未来数据中心发展方向是什么？

未来数据中心的数据存储，应朝着绿色、安全、高效率和高效益方向发 展。

1.聚焦节能降碳，助力绿色发展

数据中心聚集了大量服务器、存储设备、网络设备等IT设备，随着数据中心能力的 增强，保证数据中心正常运转所需要的能源消耗也随之增大。生态环境部数据显 示，2021年全国数据中心总耗电量达2,166亿度，碳排放量达1.35亿吨，占全国二氧 化碳排放量的1.14%左右。气候变暖、能源紧张等问题，使数据中心面临着节能减 排、绿色发展的严峻挑战。《巴黎协定》后，全球各国积极采取行动减少温室气体 排放，中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标，因此低碳环保、 绿色节能必然成为数据中心的一大发展趋势。此外，用于散热的能耗同时也增加了 数据中心的运营成本，据网络公开数据，电力成本在数据中心的运营成本中占比高 达60%。

面对数据中心的巨大能源消耗，中国在2017年《“十三五”节能减排综合工作方 案》中提出，新建大型云计算数据中心PUE值应低于1.5。2021年，国家提出对PUE 值超过1.5的数据中心进行改造。2023年，国家四部联合印发《绿色数据中心政府采 购需求标准（试行）》，要求2023年6月起数据中心PUE值不高于1.4，2025年起数 据中心PUE值不高于1.3。

整体而言，低碳环保、绿色节能的实现可以从提高散热效率、增强设备性能、控制 设备能耗三个维度考虑： 采用液冷等现代冷却技术可以有效提高散热效率； 提高设备效率，改善数据中心设备性能，可以保障在相同功耗下提升数据中心 整体性能； 淘汰高耗能组件，升级算力高、空间节省、碳排放低的新组件，在保持数据中 心设备性能不变的前提下，尽可能降低设备能耗。

此外，可以通过虚拟化技术，共享计算资源，调整服务器负载提升设备利用率，减 少数据中心的热能排放，使数据业务更加绿色环保。 作为核心存储介质，SSD读写速度快、单片功耗低、物理体积小、存储密度高。相 比于机械硬盘（HDD），SSD不仅可以升级数据中心算力，而且可以节省存储空 间，降低单位存储的能源消耗，助力数据中心存储绿色升级。此外，基于SSD的固 件算法，通过软硬协同，降低了服务器的整体功耗。在虚拟化技术的支撑下，将数 据中心众多服务器的存储资源云化，为用户提供统一的存储通道，提升了数据中心 存储利用率，助力数据中心绿色低碳升级。

基于低能耗比，解决“低能效”难题：SSD采用纯电子电路方案，存取数据时 不需要额外的能量驱动机械设备，能耗较之HDD要低很多，在同等功耗下可大 幅提升数据读写性能，为数据中心提供更优的SSD能耗比。此外，部分数据中 心级SSD采用高能效比硬件，利用集成能效控制算法进行功耗调优，在面向数 据中心级业务场景和各类不同的I/O 场景模式时，通过检测电源状态调整电源设 置，实现电源能耗多级可调，满足用户在不同场景下对性能和功耗的配置需 求。电源功耗的多级调优，基于低能耗比策略，既满足了用户的性能需求，又 获得了高的能效比，助力数据中心节能减排、降本增效。

基于小体积优势，提升单位空间内的存储容量：针对数据中心突出的能耗问 题，数据中心的建设规模也受到了一定的限制。SSD使用闪存作为主要存储单 元，堆叠技术的使用保证了存储容量增大的同时，设备体积并未有明显变化。 其独特的小尺寸体积优势，决定了有限的空间可以容纳更多的盘片，获得更大的存储空间。在云计算、大数据、AI分析等有大规模数据存储需求的场景下， SSD的小体积大容量优势能够显著节约设备存放空间，提升数据中心空间利用 率，增加设备存储容量，助力数据中心升级，降低数据中心总拥有成本 （TCO）。

