算力大會 | 數據存儲 | 中國算力白皮書

東數西算 | 數據傳輸 | 中國存力白皮書

縱觀全球，隨著云計算，大數據，人工智能，高性能計算等新興數字產業(yè)和前沿技術的加速應用，數據總量大幅增長，數字經濟持續(xù)繁榮，起到重要支撐作用的存儲需求也在不斷擴大。新一輪的科技革命和產業(yè)變革正在全方位的改變著社會生產生活，積累數據資源、保障數據安全、做大做強數據產業(yè)，已經成為全球主要國家共同的戰(zhàn)略選擇。

在日前舉辦的2022中國算力大會上，“1﹢3﹢5”系列算力研究成果正式發(fā)布，《中國存力白皮書》（以下簡稱《白皮書》）作為成果之一，闡明了存力的背景與定義，梳理了全球存儲產業(yè)現狀，并從區(qū)域、省際和數據中心層面分析了我國存力發(fā)展情況。

在2022中國算力大會“加快數據存力高質量發(fā)展，助力構建數字經濟新格局”分論壇上，中國信息通信研究院云計算與大數據研究所副總工程師郭亮對《白皮書》進行了詳細解讀。

黨的******首次將數據作為生產要素參與分配。數據的作用受到國家高度重視，作為數據載體的存儲也越來越重要。不同應用場景需求對數據存儲容量、數據傳輸速度、存儲性能等各方面要求不斷提升，產業(yè)需求持續(xù)推動存儲技術演進，需求更新與技術迭代共同加速存儲市場進一步釋放增長空間。

中國存力白皮書綜合考慮存儲的容量、性能表現、安全可靠、綠色低碳等特性，分析全球存儲行業(yè)的產業(yè)現狀，研察數據中心存儲技術發(fā)展趨熱，分析中國各省份存力發(fā)展規(guī)模和質量。總體來看，我國數據存力發(fā)展總體水平與發(fā)達國家相比還有一定差距，存儲容量，先進存儲設備應用，存算均衡等方面都需要進一步加強。我國區(qū)域存力情況與數據中心和算力的發(fā)展高度相關，東部各省份數據存力發(fā)展水平較高，中西部各省份雖冷數據存儲業(yè)務占比較高，但其整體存儲規(guī)模和存儲質量都低于東部。最后，在我國數據存儲產業(yè)發(fā)展趨勢進行展望的同時，也從技術、標準和產業(yè)方面對我國數據存力高質量發(fā)展提出建議。

背景及意義

一、數據存力的定義與內涵

在國家數字經濟大戰(zhàn)略下，數據作為生產要素，已成為重要的資產。海量數據呈指數級增長，數據流動加速，存儲作為承載數據的關鍵設施，其重要性更加凸顯。數據存儲是一個復雜的系統，包括復雜的硬件、復雜的軟件和介質。各行各業(yè)在數字化進程中涉及到的應用創(chuàng)新對數據的采集、存儲、傳輸、交易和服務等環(huán)節(jié)提出了更高的要求，不僅強調存儲容量足夠大，也對存儲的功能、可靠性、安全性、綠色性等提出了要求。

數據存儲系統

數據存力成為數字經濟背景下，全社會全產業(yè)發(fā)展的重要基礎。數據存力的概念和內涵也更加豐富，是以存儲容量為核心，包含性能表現、安全可靠、綠色低碳在內的綜合能力。

存儲容量是應對數據爆發(fā)式增長的基礎。進入大數據時代，移動智能設備、云端、物聯網終端等產生的海量數據需要存儲、分析、計算，數據存儲的整體需求快速增長，中國信通院發(fā)布的《數字中國發(fā)展報告(2021年)》指出，2017年到2021年，我國數據產量從2.3ZB增長至6.6ZB。數據“存不下”的問題日益嚴重，不斷增長的數據總量使存儲容量成為數據存力的核心訴求。為此，業(yè)界積極探索存儲容量提升方案，一方面，通過存儲硬件結構性改造和高科技散熱技術增加硬盤密度，從而增加單位空間的數據存儲容量，另一方面，軟件糾刪碼等技術的應用也可降低冗余度、提高磁盤利用率。

數據存儲性能是數據有效處理的關鍵。在涉及國計民生的重要領域，如政務、金融、交通、電信、醫(yī)療等行業(yè)，對存儲讀寫速度快、非易失性、無機械裝置、抗震性好、適溫寬、功耗低、傳噪少等提出了較高要求。數據存儲性能是充分釋放數據要素價值的基礎，是數據有序流轉、運營流通和場景應用的有力支撐。在新興信息技術領域如人工智能，數據存儲性能如讀寫速度，決定了人工智能算法能否快速獲取足量訓練數據，從而不斷優(yōu)化算法打造出敏捷模型。

數據安全可靠是發(fā)揮數據價值，保證數字社會健康發(fā)展的保障。數據安全可靠性是指保障數據在其生命周期內，所有數據完整、一致和準確的程度，尤其是在自然災害、電力等設施失效、設備自身失效。人為破壞、勒索病毒、網絡攻擊等影響下，仍可以實現關鍵數據系統的“三不兩永遠”--數據不泄露，數據不被篡改，數據不丟失，業(yè)務永遠在線，訪問永遠合規(guī)。目前，數據中心行業(yè)實現存儲安全可靠的方式主要包括容災和備份:“容災”，即保障業(yè)務系統在災難條件下的連續(xù)性、“韌性”；“備份”，即保障數據在災難條件下的完整性。

綠色低碳是數據存儲未來需考慮的必要因素。為響應國家雙碳戰(zhàn)略，落實工信部、發(fā)改委等政策文件提出的“新建大型、超大型數據中心PUE達到1.3以下，綠色低碳等級達到4A級以上”要求，數據中心存儲正在向綠色節(jié)能低碳方向發(fā)展。數據存力設備使用過程中的電力能耗和冷卻能耗是數據中心能耗的重要組成部分，單位存儲容量能耗也逐漸成為數據中心綜合能耗水平和可持續(xù)發(fā)展能力的評估要素之一。數據存儲的綠色低碳發(fā)展也逐漸被企業(yè)和政府重視起來，一方面，使用綠色節(jié)能的存儲設備能為企業(yè)降低總體擁有成本；另一方面，通過低能耗存儲設備的使用達到降低碳排放的目的，獲得環(huán)境和社會價值。

