Quantumrun

PILDIKrediit: Quantumrun

Digitaalsalvestusrevolutsioon: arvutite tulevik P3

David Tal, kirjastaja, futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Teisipäev, 09 / 15 / 2020 - 15: 43

Enamik teist, kes seda loete, mäletab ilmselt tagasihoidlikku disketti ja sellel on 1.44 MB kettaruumi. Mõned teist olid ilmselt kadedad selle sõbra peale, kui ta kooliprojekti käigus esimese USB-mälupulga ja selle koletu 8 MB ruumiga välja pistis. Tänapäeval on maagia kadunud ja me oleme tüdinenud. Üks terabaidine mälu on enamiku 2018. aasta lauaarvutite standardvarustuses ja Kingston müüb praegu isegi ühe terabaidi USB-draive.

Meie kinnisidee salvestusruumist kasvab aasta-aastalt, kui tarbime ja loome üha rohkem digitaalset sisu, olgu selleks kooliaruanne, reisifoto, teie bändi mixtape või GoPro video, kus te Whistlerist suusatate. Teised suundumused, nagu esilekerkiv asjade internet, ainult kiirendavad maailmas toodetud andmete kogust, lisades veelgi raketikütust nõudlusele digitaalse salvestusruumi järele.

Seetõttu otsustasime hiljuti selle peatüki redigeerida, jagades selle kaheks osaks, et arutada andmete salvestamist õigesti. See pool hõlmab andmesalvestuse tehnilisi uuendusi ja selle mõju keskmistele digitaaltarbijatele. Vahepeal käsitletakse järgmises peatükis tulevast revolutsiooni pilves.

Andmesalvestuse uuendused on valmimas

(TL;DR – järgmises jaotises kirjeldatakse uut tehnoloogiat, mis võimaldab salvestada üha suuremaid andmeid üha väiksematele ja tõhusamatele salvestusseadmetele. Kui te ei hooli tehnikast, vaid soovite lugeda laiemast andmesalvestuse suundumusi ja mõjusid, siis soovitame järgmise alampealkirja juurde liikuda.)

Paljud teist on juba kuulnud Moore'i seadusest (tähelepanu, et transistoride arv tihedas integraallülituses kahekordistub ligikaudu iga kahe aasta järel), kuid arvutiäri salvestuspoolel on meil Kryderi seadus – põhimõtteliselt meie võime pigistada. Samuti kahekordistub kõvaketaste kokkutõmbumine üha enam iga 18 kuu järel. See tähendab, et inimene, kes kulutas 1,500 aastat tagasi 5 MB eest 35 dollarit, saab nüüd kulutada 600 TB draivi eest 6 dollarit.

See on lõualuu areng ja see ei peatu niipea.

Järgmine loend on lühike pilguheit lähi- ja pikaajalistele uuendustele, mida digitaalsete salvestusseadmete tootjad meie salvestusnäljas ühiskonna rahuldamiseks kasutavad.

Paremad kõvakettad. Kuni 2020. aastate alguseni jätkavad tootjad traditsiooniliste kõvaketaste (HDD) ehitamist, pakkides rohkem mälumahtu, kuni me ei saa enam kõvakettaid tihedamaks muuta. Selle HDD-tehnoloogia viimase kümnendi juhtimiseks leiutatud tehnikate hulka kuuluvad Sindeltüüpi Magnetic Recording (SMR), millele järgneb Kahemõõtmeline magnetsalvestus (TDMR) ja potentsiaalselt Soojusabiga magnetsalvestus (HAMR).

Tahkis-kõvakettad. Eespool mainitud traditsioonilise kõvaketta asendamine on tahkis-kõvaketas (SATA SSD). Erinevalt kõvaketastest pole SSD-del ühtegi pöörlevat ketast – tegelikult pole neil üldse liikuvaid osi. See võimaldab SSD-del töötada palju kiiremini, väiksema suurusega ja vastupidavamalt kui nende eelkäijad. SSD-d on juba praeguste sülearvutite standard ja muutuvad järk-järgult enamiku uute lauaarvutimudelite standardseks riistvaraks. Ja kuigi algselt palju kallimad kui kõvakettad, siis nende hind langeb kiiremini kui kõvaketaste, mis tähendab, et nende müük võib 2020. aastate keskpaigaks kõvaketastest otse mööda minna.

Järk-järgult võetakse kasutusele ka järgmise põlvkonna SSD-sid, tootjad lähevad üle SATA SSD-delt PCIe SSD-dele, mille ribalaius on vähemalt kuus korda suurem kui SATA-draivid ja mis kasvavad.

Välkmälu läheb 3D-ks. Kuid kui eesmärk on kiirus, ei ületa miski kõike mällu salvestades.

