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这是一本讲存储技术演进和发展的技术书籍。围绕国内代表性存储企业近20年发明的核心技术来进行剖析和讲解。全书从2003年具有世界影响力的三篇关于分布式计算和存储的论文发布为起点，描述了至关重要的存储系统在PC互联网、移动互联网、大数据和人工智能等多个时代背景下的原理与实践。其中讲解最深入的是分布式存储，因为该技术是中国为数不同和国际同时起步、同频发展，而且有竞争力，甚至在某些领域技术实力高于国际企业的领域。研究和推广相关技术，对介绍、研究中国IT行业原创技术的发展规律，让自己快速成长为存储行业的高级从业人员非常有帮助。

序 章 风流云转的存储圣地 / 01 
第一章 存储趣味小史 / 07 
? 我们的文明古国也是存储强国 / 08 
? 我们生活在一个存储的世界里 / 13 
? 人，世界上最了不起的存储器 / 15 
? 有趣的介质 / 19 
第二章 超级计算、2003 年、分布式存储三连问 / 25 
? 为什么是超级计算 / 26 
? 为什么是 2003 年 / 30 
? 为什么是分布式存储 / 36 
第三章 中国企业级存储早期技术发展之路 / 51 
? 只搞自研 / 52 
? 生逢其时 / 57 
? 弄潮儿 / 61 
? ParaStor 的进击 / 65
第四章 早中期的企业级存储市场 / 71 
? 每条路都有合理之处 / 72 
? 一个目标 / 77 
? 告捷与困惑 / 87 
第五章 三国时代 / 90 
? 云计算带来的第一波存储红利 / 91 
? 未成气候 / 95 
第六章 反馈式创新，中国存储继续长征 / 101 
? 在解决方案中心的日子 / 102 
? 差异化竞争力的来源 / 105 
? VVIP 和蓄须明志 / 109 
? 在千行百业里生根发芽 / 114 
第七章 AI 时代 / 124 
? AI 爆发的新基础设施 / 125 
? AI 选择了 SSD，而不是 SSD 选择了 AI / 133 
第八章 超级装置 / 143 
? 至高境界 / 144 
? 中国全闪存阵列首次冲击世界第一 / 158 
第九章 存力时代 / 170 
? 激昂与忧思 / 171 
? 通向未来的道路 / 184

代序：和李国杰院士的一次对谈 
回看过往，会发现今天中国存储产业的发展成就，特别是自研的企业级存储技术的发展成就，和两个特定的历史条件有一定的关系。 
第一个历史条件，就是 20 世纪 90 年代开始的一轮中国对高性能计算的冲击。它发端于 1993 年的曙光一号——中国高性能计算一个新征程的开始。 
客观地讲，当时的我们，没有单独把存储子系统拎出来给予什么“特别待遇”。但是，超级计算机的一个特点就是，各个子系统都要达到很高的标准。比如存储系统，除了有容 
量大、延迟低等性能方面的要求，还有可靠性的要求。这和当时的超级计算主要用于国计民生的重要领域有一定的关系，因为相关数据很珍贵，不容有失。行业教训历历在目。所以，虽然我们没有给存储“开小灶”，但它本身就面对着很高的要求。 
第二个历史条件，可以理解为一种要求使然，也可以认为是一种文化使然。那就是我们在发展高性能计算的过程中， 不断吸收和引进国内外先进技术。我们的自我要求之一，就 是一定要把所有的软硬件技术都弄得明明白白，一定要深入 技术底层，把最基础的东西、最核心的东西统统搞清楚。 这样才能在有问题的时候解决问题，在没有问题的时候 发展自己。这客观上也倒逼我们把存储这件事吃透了，为后 来遇到合适的机会能迅速成长打好了基础——机会总是留给 有准备的人。 
其实，没有具体的人给我们提这样的要求，只是有领导 在发现我们这样做事的时候，给了一句评语——你们（指曙 光人）在背负着一个沉重的十字架前行，就是要有为产业创 造价值、为国家提升竞争力的责任感。 