二、數據存力的重要作用

數據作為關鍵生產要素，推動數字經濟高速發(fā)展

數據作為數字經濟時代最核心、最具價值的生產要素正在加速滲透，成為全球經濟增長的新動力、新引擎，深刻地改變了人類社會的生產和生活方式。5G聯接、人工智能、云計算、區(qū)塊鏈、產業(yè)互聯網等ICT新技術，新模式，新應用，無一不是以海量數據為基礎。隨著數據量指數級增長，數據分析算法和技術迭代更新，數據創(chuàng)新應用和產業(yè)優(yōu)化升級，數據對社會變革的影響更加深遠。以數據為關鍵要素推進數字產業(yè)化和產業(yè)數字化，推動數字技術與實體經濟深度融合，能夠為數字經濟提供持續(xù)動力充分利用海量數據要素，大力發(fā)展數字產品制造業(yè)、數字產品服務業(yè)、數字技術應用業(yè)、數字要素驅動業(yè)等，能夠為經濟發(fā)展培育新的增長點；將數據要素與其他生產要素有機結合，能夠提升其他生產要素的匹配效率、激發(fā)其他生產要素的創(chuàng)新活力，進而提高生產質量和效益，推動國民經濟質量和水平實現整體躍升。

數據存儲作為數字基礎設施核心部分，支撐經濟社會平穩(wěn)運行

數據價值的發(fā)揮，需要與算力、存儲和網絡等相關設備結合，以基礎設施的形式來服務經濟社會。數據存儲是算力基礎設施的核心組成，是信息的起始和終點，優(yōu)質的數據存儲基礎設施和產業(yè)生態(tài)不僅會賦能數據存力發(fā)展，而且還會驅動更大范圍的社會經濟衍生影響。在影像采集領域，諸如交通、醫(yī)療、制造等行業(yè)在不斷擴展其對高清影像的應用，在產出大量4K，8K視頻，上億像素的高清圖片作為數字生產材料的同時，需要更大的存儲空間。在高性能計算領域，諸如氣象預測、衛(wèi)星遙感、災害模擬等重要行業(yè)，需存儲大量數據，保證性能容量可橫向擴展。在實時信息處理領域，諸如金融、醫(yī)療等行業(yè)，需數據存儲系統來滿足快速增長的在線并發(fā)訪問、業(yè)務全天候在線的需求。

數據存儲惠及企業(yè)，助力行業(yè)數字化轉型

近年來，越來越多企業(yè)開始重視數據價值，采集、留存并分析生產和運營中的數據，增加了數據存儲、管理、使用的需求。各行各業(yè)紛紛通過數字化轉型提升企業(yè)運營效率，不僅可提高企業(yè)自身的運作效率，也能助力提升供應鏈的可控性，為企業(yè)經營決策提供更多支持。一方面，數據存儲一定程度上解決了數據流通不暢問題，上下游各用戶可以將需求和供應信息通過線上平臺傳遞。制造業(yè)上游廠商如服裝代工廠、布料廠商等在生產供貨時可通過數據判斷趨勢，調整企業(yè)的生產制造策略，實現資源的有效配置：銀行風控授信、保險公司、物流公司等也因為更多的精準生產和需求數據的輸入能更好地開展業(yè)務，為其業(yè)務保駕護航，實現產業(yè)鏈的持續(xù)完善。另一方面，各企業(yè)因為自身生產效率的提升，降低了殘次品率和訂單延遲交付率，生產周期變短，供應鏈也更加穩(wěn)定。

數據存儲產業(yè)發(fā)展分析

一、政策分析

數據存儲對國家數字經濟發(fā)展有舉足輕重的地位，各國為形成數據存儲產業(yè)發(fā)展思路，強化存儲產業(yè)的自主可控，打造數字經濟供給側的競爭與可持續(xù)發(fā)展能力出臺了各項政策，以保證數據產業(yè)鏈的采集、存儲、傳輸、交易和服務各環(huán)節(jié)高效可靠。

1、全球各國紛紛出臺數據要素相關的國家戰(zhàn)略

美國2020年發(fā)布《聯邦數據戰(zhàn)略》，明確將數據作為長期戰(zhàn)略資源開發(fā)，聚焦點從“數據即技術”到“數據即資產”的轉變，明確政府需發(fā)揮其作為數據提供者，使用者的角色的重要作用。

英國2020年發(fā)布《國際數據戰(zhàn)略》，明確“數據是世界現代經濟的驅動力，打造世界領先數字經濟，數字產業(yè)是最主要的支撐保障，希望公眾成為蓬勃發(fā)展的數字經濟中的積極參與者”。

沙特阿拉伯2020年發(fā)布《沙特數字經濟政策》，明確“從傳統的經濟活動轉向更大的以數據為依據的活動，突出數字經濟的中心地位”。

新加坡2020年發(fā)布《研究、創(chuàng)新和企業(yè)2025計劃》，明確“繼續(xù)支持戰(zhàn)略和新興技術的發(fā)展，并加強數字能力向工業(yè)的轉化。其目的是實現新加坡的智慧國家雄心，并利用數字經濟中的增長機會繼續(xù)加強數字經濟、數字政府和數字社會的建設”。

德國2021年發(fā)布《***數據戰(zhàn)略》，明確“著力打造數據文化以確保公平和防止數據壟斷，增強德國數字能力，把德國打造為歐洲數據共享和創(chuàng)新應用領域的領導者”。

2、全球各國布局半導體產業(yè)發(fā)展

美國高度重視半導體存儲芯片的戰(zhàn)略價值，持續(xù)完善政策體系，不斷豐富行業(yè)標準，使存儲產業(yè)規(guī)范化、標準化。美國政府以政策為抓手，鼓勵本土半導體廠商進行技術創(chuàng)新，完善專利保護法，對半導體存儲相關技術進行全面的保護。

韓國半導體產業(yè)在國內需求有限、國際競爭激烈的環(huán)境下，保持良好的發(fā)展態(tài)勢和強大的產業(yè)優(yōu)勢。韓國通過“BK21”及“BK21+”等計劃對大學、研究所進行專項支援，在2016年時推出半導體希望基金，投資半導體相關企業(yè)。2021年5月，韓國政府正式公布“K半導體戰(zhàn)略”，預計未來10年投資約4500億美元。

