近日与朋友讨论云和数据中心的发展，及其带来的产业和投资机会，整理了一些思路，分享如下：
全球社会数据爆炸，随时间成指数式增长。移动互联网是主要驱动，视频、社交、电商等业务是主要内容。
存储方面，20年前机械硬盘（HDD）是绝对的老大，其传输速度以MB/s计算，因此低速IDE/SCSI接口完全可以满足要求。机械硬盘单盘容量的增加，转速的提高(7200RPM->10000RPM->15000RPM)，保障了存储容量和性能跟上数据增加的发展。系统层面，集中式存储服务器（SAN）是保障性能的主要形式。但机械硬盘的转速到15000RPM就到头了，性能也遇到了瓶颈。随着半导体存储器件（NAND）的实用化，固态硬盘SSD逐渐走入了数据中心。摩尔定律决定了SSD可以继续以指数形式让存储容量增长。同时，半导体器件的传输速度是以GB/s计算的，也保障了性能的持续提升。在过去的一两年里，企业级SSD的销售额已经超越了HDD。存储系统从机械向半导体的转变也在不断催生新的技术和产品。传输速率的提高要求硬盘接口升级，从IDE/SCSI->SATA->PCIe(NVMe)2,3,4。NAND技术存储密度的提高(SLC->MLC->TLC->QLC)带来的是存取寿命的下降，因此SSD控制器和算法也需要不断升级，以保障企业级应用所需的系统寿命和可靠性。数据中心希望资源池化，以方便管理、扩容和降低成本，因此分布式存储系统正在逐步取代集中式存储成为主流。
云和数据中心的三个核心功能是：数据的计算（处理）、存储和传输（网络）。三个核心功能是通过由硬到软一层层垂直的系统实现的。从最底层的芯片（处理器、存储器和网络控制器）到最上层的软件，中间有服务器系统、操作系统、中间件等等。最底层的芯片（或者硬件）提供了原始的算力，也是整个系统容量的上限；上层的软件和系统则决定了底层硬件的使用效率以及与当前应用的匹配程度。
数据量的指数增长，要求这三项核心功能的容量（简单而言就是计算能力，存储容量，传输速度）也要成指数增长，否则就会降低用户体验。因此，也趋动着底层硬件与上层软件与系统的技术进步。
在技术方面三大核心功能过去20年的变化简单总结如下：
计算能力方面，20年前Intel x86 CPU基本一统了处理器的江湖。IDM模式的Intel靠在半导体制程方面的领先，保证了CPU计算能力能够随时间以指数形式增长（摩尔定律）。但这一增长模式在5,6年前随着其10纳米工艺延期被打破了。x86指令架构这一专注于绝对高性能的技术体系自身的演进也越来越跟不上数据中心多任务类型的需要。随之而来的是新的竞争对手和技术的出现。其一是AMD和TSMC的组合，这一组合延续了制程驱动的算力增长。其二是异构计算的出现，在并行度高的计算领域（比如人工智能），GPU、TPU、DSA、CGRA等能够高效率进行指令级并行运算的新架构的芯片体系开始在数据中心小试身手，并成为推高算力的重要因素。其三是ARM/RISCV这类新的、高能效比架构的出现，为CPU自身的发展适应小算力、多实例、高I/O吞吐量的数据中心应用（如电商交易、存储等）提供了比x86更好TCO的解决方案。
存储方面，20年前机械硬盘（HDD）是绝对的老大，其传输速度以MB/s计算，因此低速IDE/SCSI接口完全可以满足要求。机械硬盘单盘容量的增加，转速的提高(7200RPM->10000RPM->15000RPM)，保障了存储容量和性能跟上数据增加的发展。系统层面，集中式存储服务器（SAN）是保障性能的主要形式。但机械硬盘的转速到15000RPM就到头了，性能也遇到了瓶颈。随着半导体存储器件（NAND）的实用化，固态硬盘SSD逐渐走入了数据中心。摩尔定律决定了SSD可以继续以指数形式让存储容量增长。同时，半导体器件的传输速度是以GB/s计算的，也保障了性能的持续提升。在过去的一两年里，企业级SSD的销售额已经超越了HDD。存储系统从机械向半导体的转变也在不断催生新的技术和产品。传输速率的提高要求硬盘接口升级，从IDE/SCSI->SATA->PCIe(NVMe)2,3,4。NAND技术存储密度的提高(SLC->MLC->TLC->QLC)带来的是存取寿命的下降，因此SSD控制器和算法也需要不断升级，以保障企业级应用所需的系统寿命和可靠性。数据中心希望资源池化，以方便管理、扩容和降低成本，因此分布式存储系统正在逐步取代集中式存储成为主流。
存储方面
，20年前机械硬盘（HDD）是绝对的老大，其传输速度以MB/s计算，因此低速IDE/SCSI接口完全可以满足要求。机械硬盘单盘容量的增加，转速的提高(7200RPM->10000RPM->15000RPM)，保障了存储容量和性能跟上数据增加的发展。系统层面，集中式存储服务器（SAN）是保障性能的主要形式。但机械硬盘的转速到15000RPM就到头了，性能也遇到了瓶颈。随着半导体存储器件（NAND）的实用化，固态硬盘SSD逐渐走入了数据中心。摩尔定律决定了SSD可以继续以指数形式让存储容量增长。同时，半导体器件的传输速度是以GB/s计算的，也保障了性能的持续提升。在过去的一两年里，企业级SSD的销售额已经超越了HDD。存储系统从机械向半导体的转变也在不断催生新的技术和产品。传输速率的提高要求硬盘接口升级，从IDE/SCSI->SATA->PCIe(NVMe)2,3,4。NAND技术存储密度的提高(SLC->MLC->TLC->QLC)带来的是存取寿命的下降，因此SSD控制器和算法也需要不断升级，以保障企业级应用所需的系统寿命和可靠性。数据中心希望资源池化，以方便管理、扩容和降低成本，因此分布式存储系统正在逐步取代集中式存储成为主流。
网络方面，网络传输速度在过去20年里不断提升，10M->100M->1G->10G->25G/100G/200G/400G。这一超过1万倍的速度提升，推动了器件从电到光的转变，网络接口及交换芯片也通过制程（180nm->7nm）和设计进步紧跟需求。这里面有一个有意思的事情。在10M/100M时代（10Mbits/s, 100Mbits/s），网络传输速率远低于CPU的处理速率（Gbits/s）,CPU在处理网络业务时无压力，网络协议的处理可以由CPU解决。因此，20年前的网卡主要是物理层的PHY。到了1G/10G时代，传输速度已经跟CPU接近了，因此网卡控制器需要接管大部分的底层协议处理，卸载CPU的工作，网卡从传统向“智能”转化。再到25G/100G，CPU铁定搞不掂全部的处理了，网卡要承担更多更高层次的数据处理，变成“智能网卡”,SmartNIC。再往后，网卡的处理能力已经跟CPU接近了，专职高并发度的数据处理，进化成“网络数据处理器”DPU。
简单回顾了三大功能过去20年的演化，总结和推想一下过去和未来。不系统，就是随想。整体上看，指数级的需求增长拉动供给侧的技术升级。传统巨头的垄断地位在过去10年间正在逐渐被打破。颠覆性的技术变革(revolutionary innovation,not evolutionary)在计算、存储和网络领域正在诞生。未来10年是技术和市场变革的十年，远比20年前或者过去的10年更加有趣和激动人心。
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2021.12.24
