Quantumrun

BEELDKREDIET: Quantumrun

Die digitale bergingsrevolusie: Toekoms van rekenaars P3

David Tal, uitgewer, toekomskundige
@DavidTalWrites
LinkedIn

Di, 09 / 15 / 2020 - 15: 43

Die meeste van julle wat hierdie lees, onthou waarskynlik die nederige disket en dit is soliede 1.44 MB skyfspasie. Sommige van julle was seker jaloers op daardie een vriend toe hy die eerste USB-stick, met sy monsteragtige 8MB spasie, tydens 'n skoolprojek uitgehaal het. Deesdae is die magie weg, en ons het afgemat geraak. Een teragreep geheue kom standaard in die meeste 2018-rekenaars—en Kingston verkoop selfs nou een teragreep USB-aandrywers.

Ons obsessie met berging groei jaar na jaar namate ons al hoe meer digitale inhoud verbruik en skep, of dit nou 'n skoolverslag, reisfoto, jou band se mixtape of 'n GoPro-video is van jou wat af Whistler ski. Ander neigings soos die opkomende Internet van Dinge sal net die berg data wat die wêreld produseer versnel, wat verdere vuurpylbrandstof byvoeg tot die vraag na digitale berging

Dit is hoekom ons, om databerging behoorlik te bespreek, onlangs besluit het om hierdie hoofstuk te wysig deur dit in twee te verdeel. Hierdie helfte sal die tegnologiese innovasies in databerging en die impak daarvan op gemiddelde digitale verbruikers dek. Intussen sal die volgende hoofstuk die komende rewolusie in die wolk dek.

Databerging-innovasies in die pyplyn

(TL;DR - Die volgende afdeling gee 'n uiteensetting van die nuwe tegnologie wat dit moontlik sal maak om al hoe groter hoeveelhede data op steeds kleiner en doeltreffender bergingsaandrywers te stoor. As jy nie omgee vir die tegnologie nie, maar eerder oor die wyer wil lees neigings en impak rondom databerging, dan beveel ons aan om na die volgende subopskrif oor te slaan.)

Baie van julle het al gehoor van Moore se wet (die waarneming dat die aantal transistors in 'n digte geïntegreerde stroombaan ongeveer elke twee jaar verdubbel), maar aan die stoorkant van die rekenaarbesigheid het ons Kryder se wet - basies ons vermoë om te druk steeds meer stukkies in krimpende hardeskywe verdubbel ook ongeveer elke 18 maande. Dit beteken dat die persoon wat 1,500 jaar gelede $5 35 vir 600MB bestee het, nou $6 vir 'n XNUMXTB-stasie kan spandeer.

Dit is 'n vordering, en dit hou nie binnekort op nie.

Die volgende lys is 'n kort blik op die naby- en langtermyn-innovasies wat vervaardigers van digitale berging sal gebruik om ons berging-honger samelewing te bevredig.

Beter hardeskyf dryf. Tot die vroeë 2020's sal vervaardigers voortgaan om tradisionele hardeskywe (HDD) te bou en meer geheuekapasiteit in te pak totdat ons nie meer hardeskywe meer digter kan bou nie. Die tegnieke wat uitgevind is om hierdie laaste dekade van HDD-tegnologie te lei, sluit in Gordelroos magnetiese opname (SMR), gevolg deur Twee-dimensionele magnetiese opname (TDMR), en moontlik Hitte-ondersteunde magnetiese opname (HAMR).

Vaste toestand hardeskywe. Die vervanging van die tradisionele hardeskyf wat hierbo genoem is, is die vaste toestand hardeskyf (SATA SSD). Anders as HDD's, het SSD's geen draaiende skywe nie - in werklikheid het hulle glad nie enige bewegende dele nie. Dit laat SSD's baie vinniger, teen kleiner groottes en met meer duursaamheid as hul voorganger werk. SSD's is reeds 'n standaard op vandag se skootrekenaars en word geleidelik standaard hardeware op die meeste nuwe rekenaarmodelle. En hoewel oorspronklik baie duurder as HDD's, hul prys val vinniger as HDD's, wat beteken dat hul verkope teen die middel van die 2020's HDD's heeltemal kan verbysteek.

Volgende generasie SSD's word ook geleidelik bekendgestel, met vervaardigers wat oorskakel van SATA SSD's na PCIe SSD's wat ten minste ses keer die bandwydte van SATA-aandrywers het en groei.

Flitsgeheue gaan 3D. Maar as spoed die doel is, is niks beter as om alles in die geheue te stoor nie.