日本為半導體產業(yè)保持蓬勃發(fā)展制定了應對策略。2021年6月，日本政府對半導體、數字基礎設施及數字產業(yè)做出綜合部署，制定了《半導體數字產業(yè)戰(zhàn)略》。2021年底，發(fā)布《半導體產業(yè)緊急強化方案》，致力于提高日本半導體企業(yè)的營收。

3、我國將數據提升到生產要素地位

***在中共中央政治局就實施國家大數據戰(zhàn)略進行第二次集體學習時指出，我們應推動實施國家大數據戰(zhàn)略，加快完善數字基礎設施，推進數據資源整合和開放共享，保障數據安全，加快建設數字中國，更好服務我國經濟社會發(fā)展和人民生活改善。

2019年11月，黨的******在《中共中央關于堅持和完蓋中國***主義制度推進國家治理體系和治理能力現代化若干重大問題的決定》中首次明確將“數據”列為生產要素，提出了“健全勞動資本、土地、知識，技術、管理、數據等生產要素由市場評價貢獻，按貢獻決定報酬的機制”，反映了***對信息技術發(fā)展的時代特征及未來趨勢的準確把握，也凸顯了數字經濟時代數據對干經濟活動和社會生活的價值。

2020年4月，中共中央、***發(fā)布了《關于構建更加完善的要素市場化配置體制機制的意見》，數據作為新型生產要素正式出現在官方文件中，將數據納入要素范圍，意味著數據與資本、勞動等傳統要素擁有了相同的地位和角色，這對于探索建立統一的數據標準規(guī)范、支持構建多領域的數字基礎設施，推動壯大我國數字經濟具有重大現實意義。《“十四五”國家信息化規(guī)劃》、《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，也強調了加快推進數字基礎設施建設，統籌布局綠色智能的數據與算力設施，強化數據采集、數據存儲、加工處理、智能分析等能力。

2020年5月發(fā)布的《中共中央***關于新時代加快完善***市場經濟體制的意見》中提出，要加快培育發(fā)展數據要素市場，建立數據資源清單管理機制，完善數據權屬界定、開放共享、交易流通等標準和措施，發(fā)揮社會數據資源價值。

2022年1月發(fā)布的《十四五數字經濟發(fā)展規(guī)劃》明確提出“數字經濟是促進公平與效率更加統一的新經濟形態(tài)，堅持應用牽引、數據賦能。堅持以數字化發(fā)展為導向，充分發(fā)揮我國海量數據、廣闊市場空間和豐富應用場景優(yōu)勢，充分釋放數據要素價值，激活數據要素潛能，以數據流促進生產、分配、流通、消費各個環(huán)節(jié)高效貫通，推動數據技術產品、應用范式、商業(yè)模式和體制機制協同創(chuàng)新。”

4、東數西算、新型數據中心為數據存力發(fā)展帶來了新的機遇

2021年，《全國一體化大數據中心協同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》和《新型數據中心發(fā)展三年行動計劃(2021-2023年)》等數據中心政策文件的發(fā)布，為數據中心產業(yè)營造了良好的發(fā)展環(huán)境，激發(fā)了數據存力的需求。隨著我國東數西算工程的落地，新型數據中心行動計劃的實施，數據中心成為產業(yè)界各方討論的熱點話題，數據存力協同算力、網絡資源共同發(fā)展，新型基礎設施才能充分發(fā)揮數據要素的價值。新型數據中心是具備安全可靠能力、提供高效算力服務、賦能千行百業(yè)應用的新型基礎設施，其算力服務的提供需要數據存儲能力的支撐。

如工業(yè)互聯網，人工智能等新興技術的可靠穩(wěn)定應用離不開數據存儲，存儲效率和能力達不到要求的時候，算力也很難發(fā)揮作用。同時經濟社會運作中產生的各類數據與物理世界完成交互后，最終處理的結果又會回到數據存儲系統進行保存，指導模型、算法的精確性和可用性提升，更好支撐下一次的數據分析。

二、產業(yè)分析

由于數據存儲的形式在不斷變化，全球數據存儲產業(yè)也從單純注重數據存儲的容量，向效率、經濟性，可靠程度，節(jié)能等方面不斷延展，以更好應對不斷增長的數據總量以及數據多樣性，實時性等對存儲提出的新要求。

1、磁性存儲市場占比較高

現代數據存儲根據存儲介質的不同，主要分為光學存儲(CD、DVD、藍光存儲)、磁性存儲(磁帶軟盤.機械硬盤)和半導體存儲三類，其中半導體存儲在數據存儲領域的應用越來越廣，是存儲技術發(fā)展的趨勢和方向之一，包括易失性存儲器DRAM和非易失性存儲器 NAND FLASH、NOR FLASH等。

光存儲因技術原因應用場景受限。作為產生時間最早的數據存儲技術，光存儲極易受摩擦等外部作用而損壞，在存儲容量、存儲密度及存取速率等方面受到一定程度的限制。但光存儲技術因其長壽命、安全可靠和低成本等優(yōu)點，被業(yè)界認為適用于冷數據存儲，歸檔類數據的長期備份使用。

磁性存儲應用廣泛。磁帶存儲在海外發(fā)展較早，諸如微軟Azure、亞馬遜AWS、谷歌等全球知名的云服務商已大量采購磁帶，用來對關鍵數據做備份歸檔以及冷數據的長期保存。軟盤存取速度慢，容量較小，但可裝可卸、攜帶方便，適用于需物理移動的小文件。機械硬盤以其低廉的價格以及更高的儲存容量占據了一定市場份額，但存在儲存時間不長，能耗高，存儲密度不大等問題。

半導體存儲已成為存儲的重要媒介。近年來，以半導體為代表的新一代全閃存技術飛速發(fā)展，半導體閃存是新一代存儲介質，由于具有斷電不丟失數據，高性能快速讀取，大容量，綠色節(jié)能等特點，被企業(yè)的信息系統大量應用，已逐步成為存儲產業(yè)的主要媒介。在全球整個半導體市場中，存儲器占據了約三分之一的規(guī)模，是半導體最大的細分市場之一，半導體正在成為業(yè)界主流的存儲器。世界各主要廠商正在加速新一代全閃存技術的創(chuàng)新。Gartner2021年全球存儲市場報告顯示，全閃存儲市場快速增長，市場規(guī)模同比增長13.9%，全閃存儲在全球存儲市場占比首次超過50%。

