中国计算机报83期封面
诞育了全球第一款磁盘存储系统的IBM召开庆典回顾50年历程

发生在全球第一款磁盘存储系统IBM RAMAC 305(以下简称RAMAC)与一块笔记本电脑硬盘(以下简称硬盘)间的奇妙邂逅，引出了下面一段有趣的对话。

硬盘：嘿！你看上去有些笨重。

RAMAC：是的，我有两个冰箱那么大，重约1吨。

硬盘：看我小巧玲珑，可以装进口袋随身携带。那你的容量一定很大了？

RAMAC：只有5MB，但可以存放一幅中等分辨率的达·芬奇的名画《蒙娜丽莎的微笑》。

硬盘：别看我外表不起眼，容量却有40GB呢。你多大岁数了？

RAMAC：50了。

硬盘沉默了……

对计算机产业来说，硬盘的出现可以和微处理器的发明相提并论。没有存储的有力支撑，计算机就不可能具有今天这样强大的计算能力，胜任如此多的应用。磁盘存储技术50年的创新史几乎就是整个存储业发展的缩影，而这种创新的能量必将铸就下一个50年的辉煌。

胜利属于“造反派”

1956年9月13日，当纽约市的市民们怀着无比兴奋的心情，期待着著名歌手“猫王”Elvis Presley在纽约百老汇的一次精彩表演时，在美国大陆的另一端，位于加利福尼亚州San Jose的IBM实验室中，全球第一个硬盘驱动器诞生了。这是一项伟大的发明，它为其后50年存储乃至整个计算机技术和产业的发展奠定了基础，也推动了人类社会的进步。

20世纪50年代中期，虽然之前人们已经使用打孔卡和磁带进行数据的存储，但是要想在上述存储介质上查找某个数据却非常困难，往往需要数小时的时间，就是因为这些存储产品采用的是顺序存取技术。而那些被昵称为“造反派”、“牛仔”的IBM实验室的技术人员一个十分单纯的想法就是，找到一种随机存取的方法，加快数据的存取速度。Al Hoagland是当时18个参与此项产品研发的人之一，他当时还是加州大学伯克利分校的研究生。他回忆说：“当时的气氛真有点像火箭发射，在达到最后目的地之前，谁也不知道能否成功，新的产品又会是什么样。4年之后，我们宣布开发出了一种将对全球计算领域产生重大影响的产品，那就是统计控制随机存取法(Random Access Method for Accounting Control，RAMAC)。”

IBM推出的第一款商用磁盘存储系统RAMAC 305，有两个冰箱那么宽，内部安装了50个直径两英尺的磁盘，重量约1吨，当时可以存储“惊人”的500万个字符(5MB)。当然，这样的存储容量和今天相比是小巫见大巫，IBM于2006年8月推出的IBM System Storage DS8000 Turbo的最高存储容量已经达到了320TB，在存储古根海姆博物馆、卢浮宫和大都会艺术馆所有的收藏后还有富余。当时，搬运RAMAC 305也成了街上一道独特的风景，需要几个工人，借助搭在卡车上的踏板，才能顺利地把RAMAC 305这个庞然大物运上车。据曾经参与研发的Jim Porter回忆：“第一台RAMAC驱动器被安装在当时全球第二大纸业公司Crown Zellerbach设在旧金山的办事处。安装RAMAC的计算机机房占据了市场街地下室的3层空间。在设备运行过程中，磁盘系统的磁头部件会不断地被拆下和装上，通过设备前部安装的一个玻璃罩，可以看到设备里面部件工作的过程。”

RAMAC 305凝聚了许多值得称道的创新之处。Al Hoagland谈道：“研究小组勇于尝试多种方法，比如开发一个使用铁氧金属颗粒涂层的磁系统，使用的涂料与金门大桥使用的涂层类似。研究小组利用旋转磁盘的离心力令涂层均匀分布，并使用女士们穿的长筒袜进行过滤，以去除其中较大的颗粒。”

