Quantumrun

CRÈDIT DE LA IMATGE: Quantumrun

La revolució de l'emmagatzematge digital: el futur dels ordinadors P3

David Tal, editor, futurista
@DavidTalWrites
LinkedIn

Dimarts, 09/15/2020 - 15:43

La majoria de vosaltres que llegiu això probablement recordeu l'humil disquet i té 1.44 MB d'espai en disc. Alguns de vosaltres probablement estaveu gelosos d'aquell amic quan va treure la primera unitat USB, amb els seus monstruosos 8 MB d'espai, durant un projecte escolar. Avui en dia, la màgia ha desaparegut i ens hem cansat. Un terabyte de memòria és estàndard a la majoria dels ordinadors de sobretaula del 2018, i Kingston fins i tot ven unitats USB d'un terabyte ara.

La nostra obsessió per l'emmagatzematge creix any rere any a mesura que consumim i creem cada cop més contingut digital, ja sigui un informe escolar, una foto de viatge, un mixtape de la teva banda o un vídeo de GoPro on esquies per Whistler. Altres tendències com l'emergent Internet de les coses només acceleraran la muntanya de dades que produeix el món, afegint més combustible per a coets a la demanda d'emmagatzematge digital.

És per això que per parlar de l'emmagatzematge de dades correctament, recentment hem decidit editar aquest capítol dividint-lo en dos. Aquesta meitat cobrirà les innovacions tecnològiques en l'emmagatzematge de dades i el seu impacte en els consumidors digitals mitjans. Mentrestant, el següent capítol tractarà la propera revolució al núvol.

Innovacions d'emmagatzematge de dades en procés

(TL;DR: la secció següent descriu la nova tecnologia que permetrà emmagatzemar quantitats cada cop més grans de dades en unitats d'emmagatzematge cada cop més petites i eficients. Si no us interessa la tecnologia, sinó que voleu llegir sobre la més àmplia tendències i impactes al voltant de l'emmagatzematge de dades, aleshores us recomanem passar al següent subtítol.)

Molts de vosaltres ja heu sentit parlar de la Llei de Moore (l'observació que el nombre de transistors en un circuit integrat dens es duplica aproximadament cada dos anys), però pel que fa a l'emmagatzematge del negoci informàtic, tenim la Llei de Kryder, bàsicament, la nostra capacitat d'esprémer. cada cop més fragments de discs durs que es redueixen també es doblan aproximadament cada 18 mesos. Això vol dir que la persona que va gastar 1,500 dòlars per 5 MB fa 35 anys ara pot gastar 600 dòlars per una unitat de 6 TB.

Aquest és un progrés al·lucinant i no s'aturarà aviat.

La llista següent és una breu visió de les innovacions a curt i llarg termini que faran servir els fabricants d'emmagatzematge digital per satisfer la nostra societat amb fam d'emmagatzematge.

Millors unitats de disc dur. Fins a principis de la dècada de 2020, els fabricants continuaran construint unitats de disc dur (HDD) tradicionals, amb més capacitat de memòria fins que ja no puguem construir discs durs més densos. Les tècniques inventades per liderar aquesta darrera dècada de tecnologia HDD inclouen Enregistrament magnètic amb teules (SMR), seguit de Enregistrament magnètic bidimensional (TDMR), i potencialment Enregistrament magnètic assistit per calor (HAMR).

Discs durs d'estat sòlid. El disc dur d'estat sòlid (SATA SSD) substitueix el disc dur tradicional indicat anteriorment. A diferència dels HDD, els SSD no tenen discs giratoris; de fet, no tenen cap part mòbil. Això permet que els SSD funcionin molt més ràpid, a mides més petites i amb més durabilitat que el seu predecessor. Els SSD ja són un estàndard als ordinadors portàtils actuals i s'estan convertint gradualment en maquinari estàndard a la majoria de models d'escriptori nous. I encara que originalment era molt més car que els HDD, el seu el preu està baixant més ràpidament que els HDD, el que significa que les seves vendes podrien superar els HDD a mitjans de la dècada de 2020.

Els SSD de propera generació també s'estan introduint gradualment, i els fabricants passen de SSD SATA a SSD PCIe que tenen almenys sis vegades l'amplada de banda de les unitats SATA i creixen.

La memòria flash passa a 3D. Però si l'objectiu és la velocitat, res millor que emmagatzemar-ho tot a la memòria.