2、我國存儲技術水平突圍成效顯著，與美企仍有一定差距

在全球數據存儲的市場份額中，美國企業(yè)處于壟斷地位。Gartner2021年發(fā)布的存儲相關的魔力象限報告，在企業(yè)級備份和恢復解決方案的魔力象限全是國外企業(yè)，包括Commvault、Rubrik、VeeamCohesity、Veritas Technology、Dell Technology等美國公司，占據數據保護、備份與恢復的主要市場;在主存儲魔力象限上，Pure Storage DellTechnlogyNetAppHPE IBM等美國公司在全球占比較高，日本Hitachi Vantara、以色列Infinidat也處于領導者地位，僅有我國企業(yè)華為技術有限公司進入，憑借其優(yōu)異的產品能力，在亞太地區(qū)有廣泛應用:在分布式文件系統和對象存儲等魔力象限上，也都以Del Technology、IBM、Pure Storage、Qumulo等美國公司為主。

近年來我國在數據保護領域也涌現出很多優(yōu)秀的企業(yè)，包括藍海大腦、華為、愛數、鼎甲、新華三、浪潮等。IDC數據顯示，在數據復制與保護系統市場，國內企業(yè)在本土市場占有率逐步提升，2021年華為、愛數、鼎甲和新華三占據42%的市場份額，占有40%的其他類別中也包含了大量的國產廠商。在軟件定義存儲(SDS)及超融合存儲(HCI)系統市場，軟件定義存儲(SDS)及超融合存儲(HCI)系統市場前五大供應商均為國內企業(yè)，市場份額占比均超過70%。

3、不同行業(yè)災備水平參差不齊，亟需建設典型引領場景

我國在經濟社會高質量發(fā)展中逐漸重視數據安全，對數據存力的可靠提出相應要求。可靠的數據存力是算力基礎設施建設的基礎，數據中心產業(yè)已開始重視數據安全和容災備份建設，以應對各類數據安全事故。日前，《數據安全法》已經發(fā)布并開始實施，保護數據安全成為數據存儲發(fā)展的關鍵，存力的可靠性建設將會加速，以應對數據安全風險和數字經濟時代的挑戰(zhàn)。

我國多數行業(yè)的信息化災備建設體系亟待完善，普遍存在“有備份、無容災”，“缺乏異地災備”的現象。數據安全風險要求較高的行業(yè)，如金融、運營商等行業(yè)，具有信息化程度高和信息安全要求高等特征，行業(yè)災備體系建設相對完善，典型災備應用行業(yè)示范意義大。根據災備設備出貨量統計，金融行業(yè)。如國有銀行/大型股份制銀行，數據備份建設比例達到約92%，但異地備份的比例僅約10%，業(yè)務系統容災比例不到40%，異地容災低于30%。

國內各行業(yè)數據災備覆蓋率

其他行業(yè)信息化發(fā)展起步晚，災備體系建設也相對滯后。全國31個省(直轄市、自治區(qū))的政務云只有5%部署同城災備，異地災備部署比例更低，大部分省級政務云只是部署了簡單本地備份，缺乏數據中心容災能力，難以滿足核心系統業(yè)務連續(xù)性和數據安全的要求。教育行業(yè)，以高校為例，數據災備比例非常低，容災建設比例不到1%，只有個別學校如哈工大部署了異地容災系統，同地校區(qū)備份的比例平均在25%左右，異地備份僅2%左右。醫(yī)療領域的災備系統體現出水平參差不齊的特點，三級以上醫(yī)院幾乎都采用數據備份系統，普及率達到95%以上，具體應用技術手段有所不同，部分醫(yī)院在系統升級換代時會同步考慮容災技術。二級以上醫(yī)院在地域條件允許的情況下會采用遠程備份，實施方案主要為遠程硬拷貝等傳統方式，總體占比不高，部分有條件的二級醫(yī)院會建設容災系統，只有少數多院區(qū)醫(yī)院考慮建設數據異地容災。

三、技術分析

事物的演進普遍遵循螺旋式發(fā)展的規(guī)律，數據存儲產品和方案的演進同樣如此，業(yè)務需求和技術進步是螺旋式發(fā)展的兩個主要驅動力。從八、九十年代的初步電子化、信息化，到互聯網+，以及當前全面推進數字化，未來的數字孿生、元宇宙，數據的規(guī)模成千倍增長，移動互聯網發(fā)展導致并發(fā)訪問量百倍增大、業(yè)務7*24連續(xù)服務、毫秒級響應體驗。

存儲技術和產品從初始的磁帶和磁盤開始，到DAS、SAN、NAS等專業(yè)存儲設備，以及目前的全閃存存儲、分布式存儲等，在性能、可靠性、容量這三個核心方向上迭代發(fā)展，再加上訪問協議、存儲網絡等技術的演進，數據存儲能力也在快速提升。

1、存儲介質技術升級在提高存儲容量同時降低單位存儲成本

存儲介質由傳統磁介質轉向閃存介質。目前，利用GMR巨磁陽效應磁頭、SMR瓦楞式堆疊磁盤技術的企業(yè)級機械硬盤(HDD)單盤容量可達到18TB。磁通控制-微波輔助磁記錄(FC-MAMR)，微波輔助交換-微波輔助磁記錄(MAS-MAMR)、熱輔助磁記錄技術(HAMR下、石墨烯涂層等新技術的研究和應用，在未來幾年可實現單盤容量的翻番增長，滿足溫、冷數據近線存儲的需要。

同時，伴隨半導體介質生產工藝提升迅速，3DNANDFlash已經實現了176層生產工藝，同時閃存顆粒的存儲密度從SLC(Single-Level Cell)、MLC(Multi-LevelCell)已經過度到TLC(Trinary-LevelCell)為主，正在向QLC(Ouad-LevelCell)演進。NANDFlash技術和工藝的提升，SSD單盤容量已經達到30TB以上，在同等應用場景下，SSD數據訪問比磁盤快100倍左右，吞吐量大100倍，單盤的IOPS大1000倍以上，在提供高性能的同時降低了成本，可以更好為熱數據提供在線存儲。熱輔助磁記錄、晶格介質存儲、全息存儲、DvCo5材料存儲等高密度關鍵存儲技術持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新，更好地響應了持續(xù)增長的數據存儲容量和存儲密度的需求。

