Quantumrun

KREDIT ZA SLIKE: Quantumrun

Revolucija digitalne pohrane: budućnost računala P3

David Tal, izdavač, futurist
@DavidTalPiše
LinkedIn

Uto, 09 / 15 / 2020 - 15: 43

Većina vas koji ovo čitate vjerojatno se sjeća skromne diskete i solidnih 1.44 MB prostora na disku. Neki od vas su vjerojatno bili ljubomorni na tog jednog prijatelja kada je tijekom školskog projekta izvadio prvi USB flash pogon, sa svojih monstruoznih 8 MB prostora. Danas je magija nestala i mi smo izmučeni. Jedan terabajt memorije dolazi standardno u većini stolnih računala iz 2018., a Kingston sada čak prodaje USB pogone od jednog terabajta.

Naša opsjednutost pohranom raste iz godine u godinu kako konzumiramo i stvaramo sve više digitalnog sadržaja, bilo da se radi o školskom izvješću, fotografiji s putovanja, mixtapeu vašeg benda ili GoPro videu na kojem skijate niz Whistler. Ostali 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 urediti ovo poglavlje tako da ga podijelimo na dva dijela, kako bismo ispravno raspravljali o pohrani podataka. Ova će polovica pokriti tehnološke inovacije u pohrani podataka i njihov utjecaj na prosječne digitalne korisnike. U međuvremenu, sljedeće poglavlje će pokriti nadolazeću revoluciju u oblaku.

Inovacije za pohranu podataka u pripremi

(TL;DR - Sljedeći odjeljak opisuje novu tehnologiju koja će omogućiti pohranjivanje sve većih količina podataka na sve manje i učinkovitije diskove za pohranu. Ako vam nije stalo do tehnologije, već želite čitati o širem trendove i utjecaje oko pohrane podataka, preporučujemo preskakanje na sljedeći podnaslov.)

Mnogi od vas su već čuli za Mooreov zakon (zapažanje da se broj tranzistora u gustom integriranom krugu udvostručuje otprilike svake dvije godine), ali na strani pohranjivanja računala imamo Kryderov zakon—u osnovi, našu sposobnost stiskanja sve više bitova u sve manje tvrdih diskova također se udvostručuje otprilike svakih 18 mjeseci. To znači da osoba koja je prije 1,500 godina potrošila 5 dolara za 35 MB sada može potrošiti 600 dolara za pogon od 6 TB.

Ovo je nevjerojatan napredak i neće se uskoro zaustaviti.

Sljedeći popis kratak je uvid u kratkoročne i dugoročne inovacije koje će proizvođači digitalnih pohrana koristiti kako bi zadovoljili naše društvo gladno pohrane.

Bolji tvrdi diskovi. Do ranih 2020-ih proizvođači će nastaviti s izgradnjom tradicionalnih tvrdih diskova (HDD), stavljajući više memorijskog kapaciteta sve dok više ne budemo mogli izrađivati tvrde diskove gušće. Tehnike koje su izumljene da vode ovo posljednje desetljeće HDD tehnologije uključuju Shingled Magnetic Recording (SMR), nakon čega slijedi Dvodimenzionalni magnetski zapis (TDMR), a potencijalno Magnetski zapis potpomognut toplinom (HAMR).

Solid State tvrdi diskovi. Zamjena tradicionalnog pogona tvrdog diska navedenog gore je čvrsti disk (SATA SSD). Za razliku od HDD-ova, SSD-ovi nemaju diskove koji se okreću—zapravo, uopće nemaju pokretne dijelove. To omogućuje SSD-ovima da rade daleko brže, u manjim veličinama i s većom izdržljivošću od svog prethodnika. SSD-ovi su već standard na današnjim prijenosnim računalima i postupno postaju standardni hardver na većini novih modela stolnih računala. I dok su izvorno daleko skuplji od HDD-ova, njihov cijena pada brže od HDD-ova, što znači da bi njihova prodaja mogla u potpunosti nadmašiti HDD-ove do sredine 2020-ih.

Postupno se uvode i SSD-ovi sljedeće generacije, a proizvođači prelaze sa SATA SSD-ova na PCIe SSD-ove koji imaju najmanje šest puta veću propusnost od SATA pogona i rastu.

