Quantumrun

КРЭДЫТ ВЫЯВЫ: Quantumrun

Рэвалюцыя лічбавага захоўвання дадзеных: будучыня кампутараў P3

Дэвід Таль, выдавец, футурыст
@DavidTalWrites
LinkedIn

Аў, 09 - 15:2020

Большасць з вас, хто чытае гэта, верагодна, памятае сціплую дыскету і гэта салідныя 1.44 МБ дыскавай прасторы. Некаторыя з вас, верагодна, зайздросцілі аднаму аднаму сябру, калі ён падчас школьнага праекта дастаў першую флэшку USB з жахлівымі 8 МБ месца. У наш час магія знікла, і мы стаміліся. Адзін тэрабайт памяці ўваходзіць у стандартную камп'ютэрную камп'ютэрную камп'ютэрную камп'ютэрную камп'ютэрную камп'ютэрную сістэму 2018 года, а цяпер Kingston нават прадае USB-назапашвальнікі памерам адзін тэрабайт.

Наша апантанасць сховішчам расце з кожным годам, калі мы спажываем і ствараем усё больш лічбавага кантэнту, няхай гэта будзе школьная справаздача, фота з падарожжаў, мікстэйп вашай групы або відэа GoPro, на якім вы катаецеся на лыжах па Уістлеры. Іншыя тэндэнцыі, такія як з'яўленне Інтэрнэту рэчаў, толькі паскораць рост даных, якія ствараюцца ў свеце, дадаючы яшчэ больш ракетнага паліва попыту на лічбавае сховішча

Вось чаму, каб правільна абмеркаваць захоўванне даных, мы нядаўна вырашылі адрэдагаваць гэты раздзел, падзяліўшы яго на дзве часткі. У гэтай палове будуць разгледжаны тэхналагічныя інавацыі ў галіне захоўвання даных і іх уплыў на звычайных лічбавых спажыўцоў. Між тым, наступная глава будзе асвятляць будучую рэвалюцыю ў воблаку.

У стадыі распрацоўкі інавацыі ў галіне захоўвання даных

(TL; DR - У наступным раздзеле апісваецца новая тэхналогія, якая дазволіць захоўваць усё большыя аб'ёмы даных на ўсё меншых і больш эфектыўных назапашвальніках. Калі вы не клапоціцеся пра тэхналогію, але замест гэтага хочаце прачытаць пра шырэй тэндэнцыі і ўздзеянне вакол захоўвання даных, тады мы рэкамендуем перайсці да наступнага падзагалоўка.)

Шмат хто з вас ужо чуў пра закон Мура (заўвага, што колькасць транзістараў у шчыльнай інтэгральнай схеме падвойваецца прыкладна кожныя два гады), але што тычыцца захоўвання дадзеных у камп'ютэрным бізнесе, у нас ёсць закон Крайдэра - па сутнасці, наша здольнасць сціскаць усё больш біт у скарачэнні жорсткіх дыскаў таксама падвойваецца прыкладна кожныя 18 месяцаў. Гэта азначае, што чалавек, які выдаткаваў 1,500 долараў на 5 МБ 35 гадоў таму, цяпер можа выдаткаваць 600 долараў на дыск на 6 ТБ.

Гэта ашаламляльны прагрэс, і ён не спыніцца ў бліжэйшы час.

Наступны спіс уяўляе сабой кароткі агляд бліжэйшых і доўгатэрміновых інавацый, якія вытворцы лічбавых назапашвальнікаў будуць выкарыстоўваць, каб задаволіць наша грамадства, якое прагне захоўвання.

Лепшыя жорсткія дыскі. Да пачатку 2020-х гадоў вытворцы будуць працягваць ствараць традыцыйныя жорсткія дыскі (HDD), павялічваючы аб'ём памяці, пакуль мы больш не зможам ствараць жорсткія дыскі больш шчыльныя. Метады, вынайдзеныя, каб кіраваць гэтым апошнім дзесяцігоддзем тэхналогій HDD, уключаюць Магнітная запіс з чарапіцай (SMR), а затым Двухмерная магнітная запіс (TDMR), і патэнцыйна Магнітная запіс з дапамогай цяпла (ХАМР).