说实话，这个东西背起来很累的，但的确一代代地被传 承下来了，从科研院所到企业，一直没有降低这方面的要求。 当然，把研究做深、把底层逻辑搞清楚，对企业来说有 一个好处，那就是任何时候都能抓住风口，因为底层的能力在。 就像武侠小说里的情节一样——练好了内功，再学各种各样 的招式都特别快。  
曙光人对存储的研发，至少有三代人的努力。第一代是 我的学生孙凝晖院士；第二代是我的另一位学生熊劲博士， 她主持开发了曙光系列超级计算机的机群文件系统 DCFS、 DCFS2、LionFS、DCFS3 和 HVFS；第三代则是孙凝晖的学 生苗艳超博士。最终是苗艳超在 2009 年带着这三代人 15 年 的守望、传承加盟了中科曙光，中科曙光的存储事业也开始 按照市场和技术两条腿走路的原则，不断发展壮大。 
苗艳超刚到中科曙光时，只有几个人跟他一起做分布式 存储的产品化研制。中科曙光技术研发的管理机制不同于计 算所，完全按照市场化的要求激励技术开发人员。如果新产 品不能在市场上卖出去，他们就一分钱的奖金都拿不到，只 能领基本工资。在市场的倒逼下，苗艳超团队埋头苦干了两 三年，终于将在计算所“培育”了十多年的分布式网络存储 技术，变成中科曙光的拳头产品 ParaStor，中科曙光的存储 团队也逐步发展到近千人。这段故事告诉人们：技术的守望、 传承和市场机制带来的优胜劣汰，是中国存储事业发展的两 块基石。 
今天，我们进入一个数据爆炸时代。特别是第三次 AI 浪 潮兴起后，具有高度并行性的神经网络成为热点，使人们对 高性能计算、高性能存储的性能提出了新的要求。在一篇写 超级计算和智算融合的文章里，我谈到存算一体化技术。客 观地说，这是我的一种期待，它已经有一些落地的产品，但 它还没有完全变成现实，更不能说成为主流。 
存算一体在某种程度上是矛盾的，而事实上，这个矛盾， 在有了电子计算机以后就存在了。大容量和低延迟，就是矛 盾的两面——延迟低的存储器一定贵，比如缓存，其容量相 对就做不到很大；容量很高的存储器，就相对不会很快。 在这个根本矛盾解决之前，人们只有用一些权宜之计， 比如对数据存储按冷热分层，配上不同 I/O 性能的介质。但 这些做法带来一个更大的问题，就是在现今的大数据时代， 我们发现其实计算机很多时候干的并不是计算的活，而是把 存储的数据从这一层搬到另一层，从这一处搬到另一处。“计 算机”变成了“数据搬运机”，计算机芯片的进步只是提升 了搬运速度，但没有新的架构级创新，这是很无奈的。 存算一体概念的提出，本质上也就是为了解决这个问题。 它参考了人的大脑的一些工作原理，比如人们认为，人脑的 神经元似乎是在把计算和存储放在一起解决的。当然，我们 对大脑的认知还很浅，这种看法严格说可能只是一种假说。 但这并不妨碍它带给科学家们灵感。现在，阻变式存储器和 3D 堆叠，都是在试图走通存算一体的路。它们尚不完美，但 我认为这个方向是值得探索的。 
另外我想谈的是，虽然半导体的存储还有广阔的进步空 间，现在甚至还有大量的机械硬盘在使用，但半导体存储的 上限差不多已经可以在望远镜里看见。它的商业寿命可能还 有几十年，但它的天花板没有那么高了。我觉得这时候是应 VI代序 该认真对待 DNA 存储这样的下一代技术了。 
不久前，我的一位学生给我展示了一幅奇景，他将一个 玻璃试管连接到一台喷墨打印机上，居然打印出来了唐诗 宋词等各种文字。在这个不起眼的玻璃试管里装着的，就是 DNA 存储的介质。也就是说，已经有人真的实现了用 DNA 来存储信息，尽管其成本较高，距离产品化也比较远，但 DNA 实现存储功能的可能性已经得到证实。 