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

HDD i SSD mogu se usporediti s vašom dugoročnom memorijom, dok je flash sličniji vašoj kratkoročnoj memoriji. I baš kao i vaš mozak, računalo tradicionalno treba obje vrste pohrane da bi funkcioniralo. Tradicionalna osobna računala, koja se obično nazivaju memorija s izravnim pristupom (RAM), dolaze s dva RAM-a od 4 do 8 GB svaki. U međuvremenu, najveći napadači poput Samsunga sada prodaju 2.5D memorijske kartice koje drže po 128 GB—nevjerojatno za okorjele igrače, ali praktičnije za superračunala nove generacije.

Izazov s ovim memorijskim karticama je taj što se suočavaju s istim fizičkim ograničenjima s kojima se suočavaju tvrdi diskovi. Što je još gore, što manji tranzistori postaju unutar RAM-a, to lošije rade tijekom vremena - tranzistore je sve teže obrisati i točno pisati, na kraju nailazeći na prepreku performansi koja prisiljava njihovu zamjenu novim RAM stickovima. U svjetlu ovoga, tvrtke počinju izrađivati sljedeću generaciju memorijskih kartica:

3D NAND. Tvrtke poput Intela, Samsunga, Microna, Hynixa i Taiwan Semiconductora zalažu se za široku primjenu 3D NAND, koji slaže tranzistore u tri dimenzije unutar čipa.
Otporna memorija s izravnim pristupom (RAM). Ova tehnologija koristi otpor umjesto električnog naboja za pohranu bitova (0s i 1s) memorije.
3D čipovi. O tome će se detaljnije raspravljati u sljedećem poglavlju serije, ali ukratko, 3D čipovi imaju za cilj kombinirati računalstvo i pohranu podataka u okomito naslaganim slojevima, čime se poboljšava brzina obrade i smanjuje potrošnja energije.
Memorija promjene faze (PCM), tehnologija iza PCM-a u osnovi zagrijava i hladi halkogenidno staklo, prebacujući ga između kristaliziranog i nekristaliziranog stanja, od kojih svako ima svoje jedinstvene električne otpore koji predstavljaju binarne 0 i 1. Jednom kada se usavrši, ova će tehnologija trajati daleko dulje od trenutnih varijanti RAM-a i postojana je, što znači može držati podatke čak i kada je napajanje isključeno (za razliku od tradicionalnog RAM-a).
Memorija s izravnim pristupom prijenosa okretnog momenta (STT-RAM). Snažni Frankenstein koji kombinira kapacitet DRAM s brzinom od SRAM, zajedno s poboljšanom neisparljivošću i gotovo neograničenom izdržljivošću.
3D XPoint. Uz ovu tehnologiju, umjesto oslanjanja na tranzistore za pohranu informacija, 3D Xpoint koristi mikroskopsku mrežu žica, koordiniranih "selektorom" koje su naslagane jedna na drugu. Nakon što se usavrši, ovo bi moglo revolucionirati industriju budući da je 3D Xpoint postojan, radit će tisuće puta brže od NAND flasha i 10 puta gušće od DRAM-a.

Drugim riječima, sjećate se kad smo rekli "HDD i SSD mogu se usporediti s vašom dugoročnom memorijom, dok je flash sličniji vašoj kratkoročnoj memoriji"? Pa, 3D Xpoint će podnijeti oboje i to bolje nego bilo koji od njih zasebno.

Bez obzira na to koja opcija pobijedi, svi ovi novi oblici flash memorije nudit će veći kapacitet memorije, brzinu, izdržljivost i energetsku učinkovitost.

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

Pogoni trake. Izumljeni prije više od 60 godina, izvorno smo koristili pogone trake za arhiviranje poreznih i zdravstvenih dokumenata. Danas se ova tehnologija usavršava blizu svog teorijskog vrhunca IBM postavlja rekord arhiviranjem 330 terabajta nekomprimiranih podataka (~330 milijuna knjiga) u kasetu trake veličine vaše ruke.
Skladištenje DNK. Istraživači sa Sveučilišta Washington i Microsoft Research razvio sustav za kodiranje, pohranjivanje i dohvaćanje digitalnih podataka pomoću molekula DNK. Nakon što bude usavršen, ovaj sustav bi jednog dana mogao arhivirati informacije milijune puta kompaktnije od trenutnih tehnologija za pohranu podataka.
Kilobajtna prepisiva atomska memorija. Manipulirajući pojedinačnim atomima klora na ravnom bakrenom listu, napisali su znanstvenici poruka od 1 kilobajta pri 500 terabita po kvadratnom inču—otprilike 100 puta više informacija po kvadratnom inču od najučinkovitijeg tvrdog diska na tržištu.
5D pohrana podataka. Ovaj specijalni sustav za pohranu, koji predvodi Sveučilište Southampton, ima kapacitet podataka od 360 TB/disk, termičku stabilnost do 1,000°C i gotovo neograničen životni vijek na sobnoj temperaturi (13.8 milijardi godina na 190°C). Drugim riječima, 5D pohrana podataka bila bi idealna za arhivsku upotrebu u muzejima i knjižnicama.