熱輔助磁記錄技術在寫入存儲介質時，通過聚焦光束對最小磁化區(qū)域進行加熱，解決少量熱量對納米級比特區(qū)域的干擾，有效利用熱量，確保在納米級比特單元在加熱時仍保持磁化狀態(tài)；晶格介質存儲通過光蝕刻微影的方式在晶格介質上劃分出統一的網格磁性單元，實現單比特占用空間少，存儲密度高；全息存儲通過消費光學和人工智能技術，將數據存儲為可重寫的全息圖，借助商用高分辨率相機技術和深度學習技術，將HSD設備負責性遷移到云端，縮短讀寫時間，提高實時訪問效率，DvCo5材料存儲針對超高密度熱輔助數據存儲設備，提出高效節(jié)能的解決方案，使得數據寫入時可實現快速磁化，且材料耗能更少、性能更優(yōu)。

2、NVMe打造主機和存儲設備間高速通道

存儲通信協議的發(fā)展，充分發(fā)揮了存儲介質變化和網絡帶寬提升所帶來的效益。NVMe(Non-Volatile Memory Express,Non-Volatile Memory，非易失性存儲器)是由NVMExpress非盈利組織發(fā)布的規(guī)范，定義了主機軟件通過PCle總線與非易失性內存通信的方法，是固態(tài)硬盤的協議標準，其通過與CPU的PCle通路直接通信、更深的隊列深度、操作系統協議堆棧的精簡等一系列手段來全面提升固態(tài)硬盤的性能表現。NVMe系列標準規(guī)范了SSD訪問接口，確保NVMe在網絡架構、接口管理，服務器和系統管理規(guī)范化和明確化。它是所有形式(U.2、M.2、AICEDSFF)的PCle固態(tài)硬盤(SSD)的行業(yè)標準。

除了NVMe基本規(guī)范之外，還包括用于規(guī)范網絡架構上使用NVMe命令的NVMeoverfabric(NVMe-oF)，以及用于服務器和存儲系統管NVMe/PCleSSD的NVMe管理接口(NVMe-MI)規(guī)范。隨著使用非易失性存儲器高速(NVMe)接口規(guī)范的技術從HDD發(fā)展到SSD，再發(fā)展到SCM，存儲性能得到了巨大提升。通過NVMe訪問存儲介質所花時間相比以前的硬盤技術減少了1000倍。

NVMe協議正逐漸成為主流，固態(tài)硬盤接口也從傳統的SATA/SAS過渡到PCle，采用NVMe協議后的PCle接口固態(tài)硬盤可以進一步釋放固態(tài)硬盤的性能，提高響應速度。隨著NVMe的發(fā)展，其也逐步被應用于存儲網絡。當前NVMeover Fabrics有兩類主流的方式，分別是NVMe over FC和NVMe over RoCE。其中，NVMeoverRoCE以開放的以太網為基礎，具備大帶寬、低時延的優(yōu)勢，隨著技術的逐漸成熟，已經規(guī)模化落地實踐。NVMe overRoCE在性能、成本等方面的優(yōu)勢將促使架構逐步轉型，存儲網絡逐步轉向全IP化，在獲得更高的傳輸性能的同時，具備以太網運維管理相對簡單的特性。

目前，PCle 6.0規(guī)范已經正式發(fā)布，預計最高寫入速度為11GB/s，最高讀取速度為12GB/s，而PCle5.0SSD設備將在2022年正式上市，PCle系列規(guī)范帶寬速度如下所示。

PCle 系列規(guī)范帶寬速度

PCle市場規(guī)模持續(xù)擴大，服務器設備是規(guī)范迭代升級的主要受益者。企業(yè)級SSD的發(fā)展使得PCle在2021年獲得更大發(fā)展機遇，并在未來5年將持續(xù)增長。服務器廠商先后推出眾多支持PCle4.0的服務器主板，可使用NVMe硬盤。當PCle50實現商用后，市場規(guī)模將得到進一步擴大，大幅降低存儲在整個計算機系統中，造成的性能瓶頸，而NVMe存儲設備或將成為受益最大的設備；到2023年，服務器設備或將率先實現PCle60應用，為人工智能、數據中心、物聯網、航空航天和軍事等領域提供有效支撐，實現對高性能計算中心提供基礎存儲設備支撐。

3、存儲系統工程和算法演進保障數據存儲安全可靠

存儲是數據安全的最后一道防線，隨著企業(yè)數字化的深入，數據的安全風險變得復雜多樣，從數據的增長到架構的復雜度，如何保證數據的可靠性和安全性是數據存儲的關鍵。在存儲系統層面，利用多控/集群架構、關鍵部件冗余、熱插拔、多路徑軟件、負載均衡、在線擴容、在線升級等技術，系統可用性大大提升。在算法層面，算法的改進提升了固態(tài)硬盤的使用壽命，由于固態(tài)硬盤的使用壽命由NAND閃存的擦寫次數決定，固態(tài)硬盤使用壽命是用戶最主要的擔憂。但隨著寫入算法的不斷演進，可以在軟件層面最大限度地延長固態(tài)硬盤的使用壽命，在實際使用和替換周期來看，固態(tài)硬盤的實際故障率低于機械硬盤、使用壽命并不會成為其瓶頸。在數據保護方面，存儲雙活已經成為保障關鍵業(yè)務系統連續(xù)性的主要方案之一，并可以擴展至“兩地三中心”容災方案，避免在自然災害、電力等設施失效、設備自身失效、人為破壞、勒索病毒、網絡攻擊等影響下的數據恢復能力和業(yè)務系統的連續(xù)性。

中國數據存力發(fā)展情況分析

一、我國數據存力發(fā)展情況分析

我國數據存力發(fā)展總體水平與發(fā)達國家相比還有一定差距。據羅蘭公司測算，美國單位GDP存儲容量高于我國，我國存儲在經濟發(fā)展中的支撐作用有待加強。規(guī)模上，據中國信通院統計，2021年我國存儲總量容量已達800EB，出貨量年均增長速度已達50%。在先進存儲設備上，半導體閃存具有斷電不丟失數據、高性能快速讀取、大容量、綠色節(jié)能等特點，其使用占比正不斷攀升。

