84%B2%E5%AD%98%E6%8A%80%E8%A1%93">新興長期資料儲存技術</a></div><div class="field-item odd"><a href="/tags/cerabyte">Cerabyte</a></div><div class="field-item even"><a href="/tags/%E9%99%B6%E7%93%B7%E7%8E%BB%E7%92%83%E5%84%B2%E5%AD%98">陶瓷玻璃儲存</a></div><div class="field-item odd"><a href="/tags/folio">Folio</a></div><div class="field-item even"><a href="/tags/%E5%A4%9A%E5%B1%A4%E8%96%84%E8%86%9C%E5%85%89%E7%A2%9F">多層薄膜光碟</a></div><div class="field-item odd"><a href="/tags/biomemory">Biomemory</a></div><div class="field-item even"><a href="/tags/dna%E5%84%B2%E5%AD%98">DNA儲存</a></div></div></div>
