206. IBM推出世界上第一块商用硬盘

再接着上一期讲IBM公司,IBM公司在电脑上赚了很多钱,然后大家一看能赚钱,就一窝蜂一样的加入到了电脑这个行业。和其它所有行业一样,如果竞争者太多了,没办法躺着赚钱了,就必须要创新。

这和所有行业一样,最佳的赚钱方式是垄断,最简单粗暴也是最有效的垄断方式是用枪垄断,谁敢进入这个市场,就打死。这种方式是很多有军队的独裁政府采用的垄断方式,但是在美国一般行不通。属于美国政府的企业很少,只有一些赚钱不多但是很累的,私人企业不愿意干的行业,美国政府才去经营,比如美国邮政,还有美国监狱也是国企。像邮政这种的纯亏钱的买卖,美国地广人稀,送货成本远高于人口稠密的地方,没人喜欢做。

IBM很不幸,没办法垄断电脑行业,所以一下子要面对几千个竞争者,只有创新了。于是当时不止IBM,还有主要的几个电脑厂商都开始创新,比如大家一窝蜂的去创新硬盘。当时这些山寨厂商有的用纸带,有的用磁带,这导致数据读写的速度非常慢。因为纸带也好,磁带也好,是顺序存储的,如果想找一个数据,要慢慢的转过去才行。如果能制造一个不顺序存储的设备就好了。这一点,不止IBM想到了,其它公司也想到了。

IBM使用的技术叫磁盘,像兰德公司使用的叫磁鼓。现在我们也知道了,IBM最后赢了。我来讲几句输了的磁鼓,这个磁鼓是一个圆筒,以前我在YouTube上看到过,就和咱们初中学习时候见的滑动变阻器差不多,一个圆筒外面是磁性材料。当读数据的时候,这个贴满磁性材料的滚筒就旋转,上面像滑动变阻器的东西也移动,只要移动到合适的位置,数据就读出来了。我个人觉得这个东西还是比较先进的,但是还是失败了。成功的是IBM的磁盘,其实我觉得磁盘和磁鼓是一样的原理,只是IBM最后胜利了。

IBM推出的硬盘和今天所用的机械硬盘原理是一样的,最大的差别是尺寸,IBM第一个磁盘叫IBM 350,这个磁盘重一吨多,是一个正方形的盒子,1米5长,1米8高,宽1米,这么个金属盒子,我的五陵宏光车里拉不了,因为我的车厢没有1米8高,想拉这么个硬盘,得用货车才行。那这么个大家伙能存多少东西呢?不到5M,现在一首中等音质的MP3就有5M,要知道这是1956年是什么年代么?我最喜欢的歌手张学友还有6年才出生,1956年他还是-6岁,美国就已经造出了能存张学友一首mp3的硬盘。

这个硬盘里面有50张磁盘,也就是说每张磁盘100k,这些磁盘直径是24英寸,如果大家对24英寸没什么概念的话,可以想象一下,我有个朋友姓金,大家可能也认识,他经常上电视和新闻头条,经常挥手和我打招呼,被广大人民认为是世界上最成功的80后,他的肚子,直径就是24英寸,就按照1956年IBM这个硬盘长的。

然后就是寻址时间了,说是平均0.8秒,这个速度比磁带和纸带还是要好很多的。这台硬盘,也分几个型号,也是租的,每个月从750到3600都有,如果想买断的话,要花18万多美元。花18万美元买了一个5M的硬盘,想想还真是让人五味杂陈呢……

今天一个机械硬盘,1T的不到300块,2T的不到400块。

目前来说,硬盘主要分两种,一种是机械硬盘,一种是固态硬盘。机械硬盘虽然相比于1956年有了巨大的进化,但是原理仍然是一样的。最主要的就是两面涂有磁性材料的磁盘,我相信大家应该都见过硬盘吧,比最初的1吨多有了巨大的进步,现在可能有一斤左右吧。在1956年,硬盘以每分钟1200圈每分钟的速度旋转,相比于容量的变化,现在转速其实并没有提高太多,目前的硬盘是每分钟7200转。

写入和读取数据的方式也没有变化,就是使用磁铁改变磁盘上的磁性材料的极性来记录数据。之所以能记录和读取数据,主要是磁性材料能保持两种状态,一种是0,一种是1。实际上,只要任何人能发明一种能记录和读取信息的方法,都可以用来做成硬盘。我记得我上学的时候,那时候就有媒体说,我们已经做出了DNA硬盘,当年的硬盘大概10G,20G就很大了,但是中国造不了这东西,原理可能懂,但是要知道磁盘头和磁盘的距离是3纳米,当时比较著名的厂商有西部数据,希捷,东芝什么的。