基于虚拟化满足更多用户需求，提升数据中心设备利用率：数据中心使用虚拟 化技术将服务器和存储整合到一个共享平台上，同时保持应用、操作系统和数 据之间所需的隔离。企业无须关心数据存放的物理空间，实现了存储的智能化 和自动化。云存储的实现依赖于虚拟化存储技术，虚拟化存储技术屏蔽了系统 的复杂性，使用负载均衡功能提升了存储空间利用率，解决了实体存储的空间 浪费问题，而且虚拟化存储所特有的弹性扩展功能有助于降低运营成本，避免 资源浪费。目前多种虚拟化存储技术已经应用于SSD存储，以满足更多用户需 求，提升数据中心资源利用率，助力数据中心降本增效。

软硬协同，降低服务器整体功耗：数据中心为用户提供数据存取服务，服务器 收到读写指令后，在CPU控制下对存储设备进行读写操作。SSD的主控芯片可 搭载一定的控制算法，在这些控制算法下，可以实现软硬协同，对SSD的数据 读写通过硬件完成。数据读写过程中的软硬协同不仅避免了因CPU任务调度、 资源占用导致的性能降低，减少读写操作过程的时间损耗，同时也减少了数据 读写时CPU的功耗，降低服务器的整体功耗。

2.构建多层保护机制，全方位保障数据安全

在数字化经济发展的今天，数据访问的大规模性、数据交互的高复杂度、数据应用 的广泛性，为数据带来了合规监管需求、流动共享风险、数据存储风险等多方面的 安全挑战。数据中心产业规模的扩大和集中化发展的趋势让安全再次成为关注的重 点。

数据中心的物理安全：数据中心中不仅拥有大量的服务器，而且有众多的网络 设备和电力系统设备保障数据中心的正常运转。数据中心的物理安全可通过数 据中心的安全位置选择、数据中心建筑物的物理访问控制、数据中心的安全监 控系统、数据中心的设备安全四个维度进行保障。

数据中心的数据安全：除物理安全保障外，数据中心的数据安全至关重要。数 据中心承载着数据的存储、传输、计算、展示及应用等功能。因此需要从不同 维度对数据安全提供保障，包括数据存储安全、传输安全、访问安全、备份安 全、隐私安全等。基于DDoS攻击防护、防火墙、网络入侵检测系统、流量监 控、数据加密等措施可从网络层面保护数据安全；以两地三中心为代表的容灾 方案，可基于数据冗余备份增强数据安全保护。

作为数据的存储载体，SSD凭借其抗碰撞能力强、数据存储安全性高等优势，将从 以下几个方面为数据中心安全提供保障：

依靠物理抗冲击，保障数据中心存储的物理安全：数据中心的安全首先要保障 其物理安全。作为数据中心的存储设备，SSD抗碰撞、抗冲击、抗振动能力 强，能够避免偶发碰撞或冲击对数据读写的影响，保障了存储设备的物理安 全。

基于自我监测，保障数据中心存储物理实体的可靠性：为防止电压下降或电源 故障等突发状况对SSD物理设备和存储数据造成影响，SSD可通过电压监测等 自我保护措施，在故障状态下启动备用电源为物理设备提供保障，避免数据丢 失。此外，SSD依靠改变闪存颗粒内部状态完成数据存储，该特性使其自身寿 命受限于写入次数和写入数据量。SSD可通过自带的主控芯片对自身健康状态 进行监测，智能预测硬盘寿命，为提前更换设备提供参考，进一步提升数据中 心存储物理实体的可靠性。

基于在线修复，保障数据中心业务的连续性：硬盘作为数据中心最重要的存储 设备，一旦出现故障，将直接影响数据中心业务的连续性，数据业务中断会给 企业经营价值和企业声誉带来不利影响，进而将引发一系列社会损失。统计表 明SSD在网故障大部分是由软失效及防火墙固件引起。通过周期性监控盘片状 态发现盘片异常，应用SSD在线故障修复功能，可大幅降低软失效及防火墙问 题带来的业务风险，提升数据中心对业务连续性的保障。

基于数据冗余保护，全方位保护数据安全：在数据读、写、存储和处理过程 中，由于数据错误产生的静默数据破坏将危害数据安全。SSD通过多种形式的 数据冗余保护方案，采用多种校验算法，完成对数据读写从缓存到闪存单元到盘间的全方位保护，比如在SSD的缓存器件（DDR）中，采用奇偶校验码原 理，在数据写入时，为数据块生成纠错码，在数据读取时，硬件自动进行校 验，保护数据免受DDR异常导致的跳变或篡改；数据通过缓存存入闪存介质 时，应用诸如循环冗余校验算法和奇偶校验码对数据进行编码，在数据保存到 闪存单元时，将用户数据与奇偶校验信息共同写入，在读取时通过冗余信息进 行校验和纠错。此外，基于冗余备份和端到端一致性保护，为数据中心在多种 极端场景下的正常运维提供了双重保障。