Цвёрдацельныя жорсткія дыскі. Замена традыцыйнага цвёрдага дыска, адзначанага вышэй, - цвёрдацельны жорсткі дыск (SATA SSD). У адрозненне ад цвёрдых дыскаў, цвёрдацельныя назапашвальнікі не маюць якія круцяцца дыскаў - насамрэч, яны наогул не маюць рухомых частак. Гэта дазваляе цвёрдацельным назапашвальнікам працаваць значна хутчэй, з меншымі памерамі і з большай трываласцю, чым іх папярэднікі. SSD-назапашвальнікі ўжо з'яўляюцца стандартам для сучасных ноўтбукаў і паступова становяцца стандартным абсталяваннем для большасці новых мадэляў настольных кампутараў. І хоць першапачаткова значна даражэйшыя за жорсткія дыскі, іх цана падае хутчэй, чым HDD, што азначае, што іх продажы могуць абагнаць жорсткія дыскі да сярэдзіны 2020-х гадоў.

Таксама паступова ўкараняюцца цвёрдацельныя назапашвальнікі наступнага пакалення: вытворцы пераходзяць з цвёрдацельных назапашвальнікаў SATA на цвёрдацельныя назапашвальнікі PCIe, якія маюць па меншай меры ў шэсць разоў большую прапускную здольнасць, чым назапашвальнікі SATA, і растуць.

Флэш-памяць становіцца 3D. Але калі мэта - хуткасць, нішто не параўнаецца з захаваннем усяго ў памяці.

Жорсткія дыскі і цвёрдацельныя назапашвальнікі можна параўнаць з вашай доўгатэрміновай памяццю, у той час як флэш-назапашвальнік больш падобны да вашай кароткачасовай памяці. І гэтак жа, як ваш мозг, камп'ютар традыцыйна мае патрэбу ў абодвух тыпах памяці для функцыянавання. Традыцыйныя персанальныя кампутары, якія звычайна называюць аператыўнай памяццю (RAM), звычайна пастаўляюцца з дзвюма картамі аператыўнай памяці па 4-8 ГБ кожная. У той жа час, самыя буйныя хіты, такія як Samsung, цяпер прадаюць карты памяці 2.5D, якія змяшчаюць 128 ГБ кожная — гэта дзіўна для заўзятых геймераў, але больш практычна для суперкампутараў наступнага пакалення.

Праблема гэтых карт памяці заключаецца ў тым, што яны сутыкаюцца з тымі ж фізічнымі абмежаваннямі, што і жорсткія дыскі. Што яшчэ горш, чым меншыя транзістары трапляюць у аператыўную памяць, тым горш яны працуюць з цягам часу — транзістары становіцца ўсё цяжэй сціраць і запісваць дакладна, што ў канчатковым выніку натыкаецца на сцяну прадукцыйнасці, што прымушае іх замяняць новымі стыкамі аператыўнай памяці. У святле гэтага кампаніі пачынаюць ствараць наступнае пакаленне карт памяці:

3D NAND. Такія кампаніі, як Intel, Samsung, Micron, Hynix і Taiwan Semiconductor, настойваюць на шырокім прыняцці 3D NAND, які складвае транзістары ў тры вымярэння ўнутры мікрасхемы.
Рэзістыўная аператыўная памяць (АЗП). Гэтая тэхналогія выкарыстоўвае супраціўленне замест электрычнага зарада для захоўвання бітаў (0 і 1 с) памяці.
3d фішкі. Гэта будзе абмяркоўвацца больш падрабязна ў наступным раздзеле серыі, але коратка, 3d фішкі імкнуцца аб'яднаць вылічэнні і захоўванне дадзеных у вертыкальна складзеных пластах, тым самым паляпшаючы хуткасць апрацоўкі і зніжаючы спажыванне энергіі.
Памяць змены фазы (PCM). тэхніка за PCM у асноўным награвае і астуджае халькагеніднае шкло, пераводзячы яго з крышталізаванага ў некрышталізаваны стан, кожны са сваім унікальным электрычным супрацівам, які прадстаўляе двайковыя 0 і 1. Пасля ўдасканалення гэтая тэхналогія праслужыць значна даўжэй, чым сучасныя варыянты аператыўнай памяці, і з'яўляецца энерганезалежнай, што азначае ён можа захоўваць дадзеныя, нават калі харчаванне адключана (у адрозненне ад традыцыйнай аператыўнай памяці).
Памяць з адвольным доступам з перадачай крутоўнага моманту (STT-RAM). Магутны Франкенштэйн, які спалучае ў сабе магутнасць Дынамічнае АЗП з хуткасцю SRAM, разам з палепшанай энерганезалежнасцю і амаль неабмежаванай трываласцю.
3D XPOINT. Дзякуючы гэтай тэхналогіі, замест таго, каб спадзявацца на транзістары для захоўвання інфармацыі, 3D Xpoint выкарыстоўвае мікраскапічную сетку правадоў, каардынаваных "селектарам", якія ўкладваюцца адзін на аднаго. Пасля ўдасканалення гэта можа зрабіць рэвалюцыю ў індустрыі, паколькі 3D Xpoint энерганезалежны, будзе працаваць у тысячы разоў хутчэй, чым флэш-памяць NAND, і ў 10 разоў шчыльней, чым DRAM.