当时我特别相信印成铅字的东西,就觉得,这下NB了,根本不用造硬盘了,我们直接造DNA硬盘,而且用DNA硬盘,一公斤DNA可以记录所有的数据,实现弯道超车,然后很自豪。实际上,并没有造出来,虽然现在仍然时不时的出个新闻,但是我已经不相信了。这东西,被骗个三五次就够了,骗多了,只要是正常人,就不再相信了,所以,现在,我看到纸上印的东西,就本能的怀疑是不是真的?我从小到大被骗的高科技有DNA硬盘,至少15年前就说就要上市了,有自主知识产权,而且还很便宜,实际上没有。还有一个就是汉芯,最后发现是一块沙纸把别人的Logo打磨去,然后写上自己的名字,就是创新了。这几件事情吧,让我有了戒备心。但是,我当年也是有大量时间的少年,花了大量的时间研究硬盘的技术,所以我可以讲点硬盘技术。

现在机械硬盘的技术大体还是1956年硬盘的技术,叫温彻斯特硬盘,后来从IBM公司出去了两个员工,他们开了一家叫希捷的公司,专门造硬盘。实际上,长期以来,都是IBM在引领硬盘的技术。但是,还是有个问题,只要牵扯到机械,就会有延迟。在1956年,延迟是0.8秒,现在,机械硬盘又是液态轴承,又是垂直读取技术,但是,总归是机械的。只要是机械的,就有延迟,相对于电路的,速度总是上不去。尤其是读取一些分散存储在硬盘不同位置的数据,磁头要不停的移动,速度会更慢。以前有个操作,就是使用windows系统自带的磁盘整理软件,把分散的数据放在一起,如果是20G的硬盘,可能要整理个1小时。

有没有电路读取的呢?有,就是现在的固态硬盘。我觉得之所以叫固态硬盘,是因为固态硬盘里没有机械装置,机械硬盘会疙疙瘩瘩的响,越老化的机械硬盘越响,固态硬盘是另外一种装置,里面存储的材料。为什么要讲固态硬盘呢?因为固态硬盘和IBM也有不小的关系。固态硬盘虽然是近十几年才慢慢进入人们的视线,但是他的发明还是非常早的,固态硬盘是80后,是在1987年就开始做了,在1989年就已经研发成功了。为什么没人用呢?唯一的原因就是太贵了!

其实固态硬盘一直在用,从90年就没断过,并不是一个新产品,因为价格昂贵,只有政府,军队,医疗这些行业用,这些地方一般不差钱,而IBM就是和这些不差钱的主打交道,所以,IBM的机器上,一直都有使用固态硬盘,并且和固态硬盘的制造商StorageTek是合作伙伴关系,好的就像是一个公司一样。为什么呢?因为StorageTek公司就是IBM公司的四个员工出去创办的,IBM还投了钱,主要是生产IBM机器上的配件,比如硬盘。这个公司一直是IBM机器上可靠的存储设备供应商。这个公司后来被SUN公司花了很多钱买走了,现在这个公司属于Oracle了。直到2007年,固态硬盘的价格差不多降下来了,IBM开始推广固态硬盘,推广的是Sandisk的SSD。IBM肯定也不会愚蠢到推广SUN或者Oracle的产品,毕竟是竞争对手。

固态硬盘用的是浮栅晶体管,这种晶体管里的浮栅完全被高电阻材料包围,一般情况下这种高电阻材料是二氧化硅,因此其中包含的电荷量会长时间保持不变。对固态硬盘来说,长时间大概是一年。这个时间很重要,对固态硬盘来说,如果你断电丢那里一年,电面的数据是非常有可能完全丢失的。对机械硬盘来说,存个5-6年,10来年也是有可能的。固态硬盘不行,浮栅里的电子会因为隧穿效应跑没了,数据也就存不住了。

所以,机械硬盘使用的原理是磁性材料的极性,固态硬盘使用的是浮栅晶体管中电子数量的多少,当电子的数量高于某个值,就代表0,当电子数量少于某个值,就代表1。如何检测里面电子的多少呢?用的方法是在浮栅晶体管上加一个电压,主要是利用的隧穿效应。

那问题来了,对机械硬盘来说,磁性材料只有两个极,要么N极,要么S极,不存在第三种状态。但是对固态硬盘来说,浮栅里的状态是用电子的多少来辨别的,如果能统计有多少个电子,那就可以表示多少种状态,比如一个电子表示1,5个电子表示5,1000个电子表示1000,这只是理论上的,因为电子没法像人头一样数清楚。但是可以通过加某个电压,不同的电压表示不同的状态,比如1-2伏,2-3伏,3-4伏,4-5伏这样的电压,这四种电压都试试,看看哪个状态的电压能导致浮栅晶体管通电,这样就能知道浮栅晶体管中大概存了多少电子。

