Quantumrun

КРЕДИТ ЗА ИЗОБРАЖЕНИЕ: Quantumrun

Революцията в цифровото съхранение: Бъдещето на компютрите P3

Дейвид Тал, издател, футурист
@DavidTalПише
LinkedIn

вт., 09 г. - 15:2020 ч

Повечето от вас, които четете това, вероятно си спомняте скромната дискета и това е солидно 1.44 MB дисково пространство. Някои от вас вероятно са завиждали на този един приятел, когато той извади първото USB флаш устройство с неговите чудовищни 8 MB пространство по време на училищен проект. В днешно време магията е изчезнала и ние сме изморени. Един терабайт памет идва стандартно в повечето настолни компютри от 2018 г., а Kingston дори продава USB устройства с един терабайт сега.

Нашата мания за съхранение нараства с година на година, тъй като консумираме и създаваме все повече цифрово съдържание, независимо дали става дума за училищен доклад, снимка от пътуване, микстейп на вашата група или видеоклип на GoPro, на който карате ски по Уислър. Други тенденции като нововъзникващия интернет на нещата само ще ускорят планината от данни, които светът произвежда, добавяйки допълнително ракетно гориво към търсенето на цифрово съхранение

Ето защо, за да обсъдим правилно съхранението на данни, наскоро решихме да редактираме тази глава, като я разделим на две. Тази половина ще обхване технологичните иновации в съхранението на данни и тяхното въздействие върху средните дигитални потребители. Междувременно следващата глава ще обхване предстоящата революция в облака.

Подготвят се иновации за съхранение на данни

(TL; DR – Следващият раздел очертава новата технология, която ще позволи все по-големи количества данни да се съхраняват на все по-малки и по-ефективни устройства за съхранение. Ако не ви е грижа за технологията, но вместо това искате да прочетете за по-широк тенденции и въздействия около съхранението на данни, тогава препоръчваме да преминете към следващото подзаглавие.)

Много от вас вече са чували за закона на Мур (наблюдението, че броят на транзисторите в една плътна интегрална схема се удвоява приблизително на всеки две години), но от страна на компютърния бизнес за съхранение имаме Закона на Крайдер – основно способността ни да свиваме все повече битове в намаляващите твърди дискове също се удвояват приблизително на всеки 18 месеца. Това означава, че човекът, който е похарчил $1,500 за 5MB преди 35 години, сега може да похарчи $600 за 6TB устройство.

Това е невероятен напредък и няма да спре скоро.

Следващият списък е кратък поглед върху краткосрочните и дългосрочните иновации, които производителите на цифрови хранилища ще използват, за да задоволят нашето гладно за съхранение общество.

По-добри твърди дискове. До началото на 2020 г. производителите ще продължат да изграждат традиционни твърди дискове (HDD), опаковайки повече памет, докато вече не можем да създаваме твърди дискове с по-голяма плътност. Техниките, изобретени, за да ръководят това последно десетилетие на HDD технологиите, включват Shingled Magnetic Recording (SMR), последвано от Двуизмерен магнитен запис (TDMR) и потенциално Магнитен запис с помощта на топлина (HAMR).

Твърди твърди дискове. Замяната на традиционния твърд диск, отбелязан по-горе, е твърд диск (SATA SSD). За разлика от твърдите дискове, SSD дисковете нямат въртящи се дискове - всъщност те изобщо нямат движещи се части. Това позволява на SSD дисковете да работят много по-бързо, с по-малки размери и с по-голяма издръжливост от предшественика си. SSD вече са стандарт за днешните лаптопи и постепенно се превръщат в стандартен хардуер за повечето нови модели настолни компютри. И макар първоначално да са далеч по-скъпи от HDD, техните цената пада по-бързо от твърдите дискове, което означава, че продажбите им могат да изпреварят HDD директно до средата на 2020-те години.

Постепенно се въвеждат и SSD от следващо поколение, като производителите преминават от SATA SSD към PCIe SSD, които имат поне шест пъти по-голяма честотна лента от SATA дисковете и нарастват.

Флаш паметта става 3D. Но ако скоростта е целта, няма нищо по-добро от съхраняването на всичко в паметта.