Іншымі словамі, памятаеце, калі мы казалі: «Жорсткія дыскі і цвёрдацельныя назапашвальнікі можна параўнаць з доўгатэрміновай памяццю, у той час як флэш-памяць больш падобная на кароткачасовую памяць»? Што ж, 3D Xpoint будзе працаваць з абодвума і рабіць гэта лепш, чым кожны з іх паасобку.

Незалежна ад таго, які варыянт выйграе, усе гэтыя новыя формы флэш-памяці будуць прапаноўваць большы аб'ём памяці, хуткасць, цягавітасць і энергаэфектыўнасць.

Інавацыі доўгатэрміновага захоўвання. Між тым, для тых выпадкаў выкарыстання, дзе хуткасць мае меншае значэнне, чым захаванне вялікіх аб'ёмаў даных, у цяперашні час распрацоўваюцца новыя тэарэтычныя тэхналогіі:

Істужачныя назапашвальнікі. Вынайдзеныя больш за 60 гадоў таму, мы першапачаткова выкарыстоўвалі стужкавыя назапашвальнікі для архівавання падатковых і медыцынскіх дакументаў. Сёння гэтая тэхналогія ўдасканальваецца амаль да свайго тэарэтычнага піку IBM усталёўвае рэкорд шляхам архівавання 330 тэрабайт несціснутых даных (~330 мільёнаў кніг) у картрыдж памерам з вашу руку.
Захоўванне ДНК. Даследчыкі з Універсітэта Вашынгтона і Microsoft Research распрацаваў сістэму кадзіраваць, захоўваць і атрымліваць лічбавыя дадзеныя з дапамогай малекул ДНК. Пасля ўдасканалення гэтая сістэма аднойчы можа архіваваць інфармацыю ў мільёны разоў кампактней, чым сучасныя тэхналогіі захоўвання даных.
Кілабайт перазапісвальнай атамнай памяці. Маніпулюючы асобнымі атамамі хлору на плоскім лісце медзі, пісалі навукоўцы 1-кілабайтнае паведамленне пры 500 тэрабітах на квадратны цаля - прыкладна ў 100 разоў больш інфармацыі на квадратны цаля, чым самы эфектыўны жорсткі дыск на рынку.
5D захоўванне дадзеных. Гэтая спецыяльная сістэма захоўвання дадзеных, створаная Універсітэтам Саўтгемптана, мае ёмістасць даных 360 ТБ/дыск, тэрмаўстойлівасць да 1,000°C і практычна неабмежаваны тэрмін службы пры пакаёвай тэмпературы (13.8 мільярда гадоў пры 190°C). Іншымі словамі, 5D-сховішча дадзеных было б ідэальным для архіўнага выкарыстання ў музеях і бібліятэках.

Праграмна вызначаная інфраструктура захоўвання (SDS). Не толькі абсталяванне для захоўвання дадзеных з'яўляецца інавацыйным, але і праграмнае забеспячэнне, якое яго запускае, таксама перажывае захапляльную распрацоўку. SDS выкарыстоўваецца ў асноўным у камп'ютэрных сетках буйных кампаній або воблачных службах захоўвання дадзеных, дзе даныя захоўваюцца цэнтралізавана і да іх атрымліваюць доступ праз асобныя падлучаныя прылады. У асноўным ён бярэ агульны аб'ём ёмістасці для захоўвання дадзеных у сетцы і падзяляе яго сярод розных службаў і прылад, якія працуюць у сетцы. Лепшыя сістэмы SDS увесь час кадуюцца для больш эфектыўнага выкарыстання існуючага (замест новага) абсталявання для захоўвання дадзеных.

Ці спатрэбіцца нам сховішча ў будучыні?

Добра, так што тэхналогія захоўвання значна палепшыцца на працягу наступных некалькіх дзесяцігоддзяў. Але тое, што мы павінны разгледзець, гэта тое, якая розніца ў гэтым?