HDD's en SSD's kan vergelyk word met jou langtermyngeheue, terwyl flits meer soortgelyk is aan jou korttermyngeheue. En net soos jou brein het 'n rekenaar tradisioneel albei tipes berging nodig om te funksioneer. Gewoonlik na verwys as ewekansige toegang geheue (RAM), tradisionele persoonlike rekenaars is geneig om te kom met twee stokke RAM van 4 tot 8 GB elk. Intussen verkoop die swaarste treffers soos Samsung nou 2.5D-geheuekaarte wat elk 128 GB hou—verbasend vir hardcore-spelers, maar meer prakties vir die volgende generasie superrekenaars.

Die uitdaging met hierdie geheuekaarte is dat hulle dieselfde fisiese beperkings ondervind wat hardeskywe in die gesig staar. Erger nog, hoe kleiner transistors binne-in RAM word, hoe slegter presteer hulle met verloop van tyd - die transistors word moeiliker om uit te vee en akkuraat te skryf, en tref uiteindelik 'n prestasiemuur wat hul vervanging met vars RAM-stokkies dwing. In die lig hiervan begin maatskappye die volgende generasie geheuekaarte bou:

3D NAND. Maatskappye soos Intel, Samsung, Micron, Hynix en Taiwan Semiconductor dring aan op die grootskaalse aanvaarding van 3D NAND, wat transistors in drie dimensies in 'n skyfie stapel.
Weerstandige ewekansige toegang geheue (RAM). Hierdie tegnologie gebruik weerstand in plaas van 'n elektriese lading om stukkies (0s en 1s) geheue te stoor.
3D skyfies. Dit sal in meer besonderhede in die volgende reeks hoofstuk bespreek word, maar kortliks, 3D skyfies beoog om rekenaar- en databerging in vertikaal gestapelde lae te kombineer, en sodoende verwerkingspoed te verbeter en energieverbruik te verminder.
Faseveranderingsgeheue (PCM). Die tegnologie agter PCM's verhit en verkoel chalcogeniedglas basies en skuif dit tussen gekristalliseerde na nie-gekristalliseerde toestande, elk met hul unieke elektriese weerstande wat die binêre 0 en 1 verteenwoordig. Sodra dit vervolmaak is, sal hierdie tegnologie baie langer hou as huidige RAM-variante en is dit nie-vlugtig, wat beteken dit kan data hou selfs wanneer die krag af is (anders as tradisionele RAM).
Spin-oordrag wringkrag ewekansige toegang geheue (STT-RAM). N kragtige Frankenstein wat die kapasiteit van kombineer DRAM met die spoed van SRAM, tesame met verbeterde nie-vlugtigheid en byna onbeperkte uithouvermoë.
3D XPoint. Met hierdie tegnologie, in plaas daarvan om op transistors staat te maak om inligting te stoor, 3D Xpoint gebruik 'n mikroskopiese gaas van drade, gekoördineer deur 'n "kieser" wat bo-op mekaar gestapel is. Sodra dit vervolmaak is, kan dit die bedryf rewolusie, aangesien 3D Xpoint nie-vlugtig is, duisende keer vinniger sal werk as NAND-flits, en 10 keer digter as DRAM.

Met ander woorde, onthou toe ons gesê het "HDD's en SSD's kan vergelyk word met jou langtermyngeheue, terwyl flits meer soortgelyk is aan jou korttermyngeheue"? Wel, 3D Xpoint sal beide hanteer en dit beter doen as een as een afsonderlik.

Ongeag watter opsie wen, sal al hierdie nuwe vorme van flitsgeheue meer geheuekapasiteit, spoed, uithouvermoë en kragdoeltreffendheid bied.

Langtermyn bergingsinnovasies. Intussen, vir daardie gebruiksgevalle waar spoed minder saak maak as die bewaring van groot hoeveelhede data, is nuwe en teoretiese tegnologieë tans in die werke:

Bandaandrywers. Ons is meer as 60 jaar gelede uitgevind en het oorspronklik bandaandrywers gebruik om belasting- en gesondheidsorgdokumente te argiveer. Vandag word hierdie tegnologie naby sy teoretiese hoogtepunt vervolmaak IBM stel 'n rekord op deur 330 teragrepe van ongecomprimeerde data (~330 miljoen boeke) in 'n bandpatroon te argiveer omtrent die grootte van jou hand.
DNA berging. Navorsers van die Universiteit van Washington en Microsoft Research 'n stelsel ontwikkel om digitale data met behulp van DNA-molekules te enkodeer, te berg en te herwin. Sodra dit vervolmaak is, kan hierdie stelsel inligting eendag miljoene kere meer kompak argiveer as huidige databergingstegnologieë.
Kilobyte herskryfbare atoomgeheue. Deur individuele chlooratome op 'n plat plaat koper te manipuleer, wetenskaplikes geskryf 'n 1-kilogreep-boodskap teen 500 terabit per vierkante duim—ongeveer 100 keer meer inligting per vierkante duim as die doeltreffendste hardeskyf op die mark.
5D data stoor. Hierdie spesiale bergingstelsel, onder leiding van die Universiteit van Southampton, beskik oor 360 TB/skyfdatakapasiteit, termiese stabiliteit tot 1,000 13.8°C en 'n byna onbeperkte leeftyd by kamertemperatuur (190 miljard jaar by 5°C). Met ander woorde, XNUMXD-databerging sal ideaal wees vir argiefgebruike by museums en biblioteke.