Els discs durs i SSD es poden comparar amb la vostra memòria a llarg termini, mentre que el flaix és més semblant a la vostra memòria a curt termini. I igual que el teu cervell, un ordinador necessita tradicionalment ambdós tipus d'emmagatzematge per funcionar. Coneguda habitualment com a memòria d'accés aleatori (RAM), els ordinadors personals tradicionals solen venir amb dos sticks de memòria RAM de 4 a 8 GB cadascun. Mentrestant, els jugadors més pesats com Samsung venen ara targetes de memòria 2.5D amb 128 GB cadascuna, increïble per als jugadors hardcore, però més pràctica per als superordinadors de nova generació.

El repte d'aquestes targetes de memòria és que es troben amb les mateixes limitacions físiques a les quals s'enfronten els discs durs. Pitjor, els transistors més petits es tornen dins de la memòria RAM, pitjor funcionen amb el temps; els transistors són més difícils d'esborrar i escriure amb precisió, i finalment xoquen contra una paret de rendiment que obliga a substituir-los per llapis de memòria RAM nous. A la llum d'això, les empreses comencen a construir la propera generació de targetes de memòria:

3D NAND. Empreses com Intel, Samsung, Micron, Hynix i Taiwan Semiconductor estan pressionant per l'adopció a gran escala de 3D NAND, que apila transistors en tres dimensions dins d'un xip.
Memòria d'accés aleatori resistiva (RRAM). Aquesta tecnologia utilitza resistència en lloc d'una càrrega elèctrica per emmagatzemar bits (0 i 1) de memòria.
xips 3D. Això es tractarà amb més detall en el proper capítol de la sèrie, però en breu, xips 3D pretén combinar la informàtica i l'emmagatzematge de dades en capes apilades verticalment, millorant així la velocitat de processament i reduint el consum d'energia.
Memòria de canvi de fase (PCM). La tecnologia darrere dels PCM bàsicament escalfa i refreda el vidre de calcogenur, canviant-lo entre estats cristal·litzats a estats no cristal·litzats, cadascun amb les seves resistències elèctriques úniques que representen el 0 i l'1 binari. Un cop perfeccionada, aquesta tecnologia durarà molt més que les variants de RAM actuals i és no volàtil, és a dir pot contenir dades fins i tot quan l'alimentació està apagada (a diferència de la memòria RAM tradicional).
Memòria d'accés aleatori de parell de transferència de gir (STT-RAM). Un Frankenstein poderós que combina la capacitat de DRAM amb la velocitat de SRAM, juntament amb una no-volatilitat millorada i una resistència gairebé il·limitada.
3D XPoint. Amb aquesta tecnologia, en lloc de confiar en transistors per emmagatzemar informació, Xpoint 3D utilitza una malla microscòpica de cables, coordinada per un "selector" que s'apilen uns sobre els altres. Un cop perfeccionat, això podria revolucionar la indústria, ja que 3D Xpoint no és volàtil, funcionarà milers de vegades més ràpid que el flaix NAND i 10 vegades més dens que la DRAM.

En altres paraules, recordeu quan dèiem "Els HDD i els SSD es poden comparar amb la vostra memòria a llarg termini, mentre que el flaix és més semblant a la vostra memòria a curt termini"? Bé, 3D Xpoint gestionarà tots dos i ho farà millor que qualsevol de les dues per separat.

Independentment de quina opció guanyi, totes aquestes noves formes de memòria flash oferiran més capacitat de memòria, velocitat, resistència i eficiència energètica.

Innovacions d'emmagatzematge a llarg termini. Mentrestant, per a aquells casos d'ús en què la velocitat importa menys que la preservació de grans quantitats de dades, actualment s'estan treballant tecnologies noves i teòriques:

Unitats de cinta. Inventat fa més de 60 anys, originalment vam utilitzar unitats de cinta per arxivar documents fiscals i sanitaris. Avui, aquesta tecnologia s'està perfeccionant a prop del seu màxim teòric IBM estableix un rècord arxivant 330 terabytes de dades no comprimides (~ 330 milions de llibres) en un cartutx de cinta de la mida de la teva mà.
Emmagatzematge d'ADN. Investigadors de la Universitat de Washington i Microsoft Research desenvolupat un sistema per codificar, emmagatzemar i recuperar dades digitals mitjançant molècules d'ADN. Un cop perfeccionat, aquest sistema podria algun dia arxivar la informació milions de vegades més compacte que les tecnologies d'emmagatzematge de dades actuals.
Memòria atòmica reescrivible en kilobytes. En manipular àtoms de clor individuals en una làmina plana de coure, van escriure els científics un missatge d'1 kilobyte a 500 terabits per polzada quadrada, aproximadament 100 vegades més informació per polzada quadrada que el disc dur més eficient del mercat.
Emmagatzematge de dades 5D. Aquest sistema d'emmagatzematge especialitzat, encapçalat per la Universitat de Southampton, compta amb una capacitat de dades de 360 TB/disc, estabilitat tèrmica de fins a 1,000 °C i una vida útil gairebé il·limitada a temperatura ambient (13.8 milions d'anys a 190 °C). En altres paraules, l'emmagatzematge de dades 5D seria ideal per a usos d'arxiu en museus i biblioteques.