“RAMAC 305最初的原型是一台继电器，甚至连真空管计算机都算上。我们最终制造了12台这样的机器，并在此基础上设计了包括一个磁盘驱动器的生产系统。”参与产品设计的Al Shugart介绍说，“RAMAC不仅仅是一个磁盘驱动器，更是一个完善的系统。此前还从未有人制造过磁盘驱动器。”

RAMAC的诞生是一件具有里程碑意义的事件，不仅体现在它带来了更大的存储容量，以及更快的随机存取特性，更在于由此引发的整个行业的变革。比如，在旋转式磁盘存储技术推出前，应用程序的开发是一项真正的“系统工程”，需要一支数百人的开发团队，而RAMAC的出现大大简化了整个应用程序的开发过程，并且可以实时加以修改和测试。RAMAC之后，随着一系列新技术不断涌现，更大容量、更高性能、更具商业价值的存储产品让用户的应用获得了更有力的支持。技术的发展提升了应用的水平，反过来，应用的发展也带动了存储技术向前迈进。

当我们用今天的眼光再去审视RAMAC时，它与现代的硬盘驱动器之间已经找不出太多的共同点，但正是它开创了一个时代，催生了一个行业。当时，RAMAC的身价不菲，每GB的成本约为1万美元，相当于今天的7万美元，而现在用于桌面设备的硬盘驱动器每GB的价格仅为0.03美分。正因为这样高昂的价格，以及使用上的不方便等原因，造成了RAMAC只能用于特殊的行业。但也正是由此开始，其后50年中磁盘技术一直沿着减小尺寸、降低成本、提高容量和性能的思路在发展。到今天，我们已经可以看到2.5英寸的盘片，其存储容量是RAMAC的1.5万倍。

服务器将成为存储的外设

今年不仅是磁盘存储技术发明50周年，也是中国计算机事业创建50周年，同时还是中国科学院计算技术研究所成立50周年。在这样一个具有特殊纪念意义的年份里，我们也许应该静下心来认真思考：50年的发展究竟带给了我们什么？又留下了什么？

一位金融行业的用户告诉记者，做信息化这些年，建了那么多应用系统，软硬件设备升级换代了多次，最终实实在在留下来的就是数据。今天，数据已经成了商业企业运营的命脉，业务数据的丢失或损坏，不仅会带来直接的经济损失，而且会使企业的信誉和名誉受损，甚至有倒闭的风险。这种例子在我们身边比比皆是。比如，电信公司如果丢失了计费数据，就无法收回话费，而在“9·11”事件中能马上恢复业务的公司，都是对数据采取了有效保护措施的用户。正是数据爆炸式的增长对数据的存储、管理、访问等提出了更高的要求，也促进了磁盘存储技术不断推陈出新。

“对于计算机产业来说，硬盘的出现可以和微处理器的发明相提并论。如果没有存储的有力支撑，我们的计算机就不可能具有今天这样强大的计算能力，能够胜任如此多的应用。因此，计算机的发展离不开存储技术的发展。”中国工程院院士倪光南表示，“在过去这些年中，硬盘容量几乎每隔两年左右就翻一番，这是不断创新的结果。曾经有许多人认为，硬盘发展到某个时期就不可能再有突破了，但事实证明这些所谓的壁垒最后都被冲破了，硬盘技术始终保持着快速的发展。这也给了我们一个启示，就是在信息领域，没有哪一项技术已经走到尽头，不能再前进了，只要敢于创新，相信一定会有新的增长空间。”

我们现在面临一个非常好的契机。经过50年的发展，无论是计算机技术还是存储技术都变得越来越成熟，也得到了整个社会的认可。磁盘容量从50年前的5MB到现在的几百GB，甚至很快会出现1TB的磁盘，这是整个存储技术飞速发展的一个缩影，同时也为今天的计算机应用模式奠定了必要的基础，可以更有效地支持信息的融合、检索等。很多人都有通过QQ聊天的经历，可你知道吗，整个Tencent公司的数据存储量已经达到了2PB(1PB=1000TB)。如果把所有使用QQ的用户的个人喜好、习惯等个性化数据都存储起来，那将是个天文数字。而磁盘存储技术的发展将带给我们这种能力，可以轻松应对海量数据的存储、管理以及访问等。

