Quantumrun

KREDIT ZA SLIKU: Quantumrun

Revolucija digitalnog skladištenja: Budućnost računara P3

David Tal, izdavač, futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Uto, 09 - 15:2020

Većina vas koji ovo čitate vjerovatno se sjećaju skromne diskete i to je solidnih 1.44 MB prostora na disku. Neki od vas su verovatno bili ljubomorni na tog jednog prijatelja kada je izvadio prvi USB fleš disk, sa svojih monstruoznih 8MB prostora, tokom školskog projekta. Danas je magija nestala, a mi smo se umorili. Jedan terabajt memorije je standardan u većini desktop računara iz 2018. godine—a Kingston sada čak prodaje i jedan terabajt USB drajvova.

Naša opsesija skladištenjem raste iz godine u godinu kako konzumiramo i stvaramo sve više digitalnog sadržaja, bilo da je to školski izvještaj, fotografija s putovanja, miksejp vašeg benda ili GoPro video na kojem skijate niz Whistler. Drugi trendovi poput interneta stvari u nastajanju samo će ubrzati brdo podataka koje svijet proizvodi, dodajući dodatno raketno gorivo potražnji za digitalnom pohranom

Zbog toga smo nedavno odlučili da uredimo ovo poglavlje da bismo pravilno razgovarali o skladištenju podataka, podelivši ga na dva dela. Ova polovina će pokriti tehnološke inovacije u skladištenju podataka i njihov uticaj na prosečne digitalne potrošače. U međuvremenu, sljedeće poglavlje će pokriti nadolazeću revoluciju u oblaku.

Inovacije za skladištenje podataka u pripremi

(TL;DR - Sljedeći odjeljak opisuje novu tehnologiju koja će omogućiti da se sve veće količine podataka pohranjuju na sve manje i efikasnije diskove za pohranu. Ako vam nije stalo do tehnologije, već želite čitati o širem trendove i uticaje oko skladištenja podataka, onda preporučujemo da preskočite na sledeći podnaslov.)

Mnogi od vas su već čuli za Mooreov zakon (zapažanje da se broj tranzistora u gustom integrisanom kolu udvostručuje otprilike svake dvije godine), ali na strani pohranjivanja podataka u kompjuterskom poslovanju imamo Kryderov zakon – u osnovi, našu sposobnost da stisnemo sve više uložaka u smanjenje hard diskova takođe se udvostručuje otprilike svakih 18 meseci. To znači da osoba koja je prije 1,500 godina potrošila 5 dolara za 35 MB sada može potrošiti 600 dolara za disk od 6 TB.

Ovo je zapanjujući napredak i neće stati uskoro.

Sljedeća lista je kratak uvid u kratkoročne i dugoročne inovacije koje će proizvođači digitalne memorije koristiti da zadovolje naše društvo gladno skladištenja.

Bolji hard diskovi. Do ranih 2020-ih, proizvođači će nastaviti sa pravljenjem tradicionalnih hard diskova (HDD), pakovanjem više memorijskog kapaciteta sve dok više ne budemo mogli praviti čvrste diskove. Tehnike izumljene da vode ovu posljednju deceniju HDD tehnologije uključuju Magnetno snimanje sa šindrom (SMR), praćeno Dvodimenzionalno magnetno snimanje (TDMR), i potencijalno Magnetno snimanje uz pomoć topline (HAMR).

Solid state hard diskovi. Zamena tradicionalnog hard diska koji je gore naveden je solid state hard disk (SATA SSD). Za razliku od HDD-a, SSD-ovi nemaju diskove koji se okreću—u stvari, nemaju nikakve pokretne dijelove. Ovo omogućava SSD-ovima da rade daleko brže, na manjim veličinama i sa većom izdržljivošću od svojih prethodnika. SSD-ovi su već standard na današnjim laptopima i postepeno postaju standardni hardver na većini novih desktop modela. I dok je originalno mnogo skuplji od HDD-a, njihov cijena pada brže od HDD-a, što znači da bi njihova prodaja mogla potpuno nadmašiti HDD-ove do sredine 2020-ih.

SSD-ovi nove generacije se također postepeno uvode, a proizvođači prelaze sa SATA SSD-ova na PCIe SSD-ove koji imaju najmanje šest puta veću propusnost od SATA diskova i rastu.

Flash memorija postaje 3D. Ali ako je brzina cilj, ništa nije bolje od pohranjivanja svega u memoriju.