2021年我國存儲容量增量

二、區(qū)域數據存力發(fā)展情況分析

數據存力發(fā)展水平與數字經濟規(guī)模相關，數字經濟規(guī)模越大，數據資源越豐富。東部沿海地區(qū)經濟相對發(fā)達，數字經濟規(guī)模較大，因此東部數據存力在規(guī)模上具有較大優(yōu)勢。此外，數據存力發(fā)展水平與數據中心和算力的建設情況相關，東部仍是數據中心建設運營主要區(qū)域，數據存力發(fā)展規(guī)模和質量均位于全國前列。中西部數據存力發(fā)展水平相差不大，結合《中國綜合算力指數(2022年)》測算分析，中西部數據存力總分、規(guī)模及質量得分均略低于全國平均水平。東北部數據存力規(guī)模和質量相對其他區(qū)域發(fā)展較差，指數值也小于全國均值，發(fā)展空間較大。

2021年我國區(qū)域存力發(fā)展情況

東部省市，數據存力發(fā)展水平全國領先。北京、上海、廣東及周邊省份數據計算需求較多，數據中心市場規(guī)模不斷上升，為數據存力營造了良好的發(fā)展環(huán)境，其數據存力發(fā)展也受到重視。這些省份對數據處理的時效性和安全性要求較高，在熱數據進行計算和存儲時，追求數據存取和讀寫速度，需求帶動本地及周邊存力發(fā)展。規(guī)模方面，東部省份中廣東省存儲規(guī)模最大，2021年的存儲總體容量超過90EB。隨著5G云計算、人工智能等新一代信息技術快速發(fā)展，信息技術與傳統產業(yè)加速融合，數字經濟蓬勃發(fā)展，北上廣等發(fā)達地區(qū)對數據計算和存儲的需求快速攀升，也將帶動本地及周邊存力規(guī)模的增長。質量方面，全國整體先進存儲占比相差不大，平均先進存儲占比約13.5%，東部部分經濟發(fā)達的省份如北京和河北省，先進存儲占比超過15%。一線城市對數據處理的時效性和安全性較高，熱數據計算需高性能的數據存儲，新的業(yè)務場景也對存儲質量有更高的要求，一線城市在存儲規(guī)模日益擴大的背景下，也將更加關注先進存儲、存儲性能等存儲質量。

中西部省市，數據存力發(fā)展水平總體低于東部，但部分核心省份數據存力發(fā)展良好。湖北輻射帶動中部和長江中游地區(qū)，支撐長江經濟帶發(fā)展，數據存儲需求多，其數據存力發(fā)展水平較好。作為西部大開發(fā)重要平臺的重慶和四川經濟較發(fā)達，對數據的存儲、轉移和處理需求多，這些需求驅動了作為數據載體的存力快速發(fā)展，數據中心產業(yè)發(fā)展較好，數據存力水平相對較好。受“東數西算”政策影響，北京、上海、廣州、深圳等一線城市的部分數據存儲應用需求逐步向西部地區(qū)轉移，推動了當地數字經濟以及信息化產業(yè)的發(fā)展，如貴州省、新疆、內蒙古、甘肅省和陜西省，這些大數據產業(yè)蓬勃發(fā)展地區(qū)，充分發(fā)揮本地大數據資源價值，數據中心產業(yè)發(fā)展迅速，受政策牽引和自身資源稟賦的影響，數據存儲規(guī)模不斷增長，但存儲質量有待提升。部分中西部省份資源充足，但其網絡帶寬小、跨省數據傳輸費用高、算力需求有限等現狀也不能忽視，受制于算力發(fā)展，數據存力發(fā)展水平較差。隨著“東數西算”劃定的樞紐節(jié)點落地，貴安數據中心集群、和林格爾數據中心集群、慶陽數據中心集群和重慶數據中心集群，未來數據存力發(fā)展有了新的機遇。

三、省際數據存力發(fā)展情況分析

目前，數據存儲總體容量集中度高，容量排名前7的廣東、江蘇、上海、北京、河北、浙江、貴州省存儲總體容量占全國的52%，北上廣的存儲總體容量超230EB，約占總容量的30%。為提高數據中心標準機架的效率，為算力提供更好的數據支撐，需關注數據中心單機架的存儲容量即單機架存力指標。全國各省單機架存力水平普遍120TB至180TB之間。湖北、廣東、北京、浙江和江蘇的單機架存力超過150TB，其他省份單機架存力在130-150TB之間。未來，受東數西算政策影響，響應“加快推動數據中心向西大規(guī)模布局，特別是對于后臺加工、離線分析、存儲備份等對網絡要求不高的業(yè)務，率先向西轉移，由西部數據中心承接”的政策，預計八大樞紐節(jié)點省份數據存力將繼續(xù)擴大規(guī)模。

2021年我國部分省份存力規(guī)模情況

全國總體數據存儲質量有待提高。存算均衡方面，根據《中國綜合算力指數(2022年)》測算，大部分省份存算均衡得分在25-55之間，天津、新疆、湖北等省份存算資源相對均衡，得分大于60分，我國存算均衡整體與發(fā)達國家相比還有一定差距。存儲先進性方面，各省先進存儲占比相差不大，全國平均先進存儲占比約13.5%，對存儲質量要求較高的一線城市先進存儲占比最高也僅17%，除新疆和青海等省份，其他省份先進存儲占比得分均在25-65之間，廣西雖然存儲規(guī)模整體較小，但先進存儲設備的選擇和應用占比較高。存儲性能方面，北上廣及周邊地區(qū)的存儲性能總能力相對較高，廣東、江蘇、河北、北京和浙江的存儲性能總量均超過16GIOPS，海量數據驅動了存儲性能的提升，其他省份存儲性能相差不大。部分數據經濟規(guī)模較小的省份，存儲性能得分小于10分。

