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存储加速器
满足数字媒体实时制作需要的全新方案

张骥

本文作者张骥先生,美技术官。

关键词:存储加速器数字媒体制作


摩尔定律—不断创新的定律

早在 1965 年,Intel 公司的创始人戈登·摩尔就预言,微芯片上集成的晶体管数目将每两年翻一番
—自此,摩尔定律广为流传,并不断被半导体、网络及存储等行业的创新技术发展速度所印证。如今,
半导体处理器的性能几乎每两年提高一倍。随着技术的快速发展,数字电子设备的性能一直在快速提
升,同时成本不断地大幅下降。
随着 IT 领域中处理器性能不断成倍地提高,其他技术也相应地得到快速发展。以 CPU 为例,从
80 年代到现在,CPU 性能的提高超过了 300 万倍;网络性能在单位带宽成本基础上提高了 1000 倍以上;
而磁盘存储系统在存储密度及每兆数据所花费的成本上,改进了 3500 倍以上。
可以预言,未来的科技将持续向性能更高和成本更低的方向发展。

牛顿定律—物理极限的定律

与半导体技术以摩尔定律的速度发展相比,电子技术其他方面,尤其是磁盘存储技术的发展却出
人意料地遵循着牛顿的物理定律。原因何在?
对磁盘存储技术而言,对磁盘数据的读取是靠磁头臂来完成的,对存储数据的访问速度主要取决
于磁头到达数据所在扇区和读写数据所花的时间。磁头臂是在磁盘碟片上移动的一种小型物理装置,
用于读写磁盘碟片上不同扇区的数据。目前,碟片的最高转速可达 15 千转/分钟,加上数据存储密度大
幅提高,要求现在数据的读取速度相应要大大提高。但在过去的 25 年里,在磁头臂连续读写情况下,
磁盘数据连续传输率提高了 100 多倍。如果考虑随机读写,传输率只提高 6~7 倍。与处理器速度和网
络传输速度的大幅增长相比,却远远不够。
对于那些密集处理型应用和低延迟、对并发访问有严格要求的应用而言,寻道时间是衡量存储系
统性能的一个非常重要的指标。实际上,访问磁盘数据时,磁头在不同的轨道切换和搜寻,由于物理
因素的制约,这一机械性切换的速度无法象其他性能指标一样得到相应提高。比如,1980 年前后,磁
盘的最快寻道时间(在存取数据之前磁头移到目标数据所在轨道区所需的时间)约是 10~12ms。而今天,
我们用最快的磁盘所能实现的最短寻道时间为 左右。也就是说,在过去的 25 年里,磁盘寻道性
能仅仅提高了 3~4 倍。
尽管磁盘连续 I/O 性能仍在缓慢地提高,但是
随机寻道性能几乎没有相应地增长。对磁盘存储系
统而言,持续的读写吞吐率、随机寻道延迟和磁盘
容量都是磁盘性能的重要指标。在高速的数据库处
理应用中,随机寻道时间甚至能够主导磁盘 I/O 的
关键性能水平。在高速的媒体数据 I/O 应用中,持
续吞吐率是最为关键的性能指标。此外,文件系统
碎片也进一步加重了这一问题,它将文件分割成若
干个数据段存在物理位置分散的磁盘上。一个高度
碎片化的文件系统将大量增加随机寻道活动次数。
多用户并发读写同一磁盘也会增加随机寻道活动
的次数。随机寻道活动导致的磁盘 I/O 性能下降如
表 1 所示。
可以看出,不论是作为今天在线存储
的解决方案