HDD-ovi i SSD-ovi mogu se uporediti s vašom dugotrajnom memorijom, dok je flash sličniji vašoj kratkoročnoj memoriji. I baš kao i vašem mozgu, kompjuteru su tradicionalno potrebne obje vrste memorije da bi funkcionirao. Uobičajeno nazvana memorija sa slučajnim pristupom (RAM), tradicionalni personalni računari obično dolaze sa dva štapa RAM-a od 4 do 8 GB svaki. U međuvremenu, najteži igrači kao što je Samsung sada prodaju 2.5D memorijske kartice koje sadrže 128 GB svaka – nevjerovatno za hardcore igrače, ali praktičnije za superračunare sljedeće generacije.

Izazov s ovim memorijskim karticama je što se suočavaju s istim fizičkim ograničenjima s kojima se suočavaju tvrdi diskovi. Što je još gore, što sitniji tranzistori postaju unutar RAM-a, to su lošiji tokom vremena - tranzistori se teže brišu i precizno pišu, na kraju udarajući o zid performansi koji prisiljava njihovu zamjenu novim RAM štapićima. U svetlu ovoga, kompanije počinju da prave sledeću generaciju memorijskih kartica:

3D NAND. Kompanije kao što su Intel, Samsung, Micron, Hynix i Taiwan Semiconductor zalažu se za široko usvajanje 3D NAND, koji slaže tranzistore u tri dimenzije unutar čipa.
Otporna memorija slučajnog pristupa (RAM). Ova tehnologija koristi otpor umjesto električnog naboja za spremanje bitova (0s i 1s) memorije.
3D čipovi. O tome će se detaljnije raspravljati u sljedećem poglavlju serije, ali ukratko, 3D čipovi imaju za cilj da kombinuju računarstvo i skladištenje podataka u vertikalno naslaganim slojevima, čime se poboljšavaju brzine obrade i smanjuju potrošnja energije.
Memorija promjene faze (PCM). The tehnologija iza PCM-a u osnovi zagrijava i hladi halkogenidno staklo, prebacujući ga između kristaliziranih u nekristalizirana stanja, svako sa svojim jedinstvenim električnim otporom koji predstavlja binarni 0 i 1. Jednom usavršena, ova tehnologija će trajati mnogo duže od trenutnih RAM varijanti i nepostojana je, što znači može zadržati podatke čak i kada je napajanje isključeno (za razliku od tradicionalne RAM memorije).
Memorija sa slučajnim pristupom okretnog momenta (STT-RAM). Moćan Frankenštajn koji kombinuje kapacitet DRAM sa brzinom od SRAM, zajedno sa poboljšanom nepromjenljivošću i gotovo neograničenom izdržljivošću.
3D XPoint. Sa ovom tehnologijom, umjesto oslanjanja na tranzistore za pohranjivanje informacija, 3D Xpoint koristi mikroskopsku mrežu žica, koordinisanih "selektorom" koje su naslagane jedna na drugu. Jednom usavršeno, ovo bi moglo revolucionirati industriju jer je 3D Xpoint nepostojan, radit će hiljadama puta brže od NAND flash memorije i 10 puta gušće od DRAM-a.

Drugim riječima, sjetite se kada smo rekli “HDD i SSD-ovi se mogu uporediti s vašom dugotrajnom memorijom, dok je flash više srodni vašoj kratkoročnoj memoriji”? Pa, 3D Xpoint će se nositi i sa jednim i sa drugim i to bolje nego bilo koji od njih odvojeno.

Bez obzira koja opcija pobijedi, svi ovi novi oblici flash memorije će ponuditi više memorijskog kapaciteta, brzine, izdržljivosti i energetske efikasnosti.

Inovacije za dugotrajno skladištenje. U međuvremenu, za one slučajeve upotrebe u kojima je brzina manje bitna od očuvanja velike količine podataka, nove i teorijske tehnologije su trenutno u radu:

Pogoni trake. Izumljeni prije više od 60 godina, prvobitno smo koristili trake za arhiviranje poreznih i zdravstvenih dokumenata. Danas se ova tehnologija usavršava blizu svog teoretskog vrhunca IBM postavlja rekord arhiviranjem 330 terabajta nekomprimovanih podataka (~330 miliona knjiga) u kasetu trake veličine vaše ruke.
Skladištenje DNK. Istraživači sa Univerziteta Washington i Microsoft Research razvio sistem za kodiranje, pohranjivanje i preuzimanje digitalnih podataka koristeći DNK molekule. Jednom usavršen, ovaj sistem može jednog dana arhivirati informacije milione puta kompaktnije od trenutnih tehnologija za skladištenje podataka.
Kilobajtna prepisiva atomska memorija. Manipuliranjem pojedinačnih atoma hlora na ravnom listu bakra, pisali su naučnici poruka od 1 kilobajta na 500 terabita po kvadratnom inču – otprilike 100 puta više informacija po kvadratnom inču od najefikasnijeg hard diska na tržištu.
5D skladištenje podataka. Ovaj specijalni sistem za skladištenje podataka, predvođen Univerzitetom u Sautemptonu, ima kapacitet podataka od 360 TB/disk, termičku stabilnost do 1,000°C i skoro neograničen životni vek na sobnoj temperaturi (13.8 milijardi godina na 190°C). Drugim riječima, 5D skladištenje podataka bilo bi idealno za arhivsku upotrebu u muzejima i bibliotekama.