2021年我國部分省份存算均衡、存儲性能及先進存儲占比情況

四、數據中心存力發(fā)展情況分析

全國數據存力發(fā)展的落地應用依托于各省數據中心存儲設備的部署，為加快存力的高質量建設，在評價數據中心的存力時，需要綜合考慮存儲容量、性能表現、安全可靠、綠色低碳等維度，如存儲容量、容量增長率、先進存儲占比等具體指標。

數據中心存力評價框架

上表是數據中心存力評價基本框架，包含4個維度、7個方面和10個具體指標。從存力定義出發(fā)，數據中心存力評價框架從“存儲容量、性能表現、安全可靠和綠色低碳”四個維度進行評價。其中，存儲容量包含了存量和增量，存量體現了數據中心提供的總體存力體量對于業(yè)務產生各類數據的有效保存和支撐的能力；增量反應的是用于衡量投入能否保障存力匹配數據生產要素增速，并支持前沿技術部署持續(xù)提升競爭力。性能表現包含了平衡和敏捷，平衡反應的是算力、存力兩大核心關鍵資源之間的協同利用效率:敏捷衡量數據存儲領域先進生產力閃存的部署情況，能否滿足數據的保存和調用效率的要求。安全可靠反應企業(yè)抵御數據破壞性事件并在事后快速恢復的能力。綠色低碳包含了經濟和綠色，經濟指企業(yè)存儲投入的成本情況，涵蓋存儲設備外的人工、能耗等總體擁有成本，綠色衡量數據中心存儲設備總能耗水平。

如某股份制商業(yè)銀行總行的數據中心，存儲存量超30PB，存力容量使用率約為70%，規(guī)劃年容量增長率為5%，可滿足該行各信息系統如國內國際結算系統、網上銀行系統、基金托管估值系統、債券交易管理系統等產生的即時數據存儲和轉移需求。此外，因銀行日常業(yè)務運作對數據存儲調用的時效性、準確性和安全性的要求較高，該數據中心大面積部署半導體全閃存，全閃存容量占比近60%;針對重要業(yè)務數據基本實現災備，整體災備覆蓋率約20%，RTO時間恢復目標即災難發(fā)生后，從IT系統宏機導致業(yè)務停頓之刻開始，到IT系統恢復至可以支持各部門運作，業(yè)務恢復運營之時的時間間隔僅5分鐘，RPO恢復點目標為0，即災難發(fā)生并不會丟失數據。該數據中心在保證存儲規(guī)模和性能的基礎上，也兼顧了綠色低碳。其單位存儲運營成本為3.5萬/臺，存儲設備能耗水平約35W/TB。

目前，為充分發(fā)揮新型數據中心對數字經濟的賦能和驅動作用，需協調發(fā)展存儲、算力和網絡，新型數據中心已經開始重視存儲規(guī)模和存儲質量。規(guī)模方面，百度云計算(陽泉)數據中心存儲容量超過6EB可存儲的信息量相當于30多萬個中國國家圖書館的藏書總量，為百度搜索+信息流、智能云、智能駕駛等業(yè)務提供有力支持:中國聯通貴安云數據中心擁有5000TB高效存儲和3000TB對象存儲，可支撐國家部委、政府機關、國際知名云計算廠商、大型互聯網廠商、銀行保險機構等多家客戶。質量方面，中國電信南京(吉山)云計算數據中心采用HDD與SSD相結合的存儲方式，其中SSD占比較高，目前該園區(qū)內存儲能力可達50PB，可有效支撐各類云平臺PB級別的業(yè)務場景，實現海量數據的存儲及高性能的計算分析;中國雅安大數據產業(yè)園項目采用分布式存儲技術，存儲能力近300PB，滿足400余家企業(yè)云上服務，該園區(qū)2020年數字經濟及相關產業(yè)規(guī)模超過200億元。

中國數據存力

發(fā)展展望與建議

一、數據存力發(fā)展展望

1、我國存儲市場規(guī)模將持續(xù)攀升

據中國信通院《中國數字經濟發(fā)展白皮書》顯示，2021年我國產業(yè)數字化規(guī)模達37.18萬億元，占數字經濟比重81.7%，成為數據經濟發(fā)展的強大引擎。海量數據的計算和轉移均需存儲技術提供數據服務，因此存儲行業(yè)逐漸形成涵蓋技術設備、系統平臺、業(yè)務應用服務等全方位產業(yè)鏈體系。

據IDC數據顯示，2021年我國存儲市場規(guī)模達到59億美元，比2020年市場規(guī)模增長18%，預計未來5年存儲市場仍將保持增長趨勢，如下圖所示。“十四五”規(guī)劃和新基建投資計劃等文件，鼓勵用戶投資數據中心和基礎設施，推進企業(yè)數據化轉型，實現業(yè)務和應用數字化，增加數據消費和存儲支出，也將進一步擴大我國存儲市場規(guī)模。

我國存儲市場預測

2、非結構化數據存儲需求帶動分布式存儲快速發(fā)展

5G Al和大數據等技術，使得數據挖掘得到更為廣泛的應用，面向未來，以視頻、圖片、文檔為代表的非結構化數據占比將達到80%以上，成為分布式存儲的主要消費者。市場方面，分布式存儲與更多關鍵業(yè)務的融合成為存儲市場主力，隨著新興業(yè)務和云存儲的發(fā)展，除了云原生的應用，越來越多的應用傾向使用更易于流動和歸檔的對象存儲，分布式存儲市場中對象數據份額將會超過塊數據。技術方面，隨著大數據、Al的發(fā)展，HPC應用已經廣泛融合并且催生出新的應用場景，新的業(yè)務負載要求存儲支持文件、對象及HDFS協議互通，數據僅存一份。HPC正在向HPDA(高性能數據分析)、HPC-BasedAl方向演進。

3、新型存儲全閃存將成為溫熱數據存儲的主流方式

根據數據全生命周期的熱溫冷差異，對存儲設備的要求也不同，未來，溫熱數據的存儲將逐步向高性能、高容量和高性價比三個方向演進。為了追求最極致的讀寫能力，適應業(yè)務系統日益提升的性能需求。SSD在存儲陣列中的使用比例逐漸擴大，全閃存存儲陣列開始出現在企業(yè)的數據中心，并呈現快速增長態(tài)勢。全閃存存儲陣列不僅是硬盤全部采用閃存盤，而是需要從系統層給予優(yōu)化，最大程度激活閃存能力。目前業(yè)界已經涌現了許多新型內存型介質技術，如SCM、PCM、MRAM、ReRAM、FeRAM等。這些介質在性能、容量、成本、壽命、能耗、可擴展性等多個方面都有更強的性能表現，支持字節(jié)級訪問和持久化，不需要再進行數據搬移，但其成本較高，或將成為熱數據存儲的主流存儲方式。