Infraestructura d'emmagatzematge definida per programari (SDS). No només el maquinari d'emmagatzematge està veient innovació, sinó que el programari que l'executa també està experimentant un desenvolupament emocionant. SDS s'utilitza principalment en xarxes d'ordinadors de grans empreses o serveis d'emmagatzematge al núvol on les dades s'emmagatzemen de manera centralitzada i s'hi accedeix mitjançant dispositius individuals connectats. Bàsicament pren la quantitat total de capacitat d'emmagatzematge de dades en una xarxa i la separa entre els diferents serveis i dispositius que s'executen a la xarxa. S'estan codificant millors sistemes SDS tot el temps per utilitzar de manera més eficient el maquinari d'emmagatzematge existent (en lloc del nou).

Fins i tot necessitarem emmagatzematge en el futur?

D'acord, la tecnologia d'emmagatzematge millorarà molt durant les properes dècades. Però el que hem de tenir en compte és, quina diferència fa això de totes maneres?

La persona mitjana mai utilitzarà el terabyte d'espai d'emmagatzematge disponible als últims models d'ordinadors d'escriptori. I d'aquí a dos o quatre anys més, el vostre proper telèfon intel·ligent tindrà prou espai d'emmagatzematge per acumular el valor d'un any d'imatges i vídeos sense haver de netejar el dispositiu. Per descomptat, hi ha una minoria de persones que els agrada acumular quantitats massives de dades als seus ordinadors, però per a la resta de nosaltres, hi ha una sèrie de tendències que redueixen la nostra necessitat d'espai d'emmagatzematge en disc de propietat privada excessiva.

Serveis de transmissió. Hi havia una vegada, les nostres col·leccions de música consistien a col·leccionar discos, després cassets i després CD. Als anys 90, les cançons es van digitalitzar en MP3 per ser acumulades per milers (primer a través de torrents, després cada cop més a través de botigues digitals com iTunes). Ara, en lloc d'haver d'emmagatzemar i organitzar una col·lecció de música a l'ordinador o al telèfon de casa, podem reproduir un nombre infinit de cançons i escoltar-les a qualsevol lloc mitjançant serveis com Spotify i Apple Music.

Aquesta progressió va reduir primer l'espai físic que ocupava la música a casa i després l'espai digital a l'ordinador. Ara tot es pot substituir per un servei extern que us ofereixi accés barat i còmode, en qualsevol lloc i en qualsevol moment a tota la música que vulgueu. Per descomptat, la majoria de vosaltres que llegiu això probablement encara tingueu alguns CD per aquí, la majoria encara tindran una sòlida col·lecció d'MP3 al seu ordinador, però la propera generació d'usuaris d'ordinador no perdrà el temps omplint els seus ordinadors amb la música que puguin. accedir lliurement en línia.

Òbviament, copieu tot el que acabo de dir sobre la música i apliqueu-lo al cinema i a la televisió (hola, Netflix!) i els estalvis d'emmagatzematge personal segueixen creixent.

mitjans de comunicació social. Amb música, pel·lícules i programes de televisió que obstrueixen cada cop menys els nostres ordinadors personals, la següent forma de contingut digital més gran són les imatges i els vídeos personals. De nou, solíem produir imatges i vídeos físicament, finalment per recollir pols als nostres àtics. Aleshores, les nostres imatges i vídeos es van convertir en digitals, només per tornar a recollir pols als confins inferiors dels nostres ordinadors. I aquest és el problema: poques vegades mirem la majoria de les fotos i vídeos que fem.