基于智能巡检算法，保障数据可靠性：由于NAND FLASH存在读干扰、写干 扰、访问地址范围不均匀等问题，导致SSD存储的数据有失真风险。通过智能 检测算法可以提前识别出现的风险并进行处理，有效防止由这些风险带来的数 据丢失，保障数据安全。智能巡检算法中的读巡检，可从后台对全盘数据进行 校验检查，使用不同电压读取数据，观察数据跳变情况，对有失真风险的数据 及时进行迁移，可有效规避数据失真，避免业务读取错误数据。写巡检将检查 数据的保存时间，并迁移超过规定时间的数据，避免由放置时间过长导致的数 据失效。通过智能巡检算法，规避了NAND FLASH读写风险，有效保障了数据 的可靠性。

采用物理隔离，保障多用户虚拟化场景下数据安全：在智能化、数字化趋势 下，数据中心使用虚拟化存储方案提升设备利用率，达到了降本增效的目的。 虚拟化存储带来成本降低的同时也带来了数据安全问题。在云服务场景下的 SSD使用SR-IOV技术，在不同用户的VM间实现数据物理隔离，立即擦除释放的 数据空间，保证用户数据的绝对安全。采用物理隔离技术，配合对虚拟化场景 的存储加密，使多用户虚拟化场景达到与机密计算相似的安全效果，保障了多 用户虚拟化场景下的数据存储安全。

3.基于高效存储访问，实现快速业务响应

在大数据分析、边缘计算等信息业务场景的驱动下，企业对数据实时性的需求持续 增加。实时性数据可以为企业提供动态业务分析基础，可根据实时性数据快速作出 响应。根据IDC预测，全球实时性数据占比将从2021年的20%增加到2025年的25%。

大数据业务的实时性要求为当前数据的实时性存储、访问及管理带来了新的挑战。 比如，在发达的金融和交易市场中，高频交易HFT对低时延的追求达到了极致，这 就要求承载数据存储的介质必须能够支持数据的高效、可靠存取；对实时性、动态 性要求比较高的社交网站，通常需要达到每秒上万次的读写请求，这种实时的高并 发访问和海量数据存取对硬盘的I/O读写性能同样提出了较高的要求。

在云计算场景中，安防监控、车联网、远程医疗、自动驾驶、AR/VR、智能家居、 工业自动化等对实时性有高要求业务的兴起，加剧了云业务数据中心对大规模数据 传输和数据实时处理的需求，促进了“云+边+端”式的数据中心架构发展，以提高 业务的时效性。

以上有实时数据处理要求的应用场景，对相应数据中心的数据存取效率提出了高标 准要求。SSD以其高读写性能特性，助力数据中心在多种场景下实现数据存取的高 效率目标。

更大的带宽和更强劲的读写性能，支持多场景下的高效数据存取：在诸如文件 处理、视频剪辑、音频制作、3D建模、网络数据采集等工作场景下，要求硬盘 能承受高频度的读写需求；人工智能、在线交易、实时数据分析等新型应用场 景，则对数据的读写时延有非常苛刻的要求，需要高性能设备提供低时延、快 响应的存储；游戏、多媒体应用，对启动速度和响应时间有较高要求，需要系 统拥有快速读取众多零碎小文件的能力。NVMe SSD将PCIe接口通过总线与 CPU直连，能够最大程度释放SSD介质的性能潜力，实现更快的吞吐带宽和更 低的数据时延，保障了SSD在顺序读写、随机读写和混合读写方面的较好性能 体验。此外，数据中心级SSD还具备对不同的业务场景进行全方位性能调优的 能力。SSD采用优化架构设计、I/O路径以及硬件资源配置，提升后端闪存颗粒 的并发效率，保障不同应用场景均有良好的盘片性能。性能调优功能的应用， 保障了读密集、写密集和混合场景业务的用户均能收获更高的性能指标，支撑 多场景下的高效数据存取。