Сярэднестатыстычны чалавек ніколі не будзе выкарыстоўваць тэрабайт памяці, даступны ў апошніх мадэлях настольных кампутараў. А яшчэ праз два-чатыры гады ў вашым наступным смартфоне будзе дастаткова месца для захоўвання фатаграфій і відэа на цэлы год без неабходнасці вясновай чысткі прылады. Безумоўна, ёсць меншасць людзей, якія любяць назапашваць велізарныя аб'ёмы дадзеных на сваіх камп'ютарах, але для астатніх з нас існуе шэраг тэндэнцый, якія зніжаюць нашу патрэбу ў празмернай прасторы для захоўвання прыватных дыскаў.

Паслугі трансляцыі. Калісьці ў нашых музычных калекцыях зьбіраліся кружэлкі, потым касэты, потым дыскі. У 90-х гадах песні сталі алічбоўваць у фармаце MP3, каб назапашваць іх тысячамі (спачатку праз торэнты, потым усё больш і больш праз лічбавыя крамы, такія як iTunes). Цяпер замест таго, каб захоўваць і арганізоўваць музычную калекцыю на хатнім камп'ютары або тэлефоне, мы можам перадаваць бясконцую колькасць песень і слухаць іх у любым месцы праз такія сэрвісы, як Spotify і Apple Music.

Гэты прагрэс спачатку скараціў фізічную прастору, якую займала музыка дома, а потым лічбавую прастору на вашым камп'ютары. Цяпер усё гэта можа быць заменена знешнім сэрвісам, які забяспечвае вам танны і зручны доступ у любым месцы і ў любы час да ўсёй музыкі, якую вы хочаце пажадаць. Вядома, у большасці з вас, хто чытае гэта, напэўна, усё яшчэ ёсць некалькі кампакт-дыскаў, у большасці ўсё яшчэ будзе салідная калекцыя MP3-файлаў на іх кампутары, але наступнае пакаленне карыстальнікаў камп'ютараў не будзе марнаваць час на запаўненне сваіх камп'ютараў музыкай, якую яны могуць свабодны доступ у Інтэрнэце.

Відавочна, скапіруйце ўсё, што я толькі што сказаў пра музыку, і прымяніце гэта да кіно і тэлебачання (прывітанне, Netflix!), і эканомія асабістага сховішча будзе расці.

сацыяльныя медыя. У сувязі з тым, што музыка, фільмы і тэлеперадачы забіваюць усё менш нашых персанальных камп'ютараў, наступнай па велічыні формай лічбавага кантэнту з'яўляюцца асабістыя фатаграфіі і відэа. Зноў жа, раней мы стваралі фатаграфіі і відэа фізічна, каб у канчатковым выніку збіраць пыл на нашых гарышчах. Потым нашы фатаграфіі і відэа перайшлі ў лічбавы фармат, каб зноў пыліцца ў глыбіні нашых кампутараў. І вось у чым праблема: мы рэдка праглядаем большасць фатаграфій і відэа, якія робім.

Але пасля з'яўлення сацыяльных сетак такія сайты, як Flickr і Facebook, далі нам магчымасць дзяліцца бясконцай колькасцю здымкаў з сеткай людзей, якія нам неабыякавыя, а таксама захоўваць гэтыя здымкі (бясплатна) у самаарганізаванай сістэме папак або часовай шкале. У той час як гэты сацыяльны элемент у спалучэнні з мініяцюрнымі камерамі тэлефонаў высокага класа значна павялічыў колькасць фатаграфій і відэа, зробленых звычайным чалавекам, ён таксама скараціў нашу звычку захоўваць фатаграфіі на нашых асабістых камп'ютарах, заахвочваючы нас захоўваць іх у інтэрнэце, прыватна або публічна.

Воблака і сэрвісы сумеснай працы. Улічваючы апошнія два пункты, застаецца толькі сціплы тэкставы дакумент (і некалькі іншых нішавых тыпаў даных). Гэтыя дакументы, у параўнанні з мультымедыя, якія мы толькі што абмяркоўвалі, звычайна настолькі малыя, што захоўваць іх на камп'ютары ніколі не будзе праблемай.

