[科普中国]-高速存储系统

目前数据存储设备广泛应用于雷达、工业自动化医疗卫生、通信等各行业，由于涉及到设备所使用的环境不同，其实现方法也不尽相同。在科索沃战争，阿富汗战争，伊拉克战争以及反恐行动中，机载遥控系统都被广泛的应用于监视侦查，打击效果评估甚至直接对敌攻击等行动中。

载遥控器主要是利用机载设备快速的获取战场一定区域的高分辨率遥感图像但其携载的光点成像设备不具备在恶劣气候条件下工作和实时大面积连续成像的能力。随着轻型天线和压缩信号处理技术的发展，成本的降低，能够全天时，全天候工作的机载SAR遥测系统将会成为未来战争中的“零伤亡”侦查的重要手段。

机载SAR遥测系统在工作过程中会产生大量的遥测数据，受限于飞机对的传输和处理能力，需要将原始数据和处理后的图像数据实时保存在存储设备当中，返回地面后再进行回访和数据分析，一遍设计实时处理和算法。在飞机体积和载重能力受限的情况下，未了获取分辨率更高的图像和更加准确的目标信息，这要求数据存储系统具有高密度、高速度的特点能够实现多路高速数据的并行写入，并且能够通过飞控系统进行灵活控制。战场侦查也要求飞机能够在恶劣环境下长时间工作，因此对数据存储系统的功耗和抗震性也提出了较高的要求。

机载数据存储系统经历了磁带记录仪、磁盘记录仪、1固态存储器等发展阶段。固态存储器在体积、灵活性、功耗、散热以及抗震性等方面与磁带记录仪相比都有很大的优势。

随着电子信息技术的飞速发展和信息产业对高速大容量的数据存储系统需求的增加，数据存储技术在过去的半个多世纪里取得了长足的进步。数据存储技术的发展主要是由于存储介质的发展和数据传输接口的发展两方面构成。

1956年，IBM向客户交付第一台磁盘驱动器RAMAC305，可存储5MB数据，每MB成本为10000美元。它有两个冰箱那么大，使用50个24 英寸盘片。时至今日，磁盘容量已经达到TB级，每GB数据成本0.2-3美元。但是磁盘采用盘片作为存储介质，利用马达和磁头的运转进行数据的读取，这些部件的物理和机械特性具有功耗高、体积大、易损坏、机械运动造成摩擦发热等局限，限制了磁盘在环境苛刻的场合的应用。

1972年，飞利浦发明光盘存储技术，但是受限于单盘存储容量，光盘没有大量应用于大容量数据存储。

1970年Intel发明第一个DRAM，并于1988年首先开发出NOR Flash技术，开启了固态存储的时代。紧

1989年，东芝公司发表了NAND Flash 结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级。固态存储器是通过存储芯片内部晶体管的开关状态来存储数据的，由于固态存储器没有读写头、不需要转动，所以固态存储器拥有耗电少、抗震性强的特点。

上世纪九十年代记录设备厂商开始研制大容量固态存储器并投入商用，受集成度及价格的限制，如今大容量固态存储器已经很少采用SRAM芯片作为主存储介质，而基于闪存技术NAND FLASH芯片已经占据了主流地位。另一方面，随着PCIE，RadIO，RocketIO等高速总线的出现，大容量的存储系统的数据存取带宽也不断提升。

国外对大容量数据存储技术研究比较早，随着新的存储介质的不断推出，采用的存储介质经历了从磁盘、光盘到现在的固态存储器的发展，其中固态存储介质又分为SRAM、DRAM、Flash等。存储密度越来越高，存储速度越来越快。随着固态存储芯片集成密度的不断增加和功耗、价格的降低，越来越多的厂商致力于基本固态存储系统开发。下面介绍几种国外研制的大容量存储系统。

VCI公司是国际上固态存储设备的主要供应商之一。公司产品采用DRAM为存储介质，存储容量可达到16Tbits，，传输速率达到3.2Gbps，功耗达到30W/Tbits。该公司研发的大容量数据存储的系统的特点为：系统采用层次化设计，分成几个模块，每个模块再进一步分成子模块，用户可以根据需要灵活的改变存储容量；利用交叉存取快递页面模式实现读写和低功耗；采用层叠结结构打包存储，提高存储密度；关键器件均有备份，提高可靠性。

Curtiss_Wright Controls公司提出了基于固态硬盘的Vortex-6511S8多通道数据记录仪。该记录仪采用VXS架构，包括一块控制板和两块存储板，控制板搭载一片PowerPC440SP和一片V5SX95T，控制板通过8个光纤接口连接到两块存储板，每块存储板可以搭载4块2.5英寸的固态硬盘。该数据记录仪可以实现2TB到4TB的存储容量，存储速度高达2GB/S 。

高速大容量数据存储系统是数据管理系统的重要组成部分。其存储容量、输入输出数据率、存储区管理的灵活性以及存储可靠性关系到空间探测或在轨迹上能否完成可靠地保存到地面试验人员手中，进而决定空间科学研究任务的完成情况。

因此，高速大容量数据存储技术是当今航天领域的重要课题之一。随着空间探测技术的发展以及探测领域的逐渐扩大，人们对空间探测仪器的要求越来越高 ，因此出现了许多的大容量信息获取设备。例如，可见光照相机、多光谱照相机、多光谱扫描仪以及电视摄像机等。这些设备所获取的各种类型的图像数据，通常具有分辨率高、谱段宽、细节丰富，携带信息量大、输出速率高等特点，对于空间探测任务具有重大的意义。但是由于，我国国情的限制，卫星往往不可能全天候的处于我国地面接收分为之内，或者由于卫星下行能力不能满足实时传输的要求，如此高速而大容量的珍贵数据往往需要首先经过本地记录，进而在适当的时候延时回发。因此，这对高速大容量存储系统的能力提出了更高的要求。

高速大容量数据存储词条还需具有相对尺寸小，重量轻、低功耗、存储密度等特点。因此由于NAND型FLASHMemory，即非易失闪存具有高存储密度、低功耗且可掉电保持数据，非常适用于作高速大容量数据存储的基本介质。