这个方向上的现阶段成果虽然离成熟还很遥远，但它的 天花板你看不见。根据推算，1g 的 DNA 可以储存数百 PB 的数据，1kg 的 DNA 可以打包人类的所有文明。这类前沿领 域，包括量子计算和量子存储，我们一定要及时跟随和掌握。 现在的条件已经好很多了，对一些先进的技术我们可以直接 从源头做起，将其当作创新的策源地。 
在发现创新策源地的过程中，我们还是要把掌握底层核 心技术当作第一性原则。存储行业和 AI 在这一点上有些相似， 它的核心技术栈并不太多，也就十来家公司掌握。但它的外 延极广阔，可以说千行百业都要用到。在这种情况下，我们 有独立自主的底层技术就会始终处于主动的状态，无论选择 引进还是自研，都可以收放自如。 
现在中国发展存储产业，或者说存力建设，已经拥有 20 年前不具备的很多条件。首先，我们基本完全掌握了分布式、 集中式存储的底层技术，在产业规模上实现了自主可控，可 VII第四支柱 中国存力崛起录 以持续投入研发；其次，在和存力密切相关的一些抓手上， 比如 AI、大数据技术，现在中国都是全球级的创新策源地。 我相信，只要有不屈不挠的精神，中国一定会在未来存储产 业的市场竞争中走入引领者象限。 
——李国杰 中国工程院院士 
写在后面：本书写作的过程中，李国杰院士答应接受一次 我的拜访。 
这一次见到他前，我颇有压力——20 年前，当我还是《电 脑报》记者的时候，曾经做过李院士的专访。印象中他气场很 强，是个“急脾气”。如果你跟不上他的思维，或者提出了不 够分量的问题，他会直接打断你，对你的不专业毫不客气。 然而 20 年过去了，我今天见到的李院士已经是一位慈祥 的长者。他不再打断提问，细心地听我说完问题，然后用温和 但极有逻辑性的语言回答，还不失幽默。我 2005 年采访杨振 宁先生时就有类似的感受——如果以前你觉得他是岩石组成的 山，今天你会觉得他是一望无际的海——温和，但横无际涯。 在一个多小时的访问中，我们谈到了中国高性能计算对存 储产业的拉动，中国科技工作者“背负十字架”的精神，以及 时下流行的 AI 技术等话题。其中各种有价值的细节，如吉光 片羽，弥足珍贵。因此，我把这次采访中李院士表述的内容整 理出来，经过李院士的同意，作为本书的代序，是为记。 ——胡 喆 
推荐序：追寻中国存储
2024 年春天，我与本书作者胡喆等几位朋友去浙江山里 访茶。我认识当地一位炒茶状元，每年的这个时节，他那里 都会有上好龙井春茶。 几年未来，新农村面貌变化不小。这一带山峦起伏，各 处地貌比较接近，联系方式偏偏又丢了。分辨不清地形与道 路，凭记忆带大家寻找了好几圈，怎么也找不到去过的地方。 天色将晚，山里腾起薄雾，我犹豫起来，几次想放弃。 可是，几位年轻人坚持不达目的不罢休，大家决定一起 再往前走。没想到，就在转过几个弯之后，眼前豁然开朗， 出现熟悉的那片茶田，不远处路边是老茶农的家和炒茶作坊。 胡喆和我们满载而归，大家的感悟是，有价值的事物， 需要坚持去追寻。 
现在，为胡喆的新书写这段文字时，蓦然发现，他这些年 坚持的工作——为中国信息产业著史，与春天里的那次访茶 颇有相似之处。 
中国信息产业的历史看起来并不长，但只要深入研究， 你就会发现这段历史并不那么简单。层面、断代、分类、事件、 人物，信息产业的各种要素往往交织在一起，要梳理清楚， 准确、生动地讲好历史故事，不容易。 
如果以 20 世纪 80 年代第一批市场经济模式下创业的 IT 企业群体涌现作为起点，中国信息产业在这 40 多年间发生了 翻天覆地的变化，从全面跟随美国等西方发达国家到实现局 部创新，再到今日在某些领域已成为全球创新策源地。巨大 的进步与恢宏的历史，如连绵的高山，峰峦叠嶂，山水壮阔。 为中国信息产业著史者甚多，在许多领域内不乏优秀作品。 要在其中找到一块前人没有涉猎的空白之地，而且既有创新 研究价值，又有风光之胜，让读者受到启迪并有阅读的愉悦感， 难度可想而知。 