翻开IBM系统存储50年的创新史，你可以清楚地看到，几乎每隔几年就会有一种突破性的技术或产品诞生，比如1971年IBM发布了业界首款软性磁盘，1973年IBM发明了Winchester(温式)硬盘等。不过，20世纪90年代似乎是一道分水岭，从那时起，存储技术的更新频率显然更快，几乎每年都有让人耳目一新的产品出现。“现在市场上的一些知名的专业存储厂商，当初都是通过OEM的方式做销售。存储在很多人的眼中只是服务器的一部分。从20世纪90年代后期开始，存储开始逐渐摆脱服务器附庸的地位。”中科院国家高性能计算机工程技术研究中心主任许鲁讲述着他的个人经历，“1998年前后，我曾经在一家知名IT公司的实验室做研究工作，当时研究的方向主要是操作系统中的内存管理。随着工作的逐步深入，开始慢慢接触I/O管理，最后逐渐渗透到存储系统的研发中，但当时我最熟悉和感兴趣的还是内存管理。我接触存储具有很大的偶然性，而且只是在技术层面上开始关注存储。后来，有机会参加了一个在加州某海湾举行的存储技术研讨会，包括IBM等在内的许多IT厂商都在会上谈到了I/O管理是核心，存储是应用中的关键问题。尤其是听到未来3-5年，服务器将成为存储的外设这一大胆的预言，对我来说确实是一次强烈的震憾。而以前，无论是教科书还是应用实践，我们看到的、听到的都是计算机是核心、CPU设计是中心这样的论断。也就是从那时起，我从仅仅关注存储技术本身，逐渐开始关注存储整体的发展趋势，以及存储对整个应用的价值。我深切感受到，存储将是一个拥有巨大潜力的朝阳产业。”

从20世纪90年代开始，服务器与存储分离的趋势逐渐显现。到2000年，这种趋势已经十分明朗，存储作为独立的产业走上了前台。据预测，2006年全球外部存储系统中，70%以上是网络存储形式 (主要是NAS和SAN)。到2009年，据乐观估计，网络存储的比例将达到90%。网络、磁盘等技术的综合发展加速了网络存储时代的到来。随着SATA、SAS等低成本、高性能技术的出现，以及500GB甚至1TB容量的超大硬盘的推出，还有存储介质的改变等，将进一步促进磁盘存储技术的发展。存储在物理上与服务器分开，可以进行独立的管理、使用，其效率也得以大幅度提高。

已经在IBM工作了25年的IBM系统与科技事业部大中华区总工程师陈国豪表示：“以前，存储的重要性似乎没有那么高。我们在与客户交流的过程中，存储也是可谈可不谈的。但是现在不同了，IBM对存储业务投入了很大的精力。以前的感觉是，存储是唱配角的，而服务器是唱主角，现在看来两者是齐头并进。”IBM系统存储部大中华区总经理侯淼也深有感触地说：“以前，用户习惯把存储设备称为附件或外设，现在客户用于购买存储和服务器的费用已经旗鼓相当了。在采购中，存储已经具有很强的独立性。”

磁盘存储会遇到瓶颈吗？

1952年，同样是IBM第一个发布了磁带存储技术。50多年过去了，磁带的发展遇到了瓶颈。虽然在“磁带将死”、“磁带将永远退出市场”的悲观论调中，磁带到今天仍然顽强地生存着，但是不可否认，磁带存储受到了磁盘存储强有力的挑战。采用更低成本的磁盘作介质的虚拟磁带库正在抢占原来磁带库占优的数据备份市场，磁带产品的势力范围似乎在慢慢缩小。磁带只能顺序读写，访问速度慢；磁带库是机械设备，不能避免机械故障可能带来的备份业务的失败；磁带备份需要更多的人工参与，难以避免人为失误等都成了人们质疑的焦点。从目前情况看，磁盘存储正蒸蒸日上，但是每项技术都有其生命周期，未来磁盘存储技术是否也会遇到像今天磁带类似的瓶颈呢？