Softverski definirana infrastruktura za pohranu (SDS). Nije samo hardver za skladištenje taj koji doživljava inovacije, već i softver koji ga pokreće takođe prolazi kroz uzbudljiv razvoj. SDS se uglavnom koristi u računarskim mrežama velikih kompanija ili servisima za pohranu u oblaku gdje se podaci pohranjuju centralno i pristupaju preko pojedinačnih povezanih uređaja. U osnovi uzima ukupnu količinu kapaciteta za pohranu podataka u mreži i odvaja je između različitih usluga i uređaja koji rade na mreži. Bolji SDS sistemi se kodiraju cijelo vrijeme kako bi se efikasnije koristio postojeći (umjesto novog) hardvera za skladištenje.

Hoće li nam uopće trebati skladište u budućnosti?

U redu, tehnologija skladištenja će se znatno poboljšati u narednih nekoliko decenija. Ali stvar koju moramo razmotriti je kakva je to razlika?

Prosječna osoba nikada neće iskoristiti terabajt prostora za pohranu koji je sada dostupan u najnovijim modelima desktop računara. A u naredne dvije do četiri godine, vaš sljedeći pametni telefon imat će dovoljno prostora za skladištenje slika i videozapisa u vrijednosti od godinu dana bez potrebe za proljetnim čišćenjem uređaja. Naravno, postoji manjina ljudi koji vole da gomilaju ogromne količine podataka na svojim računarima, ali za nas ostale, postoje brojni trendovi koji smanjuju našu potrebu za prekomernim prostorom na disku u privatnom vlasništvu.

Streaming usluge. Nekada su naše muzičke kolekcije bile sakupljanje ploča, pa kaseta, pa CD-a. U 90-im godinama, pjesme su digitalizovane u MP3 datoteke koje su gomilale na hiljade (prvo putem torrenta, a zatim sve više i više putem digitalnih prodavnica kao što je iTunes). Sada, umjesto da moramo pohranjivati i organizirati muzičku kolekciju na vašem kućnom računaru ili telefonu, možemo strimovati beskonačan broj pjesama i slušati ih bilo gdje putem usluga kao što su Spotify i Apple Music.

Ovaj napredak prvo je smanjio fizički prostor koji muzika zauzima kod kuće, a zatim digitalni prostor na vašem računaru. Sada sve to može biti zamijenjeno eksternom uslugom koja vam pruža jeftin i praktičan, bilo gdje/bilo kada pristup svoj muzici koju želite. Naravno, većina vas koji ovo čitate vjerovatno još uvijek ima nekoliko CD-ova naokolo, većina će i dalje imati solidnu kolekciju MP3-ova na svom kompjuteru, ali sljedeća generacija korisnika računara neće gubiti vrijeme puneći svoje kompjutere muzikom koju mogu pristup slobodan online.

Očigledno, kopirajte sve što sam upravo rekao o muzici i primijenite to na film i televiziju (zdravo, Netflix!) i uštede lične memorije stalno rastu.

društvenih medija. Uz muziku, filmove i TV emisije koje sve manje začepljuju naše osobne računare, sljedeći najveći oblik digitalnog sadržaja su lične slike i video zapisi. Opet, nekada smo fizički proizvodili slike i video zapise, na kraju da skupljamo prašinu na našim tavanima. Tada su naše slike i video zapisi postali digitalni, da bi ponovo skupili prašinu u donjem dijelu naših kompjutera. I to je problem: retko gledamo većinu slika i video zapisa koje snimimo.

Ali nakon što su se pojavili društveni mediji, sajtovi poput Flickr-a i Facebook-a dali su nam mogućnost da dijelimo beskonačan broj slika sa mrežom ljudi do kojih nam je stalo, a da te slike (besplatno) pohranjujemo u samoorganizirajući sistem foldera ili vremensku liniju. Dok je ovaj društveni element, zajedno s minijaturnim, vrhunskim telefonskim kamerama, uvelike povećao broj slika i video zapisa koje proizvodi prosječna osoba, on je također smanjio našu naviku pohranjivanja fotografija na našim privatnim računarima, ohrabrujući nas da ih čuvamo online, privatno. ili javno.