存储产业，恰好是这样一个重要但长期以来不为大众所 了解的领域。如作者胡喆访问过的一位工程院院士所言：在 很长一段时间里，存储只是一个“配角”。它不可或缺，但 也很少出头露面。它在自己的角色定位上默默工作，人们很 少会关注它。 但事实上，存储在整个计算技术的历史上，绝非一直“低调”，只是它的重要性被长期低估。 
作为“冯·诺伊曼结构”的核心模块，存储器是经典计算 机结构中五大部件之一，也是现代信息产业的一块基石。在 人工智能时代，存力（存储能力）在重要性上与算力、算法、 数据是不分伯仲的，被誉为“智能大厦”的“第四根支柱”。 可以说，没有存储器就没有计算器、电子计算机和人工智能。 无存储、无计算，无存储、无智能。如果以更开阔的视野看， 可以说无存储则没有人类历史记录，无存储就没有中华五千 年文明。 
存储如此重要，但为什么一直没有人系统地讲述中国存 储的发展史？可能是因为这段历史并不长，中国存储产业崛 起，也就是 20 多年光景。而这期间，互联网发展经历了三次 巨大变革，经历了从 PC 时代到互联网时代，到移动互联网 时代，再到今天的人工智能时代。每一次变革，都伴随一次 存储大爆炸。存储产业进展神速，又引发了多米诺骨牌一样 的连锁反应，大数据、分布式计算、超大参数模型训练、分 布式智能等技术层出不穷，彼此之间产生了广泛的联动关系。 在今天这个数据成为关键性社会经济要素的时代，数据的价 值空前提升。数据的载体是存储体系，中国存储产业在信息 产业中因而得到前所未有的发展。 
如果再往大了看，存储甚至是度量国家数字化水平的标 准之一。2024 年，全球将生成 159.2ZB 数据，中国将生成38.6ZB 数据，占全球数据的 24.2%，未来 5 年这一比例还会 达到 25.7%。中国业已成为全球创造、采集、复制、存储数 据量最大的国家。 
人工智能生成内容 (AIGC) 的新浪潮，为中国存储产业带 来新的机遇和挑战。智能检索和查询、智能问答、智能决策、 知识库、数字人……这些智能应用无一不依赖于数据无处不 在，无一不对存储提出新要求。 
存储如此重要，与我们的生活和工作联系如此密切，影 响如此之大。但和中国信息产业其他领域不同的是，中国存 储产业 20 多年的发展却缺少必要的历史梳理，对发展中重要 事件的研究也不够。在这样的背景下，为中国存储产业发展 史填补空白，撰写一部既有历史准确性与严肃性，又有科普 读物趣味性的作品，是一项十分有价值的探索性工作。胡喆 承担起这份责任，力图追寻中国存储产业的发展与价值。 胡喆为此和我进行了多次讨论，而我一直相信他追寻价 值的志向，相信曾为《电脑报》记者的他，承袭了传统，骨 子里有“为科技行业作传，为信息产业著史”的信念，在实 践中也有成果可嘉的记录。 
把历史变成故事，把故事累积成历史，是《电脑报》的 传统。历史上很多成功的栏目，如“电脑史话”“电脑时空” 等，都是这种观念与传统的体现。其影响了一批年轻人，胡 喆就是其中的一个。  
3 年前，我曾为《电脑报》前员工林军、胡喆合著的《沸 腾新十年》作序。这部书 70 万字，厚重耐读，是中国互联网 史的经典著作，获得了广泛赞誉。两位作者，一直在这条路 上继续探索。现在，胡喆的《第四支柱：中国存力崛起录》 杀青。他的坚持、努力、勤奋，让波澜壮阔的中国信息产业 发展史在他的作品中变得鲜活、隽永，相信这本书一定会受 到广大读者的欢迎。 
有幸在出版前阅读胡喆此书。阅读时印象深刻的是，除 了认真追寻存储的价值、讲述中国存储产业史，他还前瞻性 地在人工智能时代存储与智能密不可分的关系上努力着墨。 在人工智能时代的新环境下，“存算合一”“以存强算”等 新概念新技术不断涌现，古老而年轻的的存储技术，正在从 人类舞台边缘走到中央。中国存储产业的发展史，必将是中 国人工智能史的华彩篇章。 