Sagteware-gedefinieerde berging-infrastruktuur (SDS). Dit is nie net stoorhardeware wat innovasie sien nie, maar die sagteware wat dit bestuur, ondergaan ook opwindende ontwikkeling. SDS word meestal in groot maatskappy rekenaarnetwerke of wolkbergingsdienste gebruik waar data sentraal gestoor word en toegang verkry word deur individuele, gekoppelde toestelle. Dit neem basies die totale hoeveelheid databergingskapasiteit in 'n netwerk en skei dit tussen die verskillende dienste en toestelle wat op die netwerk werk. Beter SDS-stelsels word deurentyd gekodeer om bestaande (in plaas van nuwe) stoorhardeware doeltreffender te gebruik.

Sal ons selfs in die toekoms berging nodig hê?

Goed, so bergingstegnologie gaan oor die volgende paar dekades baie verbeter. Maar die ding wat ons moet oorweeg is, watter verskil maak dit in elk geval?

Die gemiddelde persoon sal nooit die teragreep stoorplek opgebruik wat nou beskikbaar is in die nuutste rekenaarmodelle nie. En oor nog twee tot vier jaar sal jou volgende slimfoon genoeg stoorplek hê om 'n jaar se foto's en video's te horde sonder om jou toestel skoon te maak. Sekerlik, daar is 'n minderheid mense daar buite wat daarvan hou om massiewe hoeveelhede data op hul rekenaars te hordeer, maar vir die res van ons is daar 'n aantal neigings wat ons behoefte aan oormatige skyfstoorspasie in privaat besit verminder.

Stroomdienste. Eens op 'n tyd het ons musiekversamelings behels die versameling van plate, toe kassette, toe CD's. In die 90's het liedjies in MP3's gedigitaliseer om by die duisende opgegaar te word (eers deur torrents, toe meer en meer deur digitale winkels soos iTunes). Nou, in plaas daarvan om 'n musiekversameling op jou tuisrekenaar of foon te moet stoor en organiseer, kan ons 'n oneindige aantal liedjies stroom en oral daarna luister deur dienste soos Spotify en Apple Music.

Hierdie vordering het eers die fisiese ruimte wat musiek by die huis ingeneem het, verminder, toe die digitale ruimte op jou rekenaar. Nou kan dit alles vervang word deur 'n eksterne diens wat jou goedkoop en gerieflike, enige plek/enige tyd toegang bied tot al die musiek wat jy wil hê. Natuurlik het die meeste van julle wat hierdie lees waarskynlik nog 'n paar CD's wat rondlê, die meeste sal steeds 'n stewige versameling MP3's op hul rekenaar hê, maar die volgende generasie rekenaargebruikers sal nie hul tyd mors om hul rekenaars te vul met musiek wat hulle kan nie. toegang gratis aanlyn.

Kopieer natuurlik alles wat ek sopas oor musiek gesê het en pas dit toe op film en televisie (hallo, Netflix!) en die persoonlike bergingbesparings bly groei.

social media. Met musiek, film en TV-programme wat al hoe minder van ons persoonlike rekenaars verstop, is die volgende grootste vorm van digitale inhoud persoonlike foto's en video's. Weereens, ons het prente en video's fisies vervaardig, uiteindelik om stof op ons solders te versamel. Toe het ons foto's en video's digitaal geword, net om weer stof in die onderkant van ons rekenaars te versamel. En dit is die kwessie: Ons kyk selde na die meeste van die foto's en video's wat ons neem.

Maar nadat sosiale media gebeur het, het webwerwe soos Flickr en Facebook ons die vermoë gegee om 'n oneindige aantal foto's te deel met 'n netwerk van mense vir wie ons omgee, terwyl dit ook daardie foto's (gratis) in 'n selforganiserende vouerstelsel of tydlyn stoor. Alhoewel hierdie sosiale element, tesame met miniatuur, hoë-end foonkameras, die aantal foto's en video's wat deur die gemiddelde persoon vervaardig word aansienlik verhoog het, het dit ook ons gewoonte verminder om foto's op ons privaat rekenaars te stoor, wat ons aangemoedig het om dit aanlyn, privaat te stoor. of in die openbaar.