Kõvakettaid ja SSD-sid saab võrrelda teie pikaajalise mäluga, samas kui välkmälu sarnaneb rohkem teie lühiajalise mäluga. Ja nagu teie aju, vajab arvuti tavapäraselt toimimiseks mõlemat tüüpi salvestusruumi. Tavalistel personaalarvutitel, mida tavaliselt nimetatakse muutmäluks (RAM), on tavaliselt kaks RAM-i mälupulka, igaüks 4–8 GB. Samal ajal müüvad kõige raskemad mängijad, nagu Samsung, nüüd 2.5D-mälukaarte, millest igaüks mahutab 128 GB – see on hämmastav hardcore mängijate jaoks, kuid praktilisem järgmise põlvkonna superarvutite jaoks.

Nende mälukaartide väljakutse seisneb selles, et neil on samad füüsilised piirangud, millega kõvakettad silmitsi seisavad. Mis veelgi hullem, mida väiksemad transistorid muutuvad RAM-i sees, seda halvemini need aja jooksul toimivad – transistore on raskem kustutada ja täpselt kirjutada, mis lõpuks tabab jõudlust, mis sunnib need asendama värskete RAM-i pulkadega. Selle valguses hakkavad ettevõtted ehitama järgmise põlvkonna mälukaarte:

3D NAND. Sellised ettevõtted nagu Intel, Samsung, Micron, Hynix ja Taiwan Semiconductor nõuavad laialdast kasutuselevõttu. 3D NAND, mis virnastab transistorid kiibi sees kolmemõõtmeliseks.
Resistiivne muutmälu (RAM). See tehnoloogia kasutab mälubittide (0s ja 1s) salvestamiseks elektrilaengu asemel takistust.
3D kiibid. Sellest tuleb üksikasjalikumalt juttu sarja järgmises peatükis, kuid lühidalt 3D kiibid eesmärk on ühendada andmetöötlus ja andmete salvestamine vertikaalselt virnastatud kihtides, parandades seeläbi töötlemiskiirust ja vähendades energiatarbimist.
Faasimuutusmälu (PCM). PCM-ide taga olev tehnoloogia Põhimõtteliselt soojendab ja jahutab kalkogeniidklaasi, nihutades seda kristalliseerunud olekute vahel mittekristallilisele olekusse, millest igaühe unikaalne elektritakistus tähistab binaarseid 0 ja 1. Kui see on täiustatud, kestab see tehnoloogia palju kauem kui praegused RAM-i variandid ja on mittelenduv, mis tähendab, et see mahutab andmeid isegi siis, kui toide on välja lülitatud (erinevalt traditsioonilisest RAM-ist).
Spin-transfer pöördemomendi juhusliku juurdepääsu mälu (STT-RAM). Võimas Frankenstein, mis ühendab endas võime DRAM kiirusega SRAM, koos parema mittevolatiilsuse ja peaaegu piiramatu vastupidavusega.
3D XPoint. Selle tehnoloogiaga, selle asemel, et loota teabe salvestamisel transistoridele, 3D Xpoint kasutab mikroskoopilist juhtmete võrku, mida koordineerib "selektor", mis on virnastatud üksteise peale. Kui see on täiustatud, võib see tööstust revolutsiooniliselt muuta, kuna 3D Xpoint on püsiv, töötab tuhandeid kordi kiiremini kui NAND-välklamp ja 10 korda tihedam kui DRAM.

Teisisõnu, pidage meeles, kui ütlesime: "HDD-sid ja SSD-sid saab võrrelda teie pikaajalise mäluga, samas kui välkmälu sarnaneb rohkem teie lühiajalise mäluga"? Noh, 3D Xpoint saab mõlemaga hakkama ja teeb seda paremini kui kumbki eraldi.

Olenemata sellest, milline valik võidab, pakuvad kõik need uued välkmäluvormid rohkem mälumahtu, kiirust, vastupidavust ja energiatõhusust.

Pikaajalise ladustamise uuendused. Samal ajal on kasutusel uued ja teoreetilised tehnoloogiad nende kasutusjuhtumite jaoks, kus kiirus ei ole olulisem kui suurte andmemahtude säilitamine:

Lindiseadmed. Üle 60 aasta tagasi leiutatud lindiseadmeid kasutasime algselt maksu- ja tervishoiudokumentide arhiveerimiseks. Tänapäeval täiustatakse seda tehnoloogiat oma teoreetilise tipu lähedal IBM püstitas rekordit arhiveerides 330 terabaiti tihendamata andmeid (~330 miljonit raamatut) umbes teie käe suurusesse lindikassetti.
DNA säilitamine. Washingtoni ülikooli ja Microsoft Researchi teadlased välja töötanud süsteemi kodeerida, salvestada ja hankida digitaalseid andmeid DNA molekulide abil. Pärast täiustamist võib see süsteem ühel päeval arhiveerida teavet miljoneid kordi kompaktsemalt kui praegused andmesalvestustehnoloogiad.
Kilobaidine ümberkirjutatav aatomimälu. Manipuleerides üksikuid klooriaatomeid tasasel vaseplaadil, teadlased kirjutasid 1 kilobaidine sõnum kiirusega 500 terabitti ruuttolli kohta – ligikaudu 100 korda rohkem teavet ruuttolli kohta kui turu kõige tõhusamal kõvakettal.
5D andmete salvestamine. Sellel Southamptoni ülikooli juhitud spetsiaalsel salvestussüsteemil on 360 TB/ketta andmemaht, termiline stabiilsus kuni 1,000 °C ja peaaegu piiramatu kasutusiga toatemperatuuril (13.8 miljardit aastat 190 °C juures). Teisisõnu oleks 5D-andmete salvestamine ideaalne arhiivikasutuseks muuseumides ja raamatukogudes.

Tarkvaraga määratletud salvestusinfrastruktuur (SDS). Uuendusi ei näe mitte ainult salvestusriistvara, vaid ka seda käitav tarkvara on läbimas põneva arengu. SDS kasutatakse enamasti suurte ettevõtete arvutivõrkudes või pilvesalvestusteenustes, kus andmeid hoitakse tsentraalselt ja neile pääseb juurde üksikute ühendatud seadmete kaudu. Põhimõtteliselt võtab see võrgus kogu andmesalvestusmahu ja eraldab selle erinevate võrgus töötavate teenuste ja seadmete vahel. Paremaid SDS-süsteeme kodeeritakse kogu aeg, et olemasolevat (uue) salvestusriistvara tõhusamalt kasutada.

Kas meil on tulevikus üldse hoiuruumi vaja?

Olgu, nii et salvestustehnoloogia paraneb järgmise paarikümne aasta jooksul palju. Kuid asi, mida me peame kaaluma, on see, mis vahet sellel ikkagi on?

Tavainimene ei kasuta kunagi ära terabaiti salvestusruumi, mis on nüüd saadaval uusimates lauaarvutimudelites. Ja veel kahe kuni nelja aasta pärast on teie järgmisel nutitelefonil piisavalt salvestusruumi, et mahutada aastaks pilte ja videoid, ilma et peaksite oma seadet kevadpuhastust tegema. Muidugi, seal on vähemus inimesi, kellele meeldib oma arvutisse tohutul hulgal andmemahtusid koondada, kuid meie ülejäänud jaoks on mitmeid suundumusi, mis vähendavad meie vajadust liigse eraomandis oleva kettaruumi järele.

Voogesituse teenused. Kunagi oli meie muusikakogudes plaatide, siis kassettide ja siis CD-de kogumine. 90ndatel digiteeriti laulud MP3-vormingus, et neid saaks tuhandeid koguda (kõigepealt torrentide kaudu, seejärel üha enam digitaalsete poodide kaudu, nagu iTunes). Nüüd, selle asemel, et salvestada ja korraldada muusikakogu oma koduarvutis või telefonis, saame voogesitada lõpmatu arvu lugusid ja kuulata neid kõikjal selliste teenuste kaudu nagu Spotify ja Apple Music.

See edenemine vähendas esmalt füüsilist ruumi, mille muusika võttis kodus, ja seejärel digitaalset ruumi teie arvutis. Nüüd saab selle kõik asendada välise teenusega, mis pakub teile odavat ja mugavat juurdepääsu kogu muusikale, mida soovite. Muidugi on enamikul teist, kes seda loete, ilmselt veel mõned CD-d, enamikul on endiselt arvutis korralik MP3-kogu, kuid järgmise põlvkonna arvutikasutajad ei raiska oma aega arvutite täitmisele muusikaga, mida nad saavad. Internetis tasuta juurdepääs.

Ilmselgelt kopeerige kõik, mida ma just muusika kohta ütlesin, ja rakendage seda filmides ja televisioonis (tere, Netflix!) ning isikliku salvestusruumi säästud kasvavad.

sotsiaalmeedias. Kuna muusika, filmid ja telesaated ummistavad üha vähem meie personaalarvuteid, on digitaalse sisu suuruselt järgmine vorm isiklikud pildid ja videod. Jällegi, me tegime pilte ja videoid füüsiliselt, lõpuks selleks, et koguda oma pööningutele tolmu. Seejärel läksid meie pildid ja videod digitaalseks, et koguda taas tolmu meie arvutite alumisse ossa. Ja see on probleem: me vaatame harva enamikku tehtud pilte ja videoid.