所以，我尤其希望这部作品，能够为关心中国人工智能 和信息产业的广大读者带来新知识和新希望，为大家打开观 察中国智能化进程的新窗口和新视野。 
——陈宗周 《电脑报》创始人、前社长
自序
当我站在 2024 年这个时点上，试图看清后互联网时代和 前人工智能时代的范式转换中的历史主线时，一个相对冷门 的领域——计算机存储，以它的低调但无处不在，引发了我 的兴趣。 
在历史的长河中，文明的薪火总是依赖于记忆的传承。 从结绳记事到竹简丝帛，从羊皮纸卷到印刷书籍，存储技术 的每一次革新，都伴随着人类智慧的跃迁。 
想象一下，如果古埃及的金字塔没有留下任何记录，如 果《红楼梦》的手稿遗失在风雨飘摇的岁月里，如果互联网 的诞生没有硬盘的支撑……历史将会如何记录，文化又将如 何传续？在这个意义上，存储不仅是技术的产物，更是文明 的支柱，它与语言、文字、艺术并肩，共同支撑起人类社会 的记忆大厦。  
如果没有存储，也就没有计算机。现代计算机在架构上 的鼻祖是图灵机，其基本思想就是用机器来模拟人们用纸笔 进行数学运算的过程，这样的过程在机器的底层世界里等同 于如下两种简单的动作： 
 在纸上写上或擦除某个符号。 
 把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置。 
图灵机实现了计算技术从“人”到“机”的关键一跃。 有趣的是，它的灵感依然来源于人类古老的存储系统——纸 和笔。 
而今天，我们一秒钟也离不开计算机存储技术——几十 亿人使用的全时段在网工具——智能手机，只要它在运作， 就离不开存储。你的每一次触摸，都会使得程序和数据开始 在手机 SoC（单片系统）中沿着一级、二级等缓存和内存高 速运转。你的每一次拍照、每一笔付款，都会促成数据在本 地的闪存与互联网上无数个数据中心服务器里的存储器之间 流转…… 
不过，早期的计算机虽然有“存储”这个概念，但却没 有对应的存储装置——人们只能用一组硬件开关来进行编码， 直到纸卡穿孔机被引入。有趣的是，穿孔卡的出现比电子计算 机要早，这种存储方式在 18 世纪就已被广泛应用于纺织领域。 
有人统计过，当时的 62 500 张穿孔卡合计存储的信息大 概只有 5MB，平均一张卡片只能储存 80B 的数据，其存储密 度低于人类的书写，因为在同等面积上，人们可以书写数百 个甚至更多的文字。 
虽然，今天的中国存储行业在世界范围内还有很大的提 升空间，但华人在世界存储史上早就写下过许多浓墨重彩的 篇章。 
1948 年，人们还在依赖穿孔卡，一位华人走上历史舞台 的中央，他就是王安博士，一位以一己之力挑战 IBM 的著名 发明家、企业家。他发明了磁芯存储器，把存储升级到磁介 质时代，并独领风骚二十年。 
此后，在 1967 年，贝尔实验室的两位亚裔科学家——韩 裔科学家姜大元和华裔科学家施敏，合力发明了浮栅晶体管， 这是半导体介质存储的先声，也是一切现代闪存技术的基石。 如果敞开去写，存储的趣闻妙史可以写成一本 500 页的 书。你会为人类的智慧惊叹，会为人类提升存储能力的不懈 努力所折服，会为人类在工程学上所创造的奇迹而心潮起 伏——例如，如今被我们视为落后的机械硬盘，其磁头在读 写时距离磁盘只有 PM2.5 直径的 1/25。巧夺天工的是，磁头 是依靠盘片高速运转时产生的气流而悬浮于盘片之上的。 显然，我无法用自己规划的篇幅写透人类的存储简史。 
所以，经再三考虑，我决定把主要的笔墨集中在最近的 20 年——在中国这片古老而又充满活力的土地上，存储产业的 演变和进化。 
这 20 年，是中国企业级存储高速发展的 20 年。存储也 不再像此前那样，停留在某位科学家吉光片羽式的单点突破， 而是作为一个产业在成长。它不仅映射出科技进步的轨迹， 更折射出产业升级、经济转型的深刻变革。 