Però després que les xarxes socials van passar, llocs com Flickr i Facebook ens van donar la possibilitat de compartir un nombre infinit d'imatges amb una xarxa de persones que ens importen, alhora que emmagatzemem aquestes imatges (de manera gratuïta) en un sistema de carpetes o una línia de temps autoorganitzada. Tot i que aquest element social, juntament amb càmeres de telefonia en miniatura i de gamma alta, va augmentar molt el nombre d'imatges i vídeos produïts per la persona mitjana, també va reduir el nostre hàbit d'emmagatzemar fotos als nostres ordinadors privats, animant-nos a emmagatzemar-les en línia, de manera privada. o públicament.

Serveis de núvol i col·laboració. Tenint en compte els dos últims punts, només queda el document de text humil (i alguns altres tipus de dades de nínxol). Aquests documents, en comparació amb els multimèdia que acabem de comentar, solen ser tan petits que emmagatzemar-los a l'ordinador mai serà un problema.

No obstant això, al nostre món cada cop més mòbil, hi ha una demanda creixent d'accedir a documents des de qualsevol lloc. I aquí de nou, la mateixa progressió que hem comentat amb la música està succeint aquí: on primer transportàvem documents amb disquets, CD i USB, ara fem servir més còmodes i orientats al consumidor. emmagatzematge en el núvol serveis, com Google Drive i Dropbox, que emmagatzemen els nostres documents en un centre de dades extern perquè puguem accedir en línia de manera segura. Serveis com aquests ens permeten accedir i compartir els nostres documents en qualsevol lloc, en qualsevol moment i en qualsevol dispositiu o sistema operatiu.

Per ser justos, l'ús de serveis de transmissió en temps real, xarxes socials i serveis al núvol no vol dir necessàriament que ho traslladem tot al núvol (algunes coses que preferim mantenir massa privades i segures), però aquests serveis s'han retallat i ho continuaran. la quantitat total d'espai d'emmagatzematge de dades físiques que hem de tenir any rere any.

Per què és important més emmagatzematge exponencialment

Tot i que l'individu mitjà pot veure menys necessitat de més emmagatzematge digital, hi ha grans forces en joc que impulsen la Llei de Kryder.

En primer lloc, a causa de la llista gairebé anual d'infraccions de seguretat en una sèrie d'empreses tecnològiques i de serveis financers, cadascuna posant en perill la informació digital de milions de persones, les preocupacions per la privadesa de les dades estan creixent legítimament entre el públic. Depenent de les necessitats individuals, això pot impulsar la demanda pública d'opcions d'emmagatzematge de dades més grans i més barates per a ús personal per evitar dependre del núvol. Les persones futures fins i tot poden configurar servidors privats d'emmagatzematge de dades a casa seva per connectar-se externament en lloc de dependre dels servidors propietat de les grans empreses tecnològiques.

Una altra consideració és que les limitacions d'emmagatzematge de dades estan bloquejant actualment el progrés en diversos sectors, des de la biotecnologia fins a la intel·ligència artificial. Els sectors que depenen de l'acumulació i el processament de big data necessiten emmagatzemar quantitats cada cop més grans de dades per innovar nous productes i serveis.

A continuació, a finals de la dècada de 2020, l'Internet de les coses (IoT), els vehicles autònoms, els robots, la realitat augmentada i altres "tecnologies de punta" de nova generació estimularan la inversió en tecnologia d'emmagatzematge. Això és perquè perquè aquestes tecnologies funcionin, hauran de tenir la potència de càlcul i la capacitat d'emmagatzematge per entendre el seu entorn i reaccionar en temps real sense una dependència constant del núvol. Explorem aquest concepte més a fons capítol cinc d’aquesta sèrie.

Finalment, l' Internet de les Coses (explicat completament al nostre El futur d'Internet sèrie) donarà lloc a milers de milions a bilions de sensors que segueixin el moviment o l'estat de milers de milions a bilions de coses. Les immenses quantitats de dades que produiran aquests innombrables sensors requeriran una capacitat d'emmagatzematge efectiva abans que puguin ser processades de manera efectiva pels superordinadors que cobrirem al final d'aquesta sèrie.

Tot plegat, mentre que la persona mitjana reduirà cada cop més la seva necessitat de maquinari d'emmagatzematge digital de propietat personal, tothom al planeta encara es beneficiarà indirectament de la capacitat d'emmagatzematge infinita que oferiran les futures tecnologies d'emmagatzematge digital. Per descomptat, com s'ha insinuat anteriorment, el futur de l'emmagatzematge es troba al núvol, però abans que puguem aprofundir en aquest tema, primer hem d'entendre les revolucions complementàries que succeeixen al costat del processament (microxip) del negoci informàtic: el tema del següent capítol.