4、存儲網絡的以太化改造成為熱點話題

存儲網絡是指連接應用主機和存儲的高速網絡，其基本要求是大帶寬 低時延。傳統以太網存在丟包問題，網絡質量較差。FC網絡則以其大帶寬、低時延的特點，成為存儲網絡的主流解決方案。然而，FO技術長期被歐美少數公司所壟斷，技術壁壘高、產品價格高且生態(tài)封閉。近年來，無損以太網絡快速發(fā)展，其與RDMA、NVMe等技術結合所形成的NVMeoverRoCE，成為存儲網絡的重要解決方案，網絡性能好且生態(tài)開放。

5、“存算一體”架構開始顯現出獨特優(yōu)勢

存算一體是計算單元和存儲單元緊耦合的一種方式，即存儲單元與計算單元合一，打破算力和存儲的邊界，有效改善功耗墻和內存墻的問題，相比傳統馮諾依曼架構，預計能效將大幅提升。基于SRAM(Static Random-Access Memory，靜態(tài)隨機存取存儲器)、NORFlash(非易失閃存)等成熟存儲器實現的存算一體，有望率先規(guī)模化商用，并將在端側、邊緣側的人工智能推理運算中展現出10倍能效優(yōu)勢。基干ReRAM(Resistiverandomaccess memorv，可變電阻式內存)、PCM(Phase Chanae Memorv相變存儲器)、MRAM(Maanetoresistive Random Access Memory，磁性隨機存儲器)等新型非易失存儲器的存算一體探索不斷加快，因其具有高性能，低功耗的特點，有望在數據中心側實現突破。針對實時處理要求極高的最熱數據的，存算一體化的性能好，可以打破存儲墻，消除不必要的數據搬移延遲和功耗，并使用存儲單元提升算力，成百上千倍的提高計算效率。但其價格相對較高，針對實時熱數據，溫冷數據合理規(guī)劃、分類處理，才能達到整體架構總成本最低。

二、數據存力高質量發(fā)展建議

數據存儲在國家信息技術和高科技領域的關鍵基礎地位日益凸顯，已然成為數字經濟發(fā)展的戰(zhàn)略要地。《“十四五”國家信息化規(guī)劃》、《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，強調“加快推進數字基礎設施建設，統籌布局綠色智能的數據與算力設施，強化數據采集，數據存儲，加工處理，智能分析等能力”。存儲作為承載數據的載體，已引起社會廣泛關注。

目前，數據存儲還面臨諸多挑戰(zhàn)，一方面，海量數據呈指數級增長，數據在加速流動。另一方面，承載數據的關鍵數據基礎設施如存儲器、數據網絡等還存在可靠性、安全性、可持續(xù)供應性等多方面的挑戰(zhàn)和問題，亟待加以重視，出臺政策推動相關產業(yè)發(fā)展。為推動國家數據存力高質量發(fā)展，首先要在戰(zhàn)略上提高對存儲關鍵性的重視程度。從大數據時代全球競爭和國家數據安全的戰(zhàn)略高度出發(fā)，以先進存儲、存算均衡、災備覆蓋率等為牽引，盡快研究形成引導我國數據存儲產業(yè)發(fā)展的具體政策和規(guī)劃，打造一批存儲產業(yè)和數據存儲應用示范項目，加快數據存儲設備和技術自主可控，降低存儲技術和制造的對外依存度，提升我國在數據存儲領域的國家競爭力。

技術方面，一是加快部署下一代存儲技術，推動存儲核心技術底層研發(fā)和技術攻關，提升存儲介質。安全設計，數據防護等關鍵技術水平，打造全球存儲的創(chuàng)新高地。二是鼓勵聯合攻關存儲技術瓶頸，發(fā)揮行業(yè)創(chuàng)新領軍企業(yè)的創(chuàng)新帶領優(yōu)勢，廣泛發(fā)動我國相關領域的科研院所、高校和領軍企業(yè)，開展存儲全產業(yè)鏈的產學研用協同，增強存儲產業(yè)國際競爭力。三是進一步完善數據產業(yè)人才培養(yǎng)機制，建立多層次，多元化的人才培養(yǎng)目標，鼓勵培養(yǎng)專業(yè)理論與行業(yè)知識兼?zhèn)涞膹秃闲腿瞬牛膭畹胤秸龑髽I(yè)完善人才激勵機制，引進和留住高端存儲專業(yè)人才，優(yōu)化人才的地域和行業(yè)布局。

標準方面，應盡快研究建立存儲的行業(yè)規(guī)范和標準，完善數據存儲效率、數據保護、數據災備、綠色低碳等數據存力關鍵標準體系。一方面，鼓勵存儲相關企業(yè)及研究機構進行標準和評估體系研究，鼓勵行業(yè)龍頭企業(yè)通過硬件開放、軟件開源、使能生態(tài)伙伴等策略，給予合作伙伴尤其是創(chuàng)新型小微企業(yè)充分的發(fā)展空間，共同摸索形成存儲行業(yè)標準。另一方面，推進數據存儲產業(yè)國際交流與合作，加強與國際標準組織的合作，加速我國技術標準的國際化進程，積極參與數據存儲國際規(guī)則和技術標準制定。

產業(yè)方面，一是構建先進存儲應用生態(tài)，促進存儲產業(yè)相關供應鏈融合；二是提升產業(yè)鏈供應鏈安全保障能力，構建產業(yè)集群梯次化發(fā)展體系；三是針對金融、醫(yī)療、教育等重點行業(yè)，打造示范應用項目，樹立高效存儲、先進存儲，存算均衡，存儲安全等方面的標桿。如在安全可靠上，推動政務云，國家一體化大數據中心、行業(yè)大數據中心、智慧城市等場景的災備體系建設，全國范圍重點打造一批數據災備的示范基地、示范項目，實現標準和政策落地，帶動千行百業(yè)，更好應對數據安全風險。

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審核編輯 黃昊宇