Softverski definirana infrastruktura za pohranu (SDS). Inovacija nije samo u hardveru za pohranu podataka, već i softver koji ga pokreće također prolazi kroz uzbudljiv razvoj. SDS koristi se uglavnom u računalnim mrežama velikih tvrtki ili uslugama pohrane u oblaku gdje se podaci pohranjuju centralno i pristupa im se putem pojedinačnih povezanih uređaja. U osnovi uzima ukupnu količinu kapaciteta za pohranu podataka u mreži i odvaja ga između različitih usluga i uređaja koji rade na mreži. Bolji SDS sustavi stalno se kodiraju kako bi učinkovitije koristili postojeći (umjesto novog) hardver za pohranu.

Hoćemo li uopće trebati skladište u budućnosti?

U redu, dakle, tehnologija pohranjivanja će se znatno poboljšati tijekom sljedećih nekoliko desetljeća. Ali ono što moramo razmotriti je kakva je to razlika?

Prosječna osoba nikada neće iskoristiti terabajt prostora za pohranu koji je sada dostupan u najnovijim modelima stolnih računala. A za sljedeće dvije do četiri godine, vaš sljedeći pametni telefon imat će dovoljno prostora za pohranu slika i videozapisa za godinu dana, a da ne morate proljetno čistiti svoj uređaj. Naravno, postoji manjina ljudi koji vole gomilati goleme količine podataka na svojim računalima, ali za nas ostale postoji niz trendova koji smanjuju našu potrebu za pretjeranim diskovnim prostorom u privatnom vlasništvu.

Streaming usluge. Nekada su naše glazbene kolekcije bile skupljanje ploča, pa kazeta, pa CD-a. U 90-ima su pjesme postale digitalizirane u MP3 da bi ih gomilale tisuće (prvo putem torrenta, zatim sve više i više putem digitalnih trgovina poput iTunesa). Sada, umjesto da moramo pohranjivati i organizirati glazbenu kolekciju na vašem kućnom računalu ili telefonu, možemo streamati beskonačan broj pjesama i slušati ih bilo gdje putem usluga kao što su Spotify i Apple Music.

Ovo napredovanje prvo je smanjilo fizički prostor koji je glazba zauzimala kod kuće, a zatim digitalni prostor na vašem računalu. Sada se sve to može zamijeniti vanjskom uslugom koja vam pruža jeftin i praktičan, bilo gdje/bilo kada pristup svoj glazbi koju možete poželjeti. Naravno, većina vas koji ovo čitate vjerojatno još uvijek ima nekoliko CD-ova uokolo, većina će i dalje imati solidnu kolekciju MP3 datoteka na svom računalu, ali sljedeća generacija korisnika računala neće gubiti vrijeme puneći svoja računala glazbom koju mogu pristupiti besplatno online.

Očito, kopirajte sve što sam upravo rekao o glazbi i primijenite to na film i televiziju (zdravo, Netflix!) i ušteda osobne pohrane nastavit će rasti.

društveni mediji. S glazbom, filmom i TV emisijama koje sve manje zatrpavaju naša osobna računala, sljedeći najveći oblik digitalnog sadržaja su osobne slike i video zapisi. Opet, fizički smo proizvodili slike i video zapise, u konačnici da skupljamo prašinu na svojim tavanima. Zatim su naše slike i video zapisi postali digitalni, samo da bi ponovno skupljali prašinu u nedođijama naših računala. I to je problem: rijetko gledamo većinu slika i videa koje snimimo.

Ali nakon što su se pojavili društveni mediji, web-mjesta poput Flickra i Facebooka dala su nam mogućnost dijeljenja beskonačnog broja slika s mrežom ