最近，因为大数据与AI技术崛起，企业生成海量数据，涉及业务的方方面面。金融监管部门提出要求，机构的数据必须保存更长时间。

 

编者按：本文编译自 spectrum.ieee 原题为“Why the Future of Data Storage is (Still) Magnetic Tape”的文章，作者 Mark Lantz。

最近，因为大数据与AI技术崛起，企业生成海量数据，涉及业务的方方面面金融监管部门提出要求，机构的数据必须保存更长时间正因如此，企业与机构存储的数据越来越多研究报告证实，每年存储的数据都在以30-40%的速度增长。

与此同时，硬件容量也在增长，但是增长速度低了一半还好，许多信息并不需要即时访问，如果想存储此类数据，磁带是一个完美的选择开玩笑吗？磁带？一提到磁带，你可能会想到老电影，比如《电脑风云》（ Desk Set）或者《奇爱博士》（Dr. Strangelove），里面有笨重的大型主机，旁边就有旋转的磁带。

这不是玩笑，磁带并没有远去

事实上，有许多数据就是用磁带存储的，包括基础科学数据，比如粒子物理学、射电天文学、人类文化遗产、国家档案、重要电影、银行、保险、石油勘探等数据有一批人正在寻找办法提高磁带的存储能力磁带其实早就出现了，磁带技术没有停止前进的步伐，完全相反，就像硬盘和晶体管一样，在过去几十年里，磁带技术进步神速。

第一个商用数字磁带存储装置叫作Model 726，是IBM开发的，一卷磁带可以存储1.1MB数据到了今天，一卷现代磁带可以存储15TB数据，一个磁带库可以存储最多278PB数据（1PB=1024TB）如果用CD光碟存储这么多的数据，需要3.97亿张，将这些光盘叠在一起高度超过476公里。

怎么换算的？278PB相当于291504128GB，一张普通CD光盘容量约为700MB，算下来大约就是3.97亿张了与硬盘 、半导体存储装置相比，磁带的访问速度的确慢很多但是，作为存储媒介，磁带的优点相当多。

首先，磁带更节能，一旦数据被磁带记录，就会放进磁带库，静静躺着，不会消耗任何电能其次，磁带相当稳定，出错概率比其它存储设备低4-5个量级再次，磁带非常安全如果磁带没有插入驱动器，数据无法访问，无法修改现在网络攻击流行，数据老是被窃取，这一特点相当吸引人。

1951年电脑第一次用磁带记录数据有时软件会出现漏洞，伤害数据，磁带具备离线特点，所以可以提高防御能力例如，2011年，因为一个软件升级，谷歌误删除4万个Gmail帐户邮件信息虽然谷歌在硬盘中存储数据，放在多个数据中心，但是还是丢失了信息。

幸好，数据同样存储在磁带中，谷歌可以从备份中恢复数据2011年的Gmail事故告诉我们：云服务提供商谷歌正在使用磁带最近，微软告诉外界，它的Azure Archive Storage系统用到了IBM磁带存储装置。

虽然有着这样那样的优点，不过企业之所以使用磁带，主要还是因为成本低同样大的数据，如果用硬盘存储，成本是磁带的6倍，所以你会发现，凡是需要存储大量数据的地方，都会用到磁带因为在消费产品中已经看不到磁带的身影，所以大家才会认为它已经消失。

最近几年磁带存储技术取得了很大进步，在可预见的未来，它还会继续进步总之，在过去几十年里，磁带一直没有远去，未来几十年也不会消亡为什么如此确定？请继续阅读之所以断言磁带会有很长的生命力，主要出于一个原因：便宜。

事实上，磁带越来越便宜

现代LTO（线性磁带开放试技术）磁带你可能会认为，一旦人类无法再向磁盘挤入更多数据，磁带同样无法做到，因为它所使用的技术与磁盘基本上是一样的，只是更加古老然而现实却让我们大吃一惊，磁带的容量一直在提升，而且没有止步的迹象。

每年增长33%，这是历史数据，而且这一速度有可能会保持下去换言之，每隔2-3年，磁带的容量就会增加一倍你可以将它当成是磁带的“摩尔定律”数据已经爆炸，在存储预算保持不变的前提下，磁带容量不断提升是一个好消息。

如果你想更好理解磁带的潜力，可以看看硬盘，看看磁带与硬盘是怎样进化的磁带与硬盘用相同的物理技术存储数据简单来讲是这样的：在磁性材料薄膜中有许多很窄的轨道，磁性材料的磁性在两种极性之间转换信息用二进制位编码，在轨道上的某一个特定点通过磁性转换与否来体现。

1950年代磁带和硬盘出现，然后制造商就按照“更密、更快、更便宜”的路线前进最终，两者的成本都下降了很多——按照每GB成本计算之所以成本大幅下降，主要是因为我们可以在每平方毫米的磁盘基片上存储更多数据磁录密度由两个因素决定：一是磁道上存储的数据密度，二是垂直方向的磁道密度。

1952年推出的IBM 726，只能存储几MB数据最开始时，磁带和磁盘的磁录密度差不多因为硬盘销量更多，市场更大，所以企业可以投入更多研发资金，导致硬盘市场进步更快到了今天，高容量硬盘的磁录密度大约是新磁带的100倍。