HDD и SSD могат да бъдат сравнени с вашата дългосрочна памет, докато флашът е по-близък до вашата краткосрочна памет. И точно като вашия мозък, компютърът традиционно се нуждае от двата вида памет, за да функционира. Обикновено наричани памет с произволен достъп (RAM), традиционните персонални компютри обикновено идват с две RAM памети от 4 до 8 GB всяка. Междувременно най-успешните играчи като Samsung вече продават 2.5D карти с памет, които съдържат 128 GB всяка - невероятно за хардкор геймърите, но по-практично за суперкомпютри от следващо поколение.

Предизвикателството с тези карти с памет е, че те се сблъскват със същите физически ограничения, пред които са изправени твърдите дискове. Още по-лошо, колкото по-малките транзистори стават вътре в RAM, толкова по-лошо се представят с течение на времето – транзисторите стават по-трудни за изтриване и прецизно записване, в крайна сметка удряйки стена на производителността, която принуждава тяхната замяна с нови RAM памети. В светлината на това компаниите започват да създават следващото поколение карти с памет:

3D NAND. Компании като Intel, Samsung, Micron, Hynix и Taiwan Semiconductor настояват за широкомащабно приемане на 3D NAND, който подрежда транзистори в три измерения вътре в чип.
Резистивна памет с произволен достъп (RAM). Тази технология използва съпротивление вместо електрически заряд, за да съхранява битове (0s и 1s) памет.
3D чипове. Това ще бъде обсъдено по-подробно в следващата глава от поредицата, но накратко, 3D чипове имат за цел да комбинират изчисления и съхранение на данни във вертикално подредени слоеве, като по този начин подобряват скоростите на обработка и намаляват потреблението на енергия.
Памет за промяна на фазата (PCM), Най- технология зад PCM основно загрява и охлажда халкогенидното стъкло, премествайки го между кристализирани към некристализирани състояния, всяко със своите уникални електрически съпротивления, представляващи двоичните 0 и 1. Веднъж усъвършенствана, тази технология ще издържи много по-дълго от настоящите варианти на RAM и е енергонезависима, което означава може да съхранява данни дори когато захранването е изключено (за разлика от традиционната RAM).
Памет с произволен достъп за прехвърляне на въртящ момент (STT-RAM). Мощен Франкенщайн, който съчетава капацитета на DRAM със скоростта на SRAM, заедно с подобрена непроменливост и почти неограничена издръжливост.
3D XPoint. С тази технология, вместо да разчитаме на транзистори за съхраняване на информация, 3D Xpoint използва микроскопична мрежа от жици, координирани от "селектор", които са подредени една върху друга. Веднъж усъвършенстван, това може да революционизира индустрията, тъй като 3D Xpoint е енергонезависим, ще работи хиляди пъти по-бързо от NAND флаш паметта и 10 пъти по-плътна от DRAM.

С други думи, помните ли, когато казахме, че „HDD и SSD могат да бъдат сравнени с вашата дългосрочна памет, докато флашът е по-близък до вашата краткосрочна памет“? Е, 3D Xpoint ще се справи и с двете и ще го направи по-добре от всяко от двете поотделно.

Независимо коя опция печели, всички тези нови форми на флаш памет ще предложат повече капацитет на паметта, скорост, издръжливост и енергийна ефективност.

Иновации за дългосрочно съхранение. Междувременно, за тези случаи на употреба, при които скоростта има по-малко значение от запазването на големи количества данни, в момента се разработват нови и теоретични технологии:

Лентови устройства. Изобретени преди повече от 60 години, ние първоначално използвахме лентови устройства за архивиране на данъчни и здравни документи. Днес тази технология се усъвършенства близо до своя теоретичен връх IBM поставя рекорд чрез архивиране на 330 терабайта некомпресирани данни (~330 милиона книги) в лентова касета с размерите на ръката ви.
Съхранение на ДНК. Изследователи от Университета на Вашингтон и Microsoft Research разработи система за кодиране, съхраняване и извличане на цифрови данни с помощта на ДНК молекули. Веднъж усъвършенствана, тази система може един ден да архивира информацията милиони пъти по-компактно от настоящите технологии за съхранение на данни.
Килобайтова презаписваема атомна памет. Чрез манипулиране на отделни хлорни атоми върху плосък лист мед, пишат учени съобщение от 1 килобайт при 500 терабита на квадратен инч – приблизително 100 пъти повече информация на квадратен инч от най-ефективния твърд диск на пазара.
5D съхранение на данни. Тази специална система за съхранение, ръководена от Университета на Саутхемптън, разполага с капацитет от 360 TB/диск за данни, термична стабилност до 1,000°C и почти неограничен живот при стайна температура (13.8 милиарда години при 190°C). С други думи, 5D съхранението на данни би било идеално за архивни цели в музеи и библиотеки.

Софтуерно дефинирана инфраструктура за съхранение (SDS). Не само хардуерът за съхранение вижда иновации, но и софтуерът, който го управлява, също търпи вълнуващо развитие. SDS се използва най-вече в големи фирмени компютърни мрежи или услуги за съхранение в облак, където данните се съхраняват централно и достъпни чрез отделни, свързани устройства. По същество той взема общото количество капацитет за съхранение на данни в мрежа и го разделя между различните услуги и устройства, които работят в мрежата. По-добрите SDS системи се кодират през цялото време, за да използват по-ефективно съществуващия (вместо нов) хардуер за съхранение.

Ще имаме ли дори нужда от съхранение в бъдеще?

Добре, така че технологията за съхранение ще се подобри много през следващите няколко десетилетия. Но нещото, което трябва да вземем предвид, е каква е разликата?

Обикновеният човек никога няма да използва терабайта пространство за съхранение, което сега е налично в най-новите модели настолни компютри. И след още две до четири години вашият следващ смартфон ще има достатъчно място за съхранение, за да събере цяла година снимки и видеоклипове, без да се налага да почиствате устройството си. Разбира се, има малцинство от хора, които обичат да трупат огромни количества данни на компютрите си, но за останалите от нас има редица тенденции, които намаляват нуждата ни от прекомерно, частно притежавано дисково пространство.

Услуги за поточно предаване. Едно време музикалните ни колекции включваха събиране на плочи, после касети, после компактдискове. През 90-те години песните се дигитализираха в MP3, за да бъдат съхранявани от хиляди (първо чрез торенти, след това все повече и повече чрез дигитални магазини като iTunes). Сега, вместо да се налага да съхраняваме и организираме музикална колекция на домашния ви компютър или телефон, можем да предаваме поточно безкраен брой песни и да ги слушаме навсякъде чрез услуги като Spotify и Apple Music.

Тази прогресия първо намали физическото пространство, което музиката заема у дома, след това цифровото пространство на вашия компютър. Сега всичко това може да бъде заменено от външна услуга, която ви предоставя евтин и удобен достъп навсякъде/по всяко време до цялата музика, която искате. Разбира се, повечето от вас, които четете това, вероятно все още имате няколко компактдиска, повечето все още ще имат солидна колекция от MP3 на компютъра си, но следващото поколение компютърни потребители няма да си губят времето да пълнят компютрите си с музика, която могат достъп безплатно онлайн.

Очевидно копирайте всичко, което току-що казах за музиката, и го приложете към филмите и телевизията (здравей, Netflix!) и спестяванията от лично хранилище продължават да растат.

социални медии. С музиката, филмите и телевизионните предавания, които задръстват все по-малко от нашите персонални компютри, следващата по големина форма на цифрово съдържание са личните снимки и видеоклипове. Отново използвахме да създаваме снимки и видеоклипове физически, в крайна сметка, за да събираме прах по таваните си. След това нашите снимки и видеоклипове станаха цифрови, само за да събират прах отново в долните части на нашите компютри. И това е проблемът: рядко гледаме повечето от снимките и видеоклиповете, които правим.