云计算场景下，基于虚拟化技术提升储存灵活性：云计算场景下，在云数据中 心中，被虚拟化的数据存储资源可根据用户的需求动态分配。依靠SSD的虚拟 化技术，可实现数据中心中不同虚拟机下的物理存储资源共享，充分发挥SSD 对数据存取高速率、低时延的特性。SSD借助SR-IOV虚拟化技术，实现算力与 I/O同路径，降低数据存取时延，提高数据存取质量；通过虚拟化技术实现多用 户间的数据物理隔离和性能隔离，降低不同VF间的性能干扰，虚拟化算力由各 个SSD控制器承接，在多用户间实现高效率的存力分配，提升了虚拟化场景和 云计算场景下，数据存取的灵活性。

固件升级灵活应对需求升级：固件控制着SSD中数据的读写和传输算法，SSD 根据固件中的算法将待写入的数据合理分配至存储单元。固件的性能在某种程 度上决定了SSD数据的存取效率，固件升级可大幅降低软失效带来的业务风 险，是增强硬件稳定性、修补漏洞的重要手段。在不更改硬件的情况下，通过 升级固件可以提升SSD的数据存取性能，应对企业对数据存取需求的升级。对 于云计算、大数据、移动互联网等数据吞吐量大、业务连续性要求高的业务场 景，升级固件应在不影响企业业务前提下开展。目前部分数据中心级SSD，可 以通过在线指令，快速无感知地实现固件升级，满足企业需求升级的要求。

4.降低设备与运行成本，助力存储与计算业务增效

存储技术与应用的高质量发展的目标落足于使用效益的提高。采用SSD构建存储基 础架构，可以提供高性能、高弹性、适用云的增强能力，满足I/O密集型业务以及 I/O与算力混合密集型业务的需求，是存储架构发展的大势所趋。随着SSD技术的不 断成熟，基于SSD的存储架构升级与变革，将为企业用户带来显著的降本增效效 果，主要体现在以下几个方面。

SSD与HDD的价格差距持续缩小，有望持续优化SSD设备成本：存储设备成本 是用户关注的重要问题之一。SSD刚问世时，单位存储容量的价格远高于机械 硬盘；同时，受限于技术，早期SSD的存储容量较小，难于支持大规模存储系 统。随着SSD技术不断发展与完善、生产规模逐渐扩大，企业级SSD的成本一 路向下，为其规模化以及扩大化使用提供利好条件。

基于低能耗、低制冷、低噪音，实现设备运行成本的优化：如前所述，SSD与 机械硬盘相比可显著降低能耗。因此，对于具备超大规模存储设备的数据中心 来说，采用基于SSD介质的存储系统可以显著降低能耗；能耗的降低也将缓解 设备运行的发热程度，有效减少因制冷产生的能源消耗。同时，SSD的低噪音 特性有利于用户减少隔音设施投入，进一步改善运营成本构成比例。

提高工作效率，阶跃式提升存储性能：SSD存储具有读写速度快、延迟小、启 动快等特点，大幅提高了在线处理能力与速度，更加适用于基于云计算的未来 信息体系。另一方面，由于SSD寻址原理不依赖于数据存储位置，分块、分散 存储不会影响读取时间。所以，基于SSD的存储系统将不受制于物理资源尽可 能连续分配的桎梏，可以充分利用SSD存储系统中残留的存储碎片资源，提高 资源利用率。此外，基于高速I/O能力，SSD往往可以配置为服务与计算单元的 二级缓存，支持计算的快速读写。

SSD在云计算与虚拟化方面的天然优势：SSD在存储能力上的高稳定、低故 障、快读写、低能耗、碎片可用等优势，决定了SSD天然可以更有效地适配于 云计算架构中的虚拟化功能。在数据中心服务于大量用户时，基于SSD可以快 速配置容器存储，有效隔离用户之间的影响，同时增加系统的弹性。在虚拟化 过程中常常引入频繁的数据迁移时，SSD的高速读写能力大幅缩短了相关的处 理时延。总而言之，高速读写能力是助力云计算稳定、高速发展的底层基础能 力，SSD技术的成熟与发展将为企业提供更可靠、更高效、更弹性的IT基础设 施支持。