“任何一项技术都有其生命周期，会经历启动、发展、高潮和衰落这一过程。现在，磁盘存储技术发展很快，但是像已经出现的快闪闪存、全息存储等技术，都有可能是影响未来的重要技术趋势。现在看来是磁盘的优势，将来也有可能变成劣势。但是到目前为止，还没有任何证据表明磁盘存储技术已经走到了尽头。”许鲁分析说，“从另一个角度看，人类的需求是无止境的，一定会有更新的技术出现，以满足用户的应用需求。”

一家存储交换机厂商的相关人员曾表示：“以后，不管出现什么样的网络技术，我们都叫它以太网；不管出现什么样的新技术，我们都会把它融入到以太网中。”磁盘存储技术的发展是不是也可以套用这句话，以后无论出现什么样的新技术，都想方设法把它放到磁盘中去？

IBM系统与科技事业部大中华区总工程师陈国豪对磁带未来的发展充满了期待。他分析说：“以前，磁盘容量的增长几乎都是每年翻番，但是未来5年，其年均增长率可能只有30%~40%。但是，由于压缩技术的普遍应用，磁带容量的提升还有潜力；而磁带加密技术的采用，使得磁带上数据的安全性有了更可靠的保障；再者，磁带的成本仍然是最低的，只有磁盘设备的10%-20%，对于数据的长期归档来说是必不可少的。以上种种表明，相对于磁盘来说，磁带具有性价比的优势，所以未来几年仍大有可为。”

对于今天的用户来说，他们迫切需要解决的问题是：如何更有效地实现资源共享，提高磁盘的利用率，保持业务的连续性，以及保证数据的安全。这些需求也直接导致了存储虚拟化、存储管理以及存储加密等技术的兴起。

中国追赶世界

设在华中科技大学的外存储系统国家专业实验室对计算机外存储技术的研究始于1974年。当年，在张江陵、裴先登教授等创始人的带领下，该实验室承担了计算机外存储技术与系统方面大量的国家级和省部级研究项目，比如从“六五”到“九五”的各项国家攻关项目(磁盘记录技术、磁盘驱动器、磁盘阵列、光盘技术等)。通过这些研究项目的研究和攻关，取得了一大批具有国际先进水平的成果。

但是从目前情况看，国内虽然有越来越多的厂商开始涉足存储业务，但大多还只限于卖产品和方案，欠缺自主研发的实力。另一方面，我们自己研发的产品，在商品化乃至技术本身与国外产品相比，还有一定差距。当市场开放后，国外产品蜂拥而至，对我们自己研发的存储产品就造成了很大的冲击。

20世纪90年代后期，国内个别行业的用户已经在使用磁带库或是构建了SAN。但从整体来看，许多人对存储还处于一知半解。“现在回想起来，我们在2001年就开始做存储研究还是有点早。”许鲁回忆说，“当时许多人根本搞不清什么是NAS，就更不要说SAN了。我们往往要做大量的解释和教育工作。还记得我们承担的第一个国家级研究项目，其实是一个新型网络服务器的项目，但后来我们把它转化成了一个以存储为核心的服务器系统。通过这样一个项目，我们希望能把存储与服务器的关系表述清楚。当时花费了很多心血写报告，论证存储的重要性。”

目前，许鲁领导的中科院国家高性能计算机工程技术研究中心有100多人在从事存储的研究，其中大部分专注在软件方面，但是也有十六七个人一直专注于存储硬件的研发，包括存储设备专用的主板、与存储虚拟化相关的硬件以及RAID方面的硬件。许鲁表示：“工程中心的任务不是要做出一个硬件或软件，而是要做系统。在整体目标明确的前提下，再把任务分割成硬件和软件，这是一个逐渐演进的过程，不可能一步到位。其中，硬件是最底层的核心技术。”