Wolk en samewerking dienste. Gegewe die laaste twee punte, bly net die nederige teksdokument (en 'n paar ander nisdatatipes) oor. Hierdie dokumente, in vergelyking met die multimedia wat ons sopas bespreek het, is gewoonlik so klein dat dit nooit 'n probleem sal wees om dit op jou rekenaar te stoor nie.

In ons toenemend mobiele wêreld is daar egter 'n groeiende vraag na toegang tot dokumente op pad. En hier gebeur weer dieselfde vordering wat ons met musiek bespreek het - waar ons eers dokumente vervoer het met behulp van diskette, CD's en USB's, nou gebruik ons geriefliker en verbruikersgeoriënteerd wolk stoor dienste, soos Google Drive en Dropbox, wat ons dokumente by 'n eksterne datasentrum stoor sodat ons veilig aanlyn toegang kan kry. Dienste soos hierdie stel ons in staat om toegang tot en deel van ons dokumente enige plek, enige tyd, op enige toestel of bedryfstelsel.

Om regverdig te wees, die gebruik van stromingsdienste, sosiale media en wolkdienste beteken nie noodwendig dat ons alles na die wolk sal skuif nie – sommige dinge wat ons verkies om oormatig privaat en veilig te hou – maar hierdie dienste het gesny, en sal voortgaan om te sny, die totale hoeveelheid fisiese databergingspasie wat ons jaar na jaar moet besit.

Waarom eksponensieel meer berging saak maak

Terwyl die gemiddelde individu dalk minder behoefte aan meer digitale berging sien, is daar groot kragte wat Kryder se wet vorentoe dryf.

Eerstens, as gevolg van die byna jaarlikse lys van sekuriteitsoortredings oor 'n reeks tegnologie- en finansiëledienstemaatskappye - wat elkeen die digitale inligting van miljoene individue in gevaar stel - groei kommer oor dataprivaatheid tereg onder die publiek. Afhangende van individuele behoeftes, kan dit die publieke vraag na groter en goedkoper databergingsopsies vir persoonlike gebruik veroorsaak om te vermy, afhangende van die wolk. Toekomstige individue kan selfs privaat databergingsbedieners binne hul huise opstel om ekstern aan te sluit in plaas daarvan om afhanklik te wees van bedieners wat deur die groot tegnologiemaatskappye besit word.

Nog 'n oorweging is dat beperkings op databerging tans vordering in 'n aantal sektore van biotegnologie tot kunsmatige intelligensie blokkeer. Sektore wat afhanklik is van die akkumulasie en verwerking van groot data moet al hoe groter hoeveelhede data stoor om nuwe produkte en dienste te vernuwe.

Vervolgens, teen die laat 2020's, sal die Internet of Things (IoT), outonome voertuie, robotte, augmented reality, en ander sulke volgende-gener 'edge-tegnologieë' investering in bergingstegnologie aanspoor. Dit is omdat vir hierdie tegnologieë om te werk, hulle die rekenaarkrag en bergingskapasiteit sal moet hê om hul omgewing te verstaan en intyds te reageer sonder 'n konstante afhanklikheid van die wolk. Ons ondersoek hierdie konsep verder in hoofstuk vyf van hierdie reeks.

Ten slotte, die Internet van die dinge (volledig verduidelik in ons Toekoms van die internet reeks) sal lei tot biljoene-tot-biljoene sensors wat die beweging of status van biljoene-tot-triljoene dinge naspoor. Die geweldige hoeveelhede data wat hierdie ontelbare sensors sal produseer, sal effektiewe bergingskapasiteit vereis voordat dit effektief verwerk kan word deur die superrekenaars wat ons naby die einde van hierdie reeks sal dek.

Al met al, terwyl die gemiddelde persoon hul behoefte aan persoonlike, digitale bergingshardeware toenemend sal verminder, sal almal op die planeet steeds indirek baat vind by die oneindige bergingskapasiteit wat toekomstige digitale bergingstegnologieë sal bied. Natuurlik, soos vroeër aangedui, lê die toekoms van berging in die wolk, maar voordat ons diep in daardie onderwerp kan duik, moet ons eers die komplimentêre revolusies verstaan wat aan die verwerkingskant (mikroskyfie) van die rekenaarbesigheid plaasvind—die onderwerp van die volgende hoofstuk.