Аднак у нашым свеце, які становіцца ўсё больш мабільным, расце попыт на доступ да дакументаў на хаду. І тут зноў адбываецца той самы прагрэс, які мы абмяркоўвалі з музыкай — калі спачатку мы пераносілі дакументы з дапамогай дыскет, кампакт-дыскаў і USB, цяпер мы выкарыстоўваем больш зручныя і арыентаваныя на спажыўца хмарных сістэм захоўвання дадзеных такіх сэрвісаў, як Google Drive і Dropbox, якія захоўваюць нашы дакументы ў знешнім цэнтры апрацоўкі дадзеных, каб мы маглі бяспечна атрымліваць доступ у Інтэрнэце. Падобныя сэрвісы дазваляюць нам атрымліваць доступ да нашых дакументаў і абагульваць іх у любым месцы, у любы час, на любой прыладзе або аперацыйнай сістэме.

Па праўдзе кажучы, выкарыстанне струменевых сэрвісаў, сацыяльных сетак і воблачных сэрвісаў не абавязкова азначае, што мы перанясем усё ў воблака — некаторыя рэчы мы аддаем перавагу заставацца занадта прыватнымі і бяспечнымі, — але гэтыя сэрвісы скарацілі і будуць працягваць скарачаць, агульны аб'ём фізічнай прасторы для захоўвання даных, які нам патрэбны год за годам.

Чаму экспанентна большае сховішча мае значэнне

У той час як сярэдні чалавек можа адчуваць меншую патрэбу ў большай колькасці лічбавых сховішчаў, існуюць вялікія сілы, якія рухаюць Закон Крайдэра.

Па-першае, з-за амаль штогадовага спісу парушэнняў бяспекі ў шэрагу кампаній, якія прадстаўляюць тэхнічныя і фінансавыя паслугі — кожная з якіх ставіць пад пагрозу лічбавую інфармацыю мільёнаў людзей — сярод грамадскасці справядліва расце занепакоенасць канфідэнцыяльнасцю даных. У залежнасці ад індывідуальных патрэб гэта можа стымуляваць грамадскі попыт на большыя і танныя варыянты захоўвання даных для асабістага карыстання, каб пазбегнуць залежнасці ад воблака. Будучыя людзі могуць нават наладзіць прыватныя серверы захоўвання даных у сваіх дамах для знешняга падключэння замест таго, каб залежаць ад сервераў, якія належаць буйным тэхналагічным кампаніям.

Яшчэ адно меркаванне заключаецца ў тым, што абмежаванні захоўвання дадзеных у цяперашні час блакуюць прагрэс у шэрагу сектараў ад біятэхналогій да штучнага інтэлекту. Сектары, якія залежаць ад назапашвання і апрацоўкі вялікіх даных, павінны захоўваць усё большыя аб'ёмы даных для ўкаранення новых прадуктаў і паслуг.

Далей, да канца 2020-х гадоў, Інтэрнэт рэчаў (IoT), аўтаномныя транспартныя сродкі, робаты, дапоўненая рэальнасць і іншыя такія перадавыя тэхналогіі новага пакалення будуць стымуляваць інвестыцыі ў тэхналогіі захоўвання дадзеных. Гэта адбываецца таму, што для працы гэтых тэхналогій ім трэба будзе мець вылічальную магутнасць і ёмістасць для захоўвання, каб разумець наваколле і рэагаваць у рэжыме рэальнага часу без пастаяннай залежнасці ад воблака. Мы даследуем гэтую канцэпцыю далей кіраўнік пяты гэтай серыі.

І, нарэшце, Інтэрнэт рэчаў (поўнае тлумачэнне ў нашым Будучыня Інтэрнэту серыі) прывядуць да мільярдаў да трыльёнаў датчыкаў, якія будуць адсочваць рух або стан мільярдаў да трыльёнаў рэчаў. Вялізныя аб'ёмы даных, якія будуць вырабляць гэтыя незлічоныя датчыкі, запатрабуюць эфектыўнай ёмістасці для захоўвання, перш чым яны змогуць эфектыўна апрацоўвацца суперкампутарамі, якія мы разгледзім у канцы гэтай серыі.

Увогуле, у той час як сярэдні чалавек будзе ўсё больш скарачаць сваю патрэбу ў асабістым лічбавым сховішчы, усе на планеце па-ранейшаму будуць атрымліваць ускосную карысць ад бясконцай ёмістасці захоўвання, якую прапануюць будучыя тэхналогіі лічбавага захоўвання. Безумоўна, як было сказана раней, будучыня сховішчаў - за воблакам, але перш чым мы зможам паглыбіцца ў гэтую тэму, нам спачатку трэба зразумець бясплатныя рэвалюцыі, якія адбываюцца на баку апрацоўкі (мікрачыпаў) кампутарнага бізнесу - тэма наступнага раздзела.