一文搞懂NAND Flash、HDD、光盘等存储介质差异性

在信息化爆发式发展的趋势下，全球的数据量正以指数形式增长，2020年创造了64.2ZB的数据，相比2015年增长了314%。与此同时，信息存储能力也在逐步提高，从1980年代以来，全世界存储信息的能力大约每40个月翻一番。

本文将对数字时代下的主流存储介质做简单解析。

什么是存储介质？

存储介质又称存储媒体，是指存储数据的物理载体，具有表现两种相反物理状态的能力，存储器的存取速度就取决于这两种物理状态的改变速度。

当前，主流存储介质包括电存储、磁存储和光存储三种类型。

1、电存储器：是一种用集成电路技术构成的存储器。以固态硬盘（Solid State Drive，SSD）为代表，已成为存储市场主流。

2、磁存储器：是一种磁记录的外存储器，如磁盘存储器和磁带存储器。

3、光存储器：是利用激光读出和写入信息的存储器，如光盘存储器。

主流存储介质：NAND Flash

Nand Flash是一种非易失性随机访问存储介质，基于浮栅（Floating Gate）晶体管设计，通过浮栅来锁存电荷，电荷被存储在浮栅中，断电后仍能保存数据。它的发展目标就是降低每比特存储成本、提高存储容量。

Nand Flash可以分为SLC(Single Level Cell)、MLC (Multi Level Cell)、TLC (Triple Level Cell，)、QLC(Quad Level Cell)、PLC（Penta-level cell）五种类型。SLC代表每单元存储1 bit数据，MLC每单元存储2 bit，TLC每单元存储3 bit，QLC每单元存储4 bit，PLC每单元存储5 bit。

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每Cell单元存储数据越多，单位面积下数据存储容量就越高，同时导致不同电压状态越多，越难控制，颗粒稳定性与寿命也越低。现主流SSD采用TLC和QLC较多，QLC、PLC技术将是未来发展趋势，SSD盘的单TB成本将进一步得到降低。

除了每个Cell存储的数据量越来越多，NAND Flash SSD也采用了堆叠技术来提高容量密度，层数越多，单位面积SSD盘可容纳的数据量就越多。目前主流SSD厂商的堆叠层数可达到128层，176层、192层已获技术突破，并逐步向200层以上演进中。

目前SSD盘的单盘容量支持480GB/960GB/1.92TB/3.84TB/7.68TB/15.36TB等，也支持1TB/2TB/4TB等容量，未来还会出现单盘30TB甚至更大容量。

Nand Flash SSD具有功耗低、传输速度快、可靠性高等优点。此外，凭借着较大的存储容量和性价比，Nand Flash SSD在大容量存储领域也得到了广泛的应用。

主流存储介质：HDD磁盘

HDD是指机械硬盘，1956年首次由IBM公司推出，已有近60年的历史。与SSD用闪存颗粒来存储不同，HDD采用的是磁性碟片来存储。包括了盘片、磁头、磁盘旋转轴及控制电机、磁头控制器、数据转接器、接口、缓存。

HDD硬盘主要运用SATA接口。笔记本电脑硬盘最常见的尺寸是2.5英寸，台式电脑中则运用尺寸较大的3.5英寸。而更大尺寸HDD硬盘中可以部署更多的磁盘，从而提供更高的储存容量。一些电脑硬盘可以储存高达6TB的数据。机械硬盘最大速率约为100MB/s，由于易发热等原因已经无法再进一步提升速度，因此引入了固态硬盘。

HDD硬盘的主要优点是容量大、价格便宜，能够廉价地储存大量数据，且寿命较高。缺点则在于噪音大，抗震弱，发热量高，读写速度慢。根据用途选择，追求海量存储选机械硬盘，追求系统速度选固态硬盘。

主流存储介质：光盘

光盘是以光信息做为存储的载体并用来存储数据的一种介质，分不可擦写光盘，如CD-ROM、DVD-ROM等；和可擦写光盘，如CD-RW、DVD-RAM等。可以存放各种文字、声音、图形、图像和动画等多媒体数字信息。

无论是CD光盘还是DVD光盘，其存储方式与磁盘一样，都是以二进制数据的形式来存储信息。要在这些光盘上存储数据，需要借助激光把二进制数据刻在扁平、具有反射能力的盘片上。为了识别数据，定义激光刻出的小坑就代表二进制的“1”，而空白处则代表二进制的“0”。DVD的记录凹坑比CD小，且螺旋存储凹坑之间的距离也更小。

其主要优点是密度高、容量大，一个直径为12英寸的光盘能存储2.5GB 信息，存储成本低廉。

缺点则在于存取时间要比磁盘的存取时间长，一般100～500ms，另一缺点是记录的信息还不能擦除改写。

主流存储介质：磁带

磁带存储器由于磁带容量大、价格低、适于长期保存，至今仍被用作大容量辅助存储器。国际上磁带机普遍采用半英寸带，磁道为7道或9道，记录密度每英寸800、1600、3200位，最高6250位，带速为75～250英寸/秒。适用于小型机的小型磁带机又叫盒式磁带机。

其带宽一般为0.15英寸，磁道为2道，带速为75英寸/秒，记录密度为800位/英寸。大型盒式磁带机的带宽为0.25英寸，磁道为4道,记录密度达1600位/英寸。

目前，国外以磁带形式发行的数据库很多，因此通过磁带机可直接将情报输入计算机进行情报处理和检索。

结尾

当前各存储介质技术已发展成熟，未来也将会向高容量、高性能、低能耗、低成本方向持续演进。数据存储作为现代信息技术的核心部分与坚实底座，对建设数字中国、数智世界起着关键作用，更为先进的存储技术将充分释放数字化生产力，加速全行业数字化转型，推动高质量发展。