Usluge u oblaku i kolaboraciji. S obzirom na posljednje dvije tačke, ostaje samo skromni tekstualni dokument (i nekoliko drugih nišnih tipova podataka). Ovi dokumenti, u poređenju sa multimedijom o kojoj smo upravo govorili, obično su toliko mali da njihovo skladištenje na vašem računaru nikada neće biti problem.

Međutim, u našem sve mobilnijem svijetu, sve je veća potražnja za pristupom dokumentima u pokretu. I ovdje se opet događa ista progresija o kojoj smo razgovarali s muzikom – gdje smo prvo prenosili dokumente koristeći flopi diskove, CD-ove i USB-ove, sada koristimo praktičnije i orijentirane na potrošače Cloud Storage usluge, kao što su Google Drive i Dropbox, koji pohranjuju naše dokumente u eksternom podatkovnom centru kako bismo im mogli bezbedno pristupiti na mreži. Usluge poput ovih nam omogućavaju da pristupamo i dijelimo naše dokumente bilo gdje, bilo kada, na bilo kojem uređaju ili operativnom sistemu.

Da budemo pošteni, korištenje usluga striminga, društvenih medija i usluga u oblaku ne znači nužno da ćemo sve premjestiti u oblak – neke stvari radije držimo previše privatnim i sigurnim – ali ove usluge su se smanjile i nastavit će se smanjivati, ukupna količina fizičkog prostora za pohranu podataka koju trebamo posjedovati iz godine u godinu.

Zašto je važno eksponencijalno više prostora za skladištenje

Iako prosječan pojedinac može vidjeti manju potrebu za više digitalne memorije, u igri su velike sile koje vode Kryderov zakon naprijed.

Kao prvo, zbog skoro godišnje liste sigurnosnih propusta u nizu kompanija za tehnološke i finansijske usluge – od kojih svaka ugrožava digitalne informacije miliona pojedinaca – zabrinutost oko privatnosti podataka s pravom raste u javnosti. Ovisno o individualnim potrebama, ovo može pokrenuti javnu potražnju za većim i jeftinijim opcijama pohrane podataka za ličnu upotrebu kako bi se izbjeglo ovisno o oblaku. Budući pojedinci mogu čak postaviti privatne servere za pohranu podataka unutar svojih domova kako bi se povezali s eksternim putem umjesto da ovise o serverima u vlasništvu velikih tehnoloških kompanija.

Drugo razmatranje je da ograničenja pohrane podataka trenutno blokiraju napredak u brojnim sektorima od biotehnologije do umjetne inteligencije. Sektori koji zavise od akumulacije i obrade velikih podataka moraju skladištiti sve veće količine podataka kako bi inovirali nove proizvode i usluge.

Sljedeće, do kasnih 2020-ih, Internet stvari (IoT), autonomna vozila, roboti, proširena stvarnost i druge takve 'rubne tehnologije' sljedeće generacije potaknut će ulaganja u tehnologiju skladištenja. To je zato što će ove tehnologije raditi, trebat će imati računarsku snagu i kapacitet skladištenja da razumiju svoje okruženje i reagiraju u realnom vremenu bez stalne ovisnosti o oblaku. Ovaj koncept dalje istražujemo peto poglavlje ove serije.

Na kraju, Internet of Things (u potpunosti objašnjeno u našem Budućnost interneta serija) će rezultirati milijardama do triliona senzora koji prate kretanje ili status milijardi do triliona stvari. Ogromne količine podataka koje će proizvesti ovi bezbrojni senzori zahtijevat će efektivni kapacitet za skladištenje prije nego što ih efikasno obrađuju superračunari koje ćemo pokriti pred kraj ove serije.

Sve u svemu, dok će prosječna osoba sve više smanjiti svoju potrebu za ličnim hardverom za digitalno skladištenje podataka, svi na planeti će i dalje imati indirektne koristi od beskonačnog kapaciteta skladištenja koje će ponuditi buduće tehnologije digitalnog skladištenja. Naravno, kao što je ranije nagovešteno, budućnost skladištenja leži u oblaku, ali pre nego što zaronimo duboko u tu temu, prvo moramo da razumemo komplementarne revolucije koje se dešavaju na strani obrade (mikročipova) računarskog poslovanja – tema narednog poglavlja.