Но след като социалните медии се появиха, сайтове като Flickr и Facebook ни дадоха възможността да споделяме безкраен брой снимки с мрежа от хора, на които държим, като същевременно съхраняваме тези снимки (безплатно) в самоорганизираща се система от папки или времева линия. Въпреки че този социален елемент, съчетан с миниатюрни телефонни камери от висок клас, значително увеличи броя на снимките и видеоклиповете, произведени от обикновения човек, той също намали навика ни да съхраняваме снимки на личните си компютри, насърчавайки ни да ги съхраняваме онлайн, частно или публично.

Облачни услуги и услуги за сътрудничество. Като се имат предвид последните две точки, остава само скромният текстов документ (и няколко други нишови типа данни). Тези документи, в сравнение с мултимедията, която току-що обсъдихме, обикновено са толкова малки, че съхраняването им на вашия компютър никога няма да бъде проблем.

Въпреки това, в нашия все по-мобилен свят, има нарастващо търсене на достъп до документи в движение. И тук отново същата прогресия, която обсъдихме с музиката, се случва тук – където първо транспортирахме документи с помощта на флопи дискове, компактдискове и USB, сега използваме по-удобни и ориентирани към потребителите Cloud съхранение услуги, като Google Drive и Dropbox, които съхраняват нашите документи във външен център за данни, за да имаме защитен онлайн достъп. Услуги като тези ни позволяват достъп и споделяне на нашите документи навсякъде, по всяко време, на всяко устройство или операционна система.

За да бъдем честни, използването на услуги за стрийминг, социални медии и облачни услуги не означава непременно, че ще преместим всичко в облака – някои неща предпочитаме да запазим прекалено поверителни и сигурни – но тези услуги са намалили и ще продължат да намаляват, общото количество физическо пространство за съхранение на данни, което трябва да притежаваме година след година.

Защо експоненциално повече място за съхранение има значение

Въпреки че средният индивид може да вижда по-малка нужда от повече цифрово хранилище, има големи сили, които движат закона на Kryder напред.

Първо, поради почти годишния списък с пробиви в сигурността в редица компании за технологични и финансови услуги – всяка от които застрашава цифровата информация на милиони хора – опасенията относно поверителността на данните с право нарастват сред обществеността. В зависимост от индивидуалните нужди, това може да стимулира общественото търсене на по-големи и по-евтини опции за съхранение на данни за лична употреба, за да се избегне зависимостта от облака. Бъдещите индивиди може дори да създадат частни сървъри за съхранение на данни в домовете си, за да се свързват с външни, вместо да зависят от сървъри, притежавани от големите технологични компании.

Друго съображение е, че ограниченията за съхранение на данни в момента блокират напредъка в редица сектори от биотехнологиите до изкуствения интелект. Секторите, които зависят от натрупването и обработката на големи данни, трябва да съхраняват все по-големи количества данни, за да обновяват нови продукти и услуги.

След това, до края на 2020 г., Интернет на нещата (IoT), автономни превозни средства, роботи, добавена реалност и други подобни „модерни технологии“ от следващо поколение ще стимулират инвестициите в технологии за съхранение. Това е така, защото за да работят тези технологии, те ще трябва да имат изчислителна мощност и капацитет за съхранение, за да разберат заобикалящата ги среда и да реагират в реално време без постоянна зависимост от облака. Ние изследваме тази концепция по-нататък глава пета от тази серия.

И накрая, Интернет на нещата (обяснено напълно в нашия Бъдещето на Интернет серия) ще доведе до милиарди до трилиони сензори, проследяващи движението или състоянието на милиарди до трилиони неща. Огромните количества данни, които тези безброй сензори ще произвеждат, ще изискват ефективен капацитет за съхранение, преди да могат да бъдат ефективно обработени от суперкомпютрите, които ще разгледаме в края на тази серия.

Като цяло, докато обикновеният човек все повече ще намалява нуждата си от лично притежаван хардуер за цифрово съхранение, всички на планетата все още ще се възползват косвено от безкрайния капацитет за съхранение, който бъдещите технологии за цифрово съхранение ще предложат. Разбира се, както бе намекнато по-рано, бъдещето на съхранението е в облака, но преди да можем да се потопим дълбоко в тази тема, първо трябва да разберем допълнителните революции, случващи се от страната на обработката (микрочипове) на компютърния бизнес – тема на следващата глава.