如今，越来越多的人已经意识到了存储技术的重要性，更重要的是认识到了存储对于计算机应用，甚至对于整个人类社会的重要影响。从政府部门来看，“十五”计划中只针对服务器设立了专项，而“十一五”计划中则准备针对存储设立专项。这是一个认识上的极大转变。

数据放进银行

再过50年，磁盘系统会是什么样子？体积更小？容量更大？更智能化？

以前，我们依赖的是计算机，关注的是CPU的性能。随着信息量的增加，我们发现，真正可以依靠的将是存储。除了容量、性能、网络化、智能化、成本等问题需要考虑，数据是否安全也是必须考虑的问题。存储不是一个孤立的系统，而是一个模块，要充分发挥其在整个信息系统中的价值。

有业内人士指出：“2002年到2010年间，一个了解技术的家庭可以轻而易举地积累5TB的数据，其中一半是个人内容，另一半是商业内容。看看你的电脑、你手机上的摄像头就会明白。随着消费者成为内容的创建者，对存储的需求将会迅速增长。”现实生活中，我们可以把现金、贵重物品等存放到银行，未来会不会出现数字银行，我们可以把所有的核心数据都存放到里面？这些应用的实现都将依赖于计算、网络、存储以及磁盘等的发展。

1956年，IBM推出全球第一款磁盘存储系统RAMAC 305。在不到1秒的时间内，RAMAC 305的随机读写臂就能从50个旋转磁盘中的任何一个上获得数据。自此之后，磁盘技术便成为业界用于在线交易处理的基本存储介质。

1971年,IBM发布业界首款软性磁盘，又称为软盘。这种软磁盘极大地方便了数据的处理，在小型系统中作为基本存储介质得到广泛应用。

1973年，IBM发明了Winchester?穴温氏?雪硬盘，这是一种可移动头固定盘片的磁盘存储器，其特点是工作时磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触，这便是现代硬盘的原型。

1980年，IBM提出“薄膜”磁头技术，使得IBM 3380直连存储设备 (DASD)的数据读写速度达到每秒300万字符，这是当时第一种达到如此高速的商用设备。

1998年，全球最小的磁盘驱动器IBM微驱动器(Microdrive)诞生，目前微驱动器已经广泛运用在数字相机、数字音乐播放器(例如iPod)甚至手机上。

1999年，IBM推出产品代码为“鲨鱼(Shark)”的新一代企业磁盘存储系统，即IBM企业存储服务器。“鲨鱼”拥有强大的升级能力 (从420GB 扩充到11TB)，为用户提供更快的数据存取速度。

2000年12月1日，美国总统克林顿授予IBM公司美国国家技术奖，表彰其40年来在磁盘驱动技术和信息存储产品方面的创新成就。

2001年，IBM成为首家向主机用户提供用于高端磁盘系统连接的光纤通道连接技术(FICON)的存储厂商。FICON的峰值数据传输速度比常用的ESCON技术高出6倍。

2003年，IBM推出业界首款虚拟存储产品组合，包括IBM TotalStorage SAN 卷控制器和IBM TotalStorage SAN文件系统。SAN文件系统允许用户在不同的运行环境中轻松共享数以百万计的数据文件，在业界当属首创。该软件同时拥有强大的自主管理能力，帮助用户对数据信息进行有效管理。

2004年，全新的System Storage DS6000、DS8000存储服务器应用业界先进的POWER微处理器技术，通过虚拟化功能实现跨服务器平台和应用的系统资源共享，极大提高了存储资源的利用率。

2005年，IBM发布业界第一个利用 4Gb光纤通道接口技术的中档磁盘产品IBM System Storage DS4800，成为当时市场上速度最快的中档磁盘存储系统之一。