尽管如此，因为磁带的存储表面面积更大，所以先进的磁带可以存储最多15TB的容量，比大容量硬盘高很多考虑到两款装置所占的体积差不多，所以优势更明显除了容量，磁带和硬盘的特点也有很大不同磁带很长，一般有几百米，所以访问数据的平均时间约为50-60秒，而硬盘只有5-10毫秒。

不过数据写入磁带的速度约为硬盘写速度的2倍多以前，硬盘磁录密度会以每年40%的速度提升，但最近几年却降到了10-15%为什么？主要是因为受到了物理学的限制：在给定区域存储的数据越多，每一个Bit能调配的空间就会越小。

这样一来，当你读取数据时信号就会越弱如果信号过弱，可能会在噪音中丢失，磁性颗粒涂在盘片上，本来就会有噪音缩小颗粒，降低背景噪音，完全有可能做到但是当颗粒到了一定大小，想要继续缩小，而且还要保持磁性稳定，就会变得很困难。

磁记录的最小尺寸被称为超顺磁极限(superparamagnetic limit)现在硬盘制造商已经触及极限就在不久之前，消费者还感受不到放缓的迹象，因为硬盘制造商可以为单个单元增加更多磁头和盘片，让相同尺寸的硬盘进一步扩大容量。

现在呢？空间受到限制，增加更多磁头和盘片的成本进一步增加，厂商无法获得很高的收益，而且这种限制越来越明显厂商正在开发几种技术，这些技术也许可以帮助硬盘打破超顺磁极限，一种技术叫作热辅助磁记录技术（HAMR），还有一种叫作微波辅助磁记录技术（MAMR），这些技术使用的颗粒更小，允许磁盘以更小的区域磁化。

不过这些新技术会抬高成本，在工程上也面临很大挑战即使成功，大规模量产也是一个问题例如，西部数据最近宣布说，2019年将会出货MAMR硬盘，照估计，有了MAMR技术，磁录密度会以每年15%的速度提升

现在的磁带库可以存储几百PB数据反观磁带，现在它的磁录密度离超顺磁极限还有很远距离所以说磁带的“摩尔定律”可以继续存活10年甚至更长时间，不会碰到障碍不要认为磁带技术就很简单，不是的磁带天生具有可以擦除的属性，而且使用超薄聚合物基质，以并行方式同时记录的磁道高达32条，这些都给设计师带来很大挑战。

正因如此，IBM团队才会寻找各种办法提高磁带容量，有时会引入硬盘技术，有时会寻找新方法2015年，IBM与富士胶片合作，让超小钡铁氧体颗粒垂直于磁带排列，这样可以记录更多的数据，相比今天的商用技术，它的磁录密度高出12倍还要多。

最近，IBM又与索尼存储媒体解决方案（Sony Storage Media Solutions）合作，用新方法记录数据，磁录密度约为目前磁带的20倍如果新技术能够商用，电影工作室就可以用得上，它们制作一部大片需要十几个磁带，未来全部装进一个磁带就行了。

想达成目标，有几个技术障碍要跨越例如，当磁带的磁道变得越来越窄，必须改进读写磁头，新技术显示，磁道的宽度已经可以降到100纳米左右研究人员还要缩小数据阅读器（它是一个磁阻传感器，用来从磁道上读取已存入的数据）的宽度，目前的宽度用微米计算，有必要降到50纳米之下。

到了这一步，我们会用超小阅读器读取信号，此时会有很大的噪音怎么办？我们可以通过提升信噪比来改进，改变磁性粒子的尺寸和方向、改变组成成份、改变磁带表面的平滑度和厚度来实现未来，我们还可以引入信号处理技术和纠错技术，进一步提升性能。

一旦新品到来，必须确保数据能够存储几十年不丢失，为此，研究人员会在记录层优化磁颗粒，让它们更稳定不过这样做会有副作用，它会导致最开始时记录数据变得更困难，从某种程度上说，普通磁带传感器无法将数据写入新介质。

所以研究人员需要发明新磁头，能够产生更强的磁场，这样才能写入数据将多种新技术结合在一起，研究人员开发出实验系统，它的线密度达到每英寸818000比特（bits）出于历史原因，磁带工程师会用每英寸数据密度来描述磁带存储能力。

引入新技术，每英寸可以有246200条磁道，换算一下，相当于每平方英寸可以存储201GB数据假设一盒磁带的长度是1140米（这种假设是合理的，因为磁带的厚度会降低），一盒磁带可以存储330TB数据2015年，信息存储行业协会（Information Storage Industry Consortium）与众多研究机构发布一份报告，按照预测，2025年之前磁带的磁录密度可以达到每平方英寸91GB。

如果趋势能够保持，2028年之前就会超过200GB报告对磁带存储的未来很乐观实验证明，每平方英寸达到200GB是完全可能的所以说，在未来10年里，磁带技术还会继续进化在信息技术领域，可能只有磁带技术还会遵守摩尔定律一样的发展轨迹，在未来10年里继续下去。

在硬盘及其它存储技术面前，磁带本来就有成本优势，未来这种优势会进一步扩大你也许很少看到磁带，只在老电影中看到过，但是磁带技术实际上并没有落伍，未来很多年都不会落伍编译组出品。编辑：郝鹏程

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