信息存储技术十年进展

中图分类号：TP39文献标识码：A 文章编号：41-1413（2012）03-0000-01

摘要：随着全球信息化的快速发展，不断产生的信息量急剧增长。信息存储已成为与现代信息社会和经济发展息息相关的关键性技术，被社会各界高度重视。本文论述了信息存储的基本概念与重要性，叙述了信息存储技术的现状，重点介绍了最近十年来各种存储技术的新进展，并且对信息存储技术未来的发展进行了展望。

关键词：信息；信息存储；信息存储技术

随着人类社会的进步和IT技术的飞速发展，不断产生的大量信息成爆炸式增长。为了满足存储系统的需求，学术界和工业界都投入了空前的人力和物力，在存储机理、介质与设备、接口与通道、系统结构等各方面进行了大量的研究，取得了很多成果。目前信息存储技术已经成为IT领域中发展最为迅速的热点之一。

1 信息存储的基本概念与重要性

所谓信息，就是有一定含义和特定价值的数据。信息可以沿空间传递，我们称之为通讯、传输等。但同时它也需要沿时间传递，这时我们称之为记忆、存储等。所以，信息存储的本质就是“跨越时间进行信息传递的过程”。存储在信息传递中有着不可或缺的作用，同时，它对人类文明传承的作用也是不可忽略的。现代信息存储技术大大超越了纸张记录的含义，并呈现出数字化、海量化和网络化的特点。在现代经济社会中，信息是重要的战略资源，而存储作为信息的载体使信息的价值得以体现。

2 存储介质技术的发展

2.1 磁存储技术

目前流行的磁存储类主要产品有：磁带、磁盘、磁卡以及相应的读写设备。磁存储自从问世以来已经有数十年的历史，尤其是在最近十年来磁存储不管是在理论还是在技术方面都有了长足的进展。随着信息更新的速度日益加快，海量的信息需要存储，对磁存储的方式要求也越来越高。目前的磁存储薄膜介质正朝一下几个方向发展：(1) 每个比特只能有一个单磁畴的磁颗粒，互相间隔一定的距离，这就是新的“图形媒体”(pat2terned magnetic media) 的设想[12 ―14 ]。(2) 在极高的记录密度下，纳米晶粒的直径要小于其高度. 此时磁矩垂直于薄膜表面的垂直磁记录方式，要比传统的水平磁启示方式中晶粒之间的静磁相互作用小，因此噪音就低。上述两个方案都还有很多很多的问题，要达到磁信息存储系统要求的高数据传输率、低单位价格、高存储容量这三个基本要求，还有很长的路要走。 不过，这正是需要做很多基础研究的时候，以面对这样的挑战。

2.2 光存储技术

光存储是继磁存储之后迅速发展起来的重要信息存储技术，不仅光存储媒体已经成为当代信息社会中不可缺少的信息载体，而且光存储是未来信息科学发展的重要支柱。这是因为信息科学在20世纪是基于电子向光子发展的阶段；在21世纪是基于光电子学向光子学发展的新阶段；两个阶段的根本区别是信息载体将由负电的电子转变为不带电的光子，光存储就是信息载体为光子的存储，它可以进入到电子载体所不能进入的超高密度、超快速以及输入/输出、高度互连的领域。以CD、DVD 光盘为代表的光记录介质具有记录密度高、容量大、随机存取、保存寿命长、稳定可靠、使用方便和价格便宜等一系列优点，特别适用于大数据量信息的存储和交换。光记录技术不仅能够满足信息社会海量数据存储的需要，而且能同时存储图、文、声、像等多种信息，使传统的信息记录、传输和管理方式也发生了根本性的变化。光盘与硬盘相比，虽然速度慢2～6 倍，但光盘单位容量的存储费用比硬盘更低廉，故光盘非常适合于存储那些大容量的，用硬盘存储费用太高，而且需要在线操作的数据。

3 几种新型的存储器

近年来，各种新型高密度固体存储器的研究开发也取得了突破性进展。主要的有：

3.1 铁电存储器(FRAM)

FRAM的基本技术早在1921 年就诞生了，但直到最近才得以开发利用。FRAM采用了类似于DRAM的结构和工艺，它和标准的CMOS制造工艺相兼容，是将铁电薄膜放在CMOS base layers之上，并置于两电极之间，使用金属互连并钝化后完成铁电制造过程。其主要特点是：低电压( 1. 0V) 、小尺寸( 是EEPROM的20 %) 、抗辐照(不仅适用于军事应用，也适用于卫星通信系统等) 、高速度(商业器件读取时间达到60ns ，实验室已达到亚纳秒级) 。目前已有采用0. 35μm 技术的FRAM样品。FRAM可应用于汽车、通讯设备、办公设备、工业控制设备和其它对数据安全有特殊要求的场合，在北美终端客户的居民或商业的远程抄表系统中也使用了FRAM ，FRAM已部分替代IC 卡中的EEPROM。

3.2 磁性随机存储器(MRAM)

早在上世纪80 年代中期，美国的Honey - well公司就研制成基于各向异性磁阻效应(AMR) 的磁随机存储器芯片。1988 年，Baibich等人发现了巨磁阻效应(MR) ， 加速了磁阻随机存储器的研制。MRAM结合了磁性技术和半导体两种制造技术，但与原来的标准芯片生产工艺完全不同，MRAM适合大规模生产，2003 年IBM 与英飞凌公司联合了芯片采用0. 18μm 制造工艺，可以存储128K 的数据，其原型阵列每个存储单元面积是1. 4μm2。MRAM内存比闪存耗电更少，读取数据的速度更快。闪存的数据写入时间在几百μs 到几ms 之间，而MRAM的存取和写入时间都仅5ns，比闪存快100 万倍。MRAM集中了DRAM的高密度、SRAM的高速度、FLASH的非易失性等优点，还具有抗辐射、耗能低、记录信息耐久性好等特点，具有巨大的发展潜力。MRAM应用非常广泛，有望替代DRAM、SRAM、FLASH等存储器，在军事和空间技术领域也具有良好的应用前景。

4 存储系统

以上诸类存储技术主要是围绕不同的存储介质技术而言，是存储的基本载体。随着网络的普及，所产生的巨量数据远远超过单机存储量的概念，加之政府和企业管理对数据安全保障要求的日益重视，推动了存储系统的快速发展。在网络存储决定网络架构的今天，存储的核心作用毋容置疑，人们已经意识到，有组织的数据是网络的心脏，也是网络的血液，只有方便、快捷、安全的数据存取，才能有效地开发和利用信息。因而，存储整合和集中式管理是必然的方向。便携式海量存储系统主要由便携式微型磁盘阵列组成，适用于便携式移动应用和消费电子，如数码摄像机、笔记本电脑等日益增长的存储需求；档案存储系统主要是利用光盘库、磁带库等与磁盘或磁盘阵列、内存构成3 级存储系统，利用光盘、磁带等脱机保存档案信息；网络存储涉及网络存储设备，存储交换机，主机总线适配器，存储路由器，存储网关、服务器等。

5 结束语

在IT产业日益成熟的今天，信息存储系统已经成为其重要组成部分。数字时代的存储技术由一个前景非常广阔的市场所支撑。但目前我国信息存储技术研究和开发的力度还很小，国内尚缺乏自己的核心存储技术和知识产权，磁、光、半导体等新型存储介质和存储设备和RAID、NAS、SAN存储技术都值得深入研究和开发，其增值空间大、市场需求强烈，可以形成我国IT产业新的经济增长点。总之，发展是永恒的主题，市场的认同是检验技术发展的唯一标准。

参考文献：

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