Kuid pärast sotsiaalmeedia toimumist andsid sellised saidid nagu Flickr ja Facebook meile võimaluse jagada meile hoolivate inimeste võrgustikuga lõputul hulgal pilte, säilitades samal ajal need pildid (tasuta) iseorganiseeruvale kaustasüsteemile või ajaskaalale. Kuigi see sotsiaalne element koos miniatuursete tipptasemel telefonikaameratega suurendas oluliselt tavainimeste piltide ja videote arvu, vähendas see ka meie harjumust salvestada fotosid oma eraarvutitesse, julgustades meid neid veebis privaatselt salvestama. või avalikult.

Pilve- ja koostööteenused. Arvestades kahte viimast punkti, jääb alles vaid tagasihoidlik tekstidokument (ja mõned muud nišiandmetüübid). Need dokumendid on äsja käsitletud multimeediumiga võrreldes tavaliselt nii väikesed, et nende arvutisse salvestamine ei tekita kunagi probleeme.

Kuid meie üha mobiilsemas maailmas kasvab nõudlus dokumentidele juurdepääsu järele liikvel olles. Ja siin toimub jälle sama areng, mida me muusikaga arutasime – kui algul transportisime dokumente diskettide, CD-de ja USB-de abil, siis nüüd kasutame mugavamat ja tarbijale orienteeritumat. Cloud Storage teenused, nagu Google Drive ja Dropbox, mis salvestavad meie dokumendid välisesse andmekeskusesse, et saaksime neile turvaliselt võrgus juurde pääseda. Sellised teenused võimaldavad meil oma dokumentidele juurde pääseda ja neid jagada kõikjal, igal ajal, mis tahes seadmes või operatsioonisüsteemis.

Ausalt öeldes ei tähenda voogedastusteenuste, sotsiaalmeedia ja pilveteenuste kasutamine tingimata seda, et viime kõik pilve – mõned asjad, mida eelistame hoida liiga privaatsena ja turvalisena –, kuid need teenused on katkenud ja kärbitakse ka edaspidi. füüsilise andmesalvestusruumi kogumaht, mida me aasta-aastalt omama peame.

Miks on salvestusruumil eksponentsiaalselt rohkem tähtsust?

Kuigi keskmine inimene võib näha vähem vajadust suurema digitaalse salvestusruumi järele, on mängus suured jõud, mis viivad Kryderi seadust edasi.

Esiteks, paljude tehnoloogia- ja finantsteenuste ettevõtete peaaegu iga-aastase turberikkumiste loendi tõttu, millest igaüks ohustab miljonite inimeste digitaalset teavet, kasvab avalikkuse seas õigustatult mure andmete privaatsuse pärast. Olenevalt individuaalsetest vajadustest võib see suurendada avalikku nõudlust isiklikuks kasutamiseks mõeldud suuremate ja odavamate andmesalvestusvõimaluste järele, mida pilvest olenevalt vältida. Tulevased üksikisikud võivad isegi oma kodus luua privaatseid andmesalvestusservereid, et nendega väliselt ühenduse luua, selle asemel et sõltuda suurte tehnoloogiaettevõtete omanduses olevatest serveritest.

Veel üks kaalutlus on see, et andmete salvestamise piirangud takistavad praegu paljudes sektorites biotehnoloogiast tehisintellektini jõudmist. Sektorid, mis sõltuvad suurandmete kogumisest ja töötlemisest, peavad uute toodete ja teenuste uuendamiseks salvestama üha suuremaid andmemahtusid.

Järgmiseks, 2020. aastate lõpuks, innustavad asjade internet (IoT), autonoomsed sõidukid, robotid, liitreaalsus ja muud sellised uue põlvkonna „edetehnoloogiad” investeeringuid salvestustehnoloogiasse. Selle põhjuseks on asjaolu, et nende tehnoloogiate toimimiseks peab neil olema arvutusvõimsus ja mälumaht, et mõista oma ümbrust ja reageerida reaalajas ilma pideva pilvest sõltumata. Uurime seda kontseptsiooni üksikasjalikumalt viies peatükk sellest sarjast.

Lõpuks Asjade Internet (täielikult selgitatud meie Interneti tulevik seeria) tulemuseks on miljardeid kuni triljoneid andureid, mis jälgivad miljardite kuni triljonite asjade liikumist või olekut. Tohutu andmehulk, mida need lugematud andurid toodavad, nõuavad tõhusat salvestusmahtu, enne kui superarvutid suudavad neid tõhusalt töödelda selle seeria lõpus.

Kokkuvõttes, kuigi tavainimene vähendab üha enam vajadust isikliku digitaalse salvestusriistvara järele, saavad kõik planeedil endiselt kaudselt kasu lõpmatust salvestusmahust, mida tulevased digitaalsed salvestustehnoloogiad pakuvad. Muidugi, nagu varem vihjatud, peitub salvestuse tulevik pilves, kuid enne, kui saame sellesse teemasse sügavale sukelduda, peame kõigepealt mõistma tasuta revolutsioone, mis toimuvad arvutiäri töötlemise (mikrokiibi) poolel – järgmise peatüki teema.