所以,用改变电压的方式,固态硬盘有了改进,最初的固态硬盘叫SLC,也叫单阶存储单元,这种只有一种电压,所以能识别两种状态,分别是0和1,这样一个浮栅晶体管能保存1bit的数据。后来又有了MLC,MLC有4种状态,可以保持00,01,10,11,可以保存2bit的数据,TLC有8种状态,可以保存3bit数据,QLC能保存16种状态,可以保存4bit数据。

存的多,成本是以指数降低了。但是没有只有优点没有缺点的事情,因为要检测不同的状态使用不同的电压,会导致存取的速度以指数降低。成本低了,速度就慢了,不但速度慢,还有寿命也大大的降低。对机械硬盘来说,存储的数据从理论角度,可以无限次读写,这没什么问题,极性材料不是N极就是S极,但是浮栅晶体管不同,每次写数据时,都会让一部分电子存在浮栅晶体管里面出不来,久而久之,里面的电子越来越多,一直多到在控制极加更大的电压才能导电了,一直大到加的电压超过了中间值,那么,我们就没办法知道里面有多少电子,也就不知道里面是0还是1了,这个固态硬盘的寿命也就到头了。

所以,单位容量最便宜就选QLC硬盘,但是擦写次数是1000次,TLC是2000次,MLC是5000次,SLC可写10万次。不过大家也不用担心自己的数据会丢失,因为现在都存云盘了。现在我们买的MLC或者TLC硬盘,用个5年问题不大,5年也足够换一台新电脑了。当我们觉得电脑为什么这么慢的时候,最好先看看是不是没换固态硬盘,固态硬盘每秒读写1G左右,机械硬盘每秒读写100M左右,快了近10倍。我查到了1956年,IBM 350那块硬盘,每秒读写0.88M,但是考虑到那块硬盘总共只有5M,读出一块硬盘里的所有数据,也不过是用了6秒钟。现在,就算固态硬盘,读出自己里面存的数据,要远超过6秒,这么比起来,好像快的有限。

关于硬盘就讲这些了,因为我觉得与其它厂家比起来,IBM在硬件上厉害的只有硬盘。其它方面,以我的眼光来看在,关没有什么出色的地方,甚至还比较落后。当兰德公司,通用电器公司都已经大量使用晶体管制造计算机的时候,IBM雷打不动的使用电子管。但是,收入最巨大,最丰厚的公司就是IBM。

在整个50年代和60年代初期,IBM在完全没有必要用电子管的机器上还是使用电子管。我曾经思考过这个问题,我觉得是这样,一个公司之所以与众不同,并不是他们的产品多么出色,像IBM的电脑也许不见得多么出色,虽然他们的硬盘确实做的好,像当年微软的操作系统也不见得比当年的苹果出色。在生活中也是这样,我们总是在新闻上看到说一个家伙,长的也不怎么样,工作也不怎么样,但是人家同时结了三次婚,然后大家觉得不可思议。

后来,我觉得是这样,伟大的产品也好,伟大的工程也好,总是可以被复制,像IBM的电脑被那么多人复制,像美国的原子弹也被很多国家复制,但是理念,服务和销售没有办法复制。你看美国把自己包装成了灯塔,有核弹的国家多了去了,其它人想灯塔,也当不成。IBM就意味着可靠,与IBM竞争的公司很多,有HP,有Oracle,以现在的眼光来看,IBM很多产品好像也不是特别出色,但是总能给人一种比较可靠的样子。像微软就意味着兼容,不像苹果一样,换一个系统,就不兼容一次,现在苹果还好一点了,比起以前来是强多了。我不是谈恋爱高手,但是我觉得那些恋爱高手也是服务做的好。

伟大的工程总是能被后人复制,但是我觉得能让这些伟大与众不同的还是服务与人格。像斯巴达很伟大,比斯巴达伟大的还有很多,,但是人们总是在怀念和歌颂雅典。下一期我就来讲一个像斯巴达一样瞬间崛起,甚至还短时期把IBM打的缓不过劲来的公司,这个公司就是唯一能让IBM降价抢市场的公司,他的名字叫CDC,控制数据公司,这个公司有一个传奇的人物,像隐士般的科学家西摩克雷。下一期就来讲一下人类历史上第一台全部使用晶体管制造的电子计算机,克雷计算机。

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