从 2004 年至 2024 年，中国存储行业如何从“追赶者” 成长为“并跑者”，甚至在某些领域成为“领跑者”？这本书， 便试图为这段历程写下一些生动的印迹。 
故事的开篇，总要追溯到那个看似平凡却又不凡的年 份——2004 年。那时，市场上国际存储巨头们占据着绝对的 主导地位，而本土企业则如同初升的太阳，虽光芒熹微，却 蓄势待发。 
记得那会儿，提起企业级存储，人们首先想到的是“大 块头”的硬盘阵列和昂贵的 SAN（存储区域网络）系统。本 土厂商如华为、中科曙光等，虽已在通信、先进计算等领域 崭露头角，但在存储这片蓝海面前，仍是初学者。然而，正 是“初学”孕育了无限可能。中国的存储企业开始慢慢摸索， 从模仿到创新，一步步构建起自己的技术壁垒。 
不妨将这段时期称为“黎明前的寂静”。虽然外界鲜有中国存力崛起录 关注，但在这片寂静之下，是无数科研人员夜以继日的努力， 是他们对存储技术无尽的探索与渴望。静水流深，正是在这 不为人知的沉默中，中国存储的力量悄然汇聚。 
时光飞逝，好在有一些企业抓住了 2004—2009 年这 5 年 宝贵的时间窗口，中国的企业级存储企业才有了一点微薄的 技术“家底”。 
虽然微薄，但是由于坚持底层研发和创新，在 2010 年之 后突然爆发的云计算、大数据、移动互联网勃兴之时，我们 才能迎着随之而来对存储需求的爆炸性增长，抓住属于中国 民族存储产业的宝贵机会。 
诚然，彼时的中国企业与国际存储设备巨头尚有差距， 但较自身而言已经有了长足的进步。它们的名字开始出现在 行业报告和媒体报道中，它们开始研发集中式存储设备，对 于分布式存储系统的核心——软件与算法，更是开始独立的 创新，以求在性能、可靠性、智能化等方面实现全面突破。 简言之，这一阶段，是中国存储技术从“拿来主义”向“自 主创新”转变的关键时期。中国企业开始意识到，真正的竞 争力在于拥有核心技术的自主知识产权。于是在此后的日子 里，我们看到了国产存储芯片的崛起，看到了分布式存储系 统的广泛应用，看到了智能化存储管理平台的初露锋芒…… 甚至，还看到了中国企业向更高端的领域——集中式存储的 冲击。这一切，都如同破晓之光，照亮了中国存储的未来之路。 
如果说前两个阶段是中国存储的“奠基”与“崛起”， 那么从 2016 年开始，我们见证的则是“飞跃”。这一时期， 中国存储不仅在国内市场占据了重要地位，更是在国际舞台 上大放异彩，成为全球存储技术发展的重要推动力量。 随着人工智能、物联网、区块链等新兴技术的蓬勃发展， 存储需求呈现出前所未有的复杂性。海量数据的处理、存储 与保护，成为数字时代的新挑战。而中国存储企业，凭借着 对本土市场需求的深刻理解，以及对前沿技术的敏锐洞察， 推出了一系列创新解决方案，从全闪存阵列到超融合存储， 从边缘存储到云存储，满足了不同场景下的多元化需求。 中国存储的声音越来越响亮，影响力越来越大。这不仅 是中国存储技术的胜利，更是中国智慧、中国方案在全球范 围内的传播与被认可。 
回顾这 20 年的风雨历程，中国的企业级存储从无到有， 从小到大，从弱到强，每一步都凝聚着汗水与智慧，每一次 跨越都是对“不可能”的超越。但历史的车轮从不停歇，面 对未来，中国存储又该如何续写辉煌？ 
或许，答案就藏在书中那些生动的故事里，藏在每一次 技术革新的背后，藏在每一位存储人的心中。在这个数据为 王的时代，存储不仅是技术的较量，也是思维的较量，更是 创新与合作的较量。中国存储，作为数字经济的坚实底座， 正向着更加广阔的星辰大海进发。 
《第四支柱：中国存储力崛起录》，不是一部关于技术 的完整编年史，而是一部关于梦想、勇气与智慧的史记。它 试图以一种通俗的方式，讲述并不轻松的历史，让读者在笑 声与思考中，感受到存储的魅力，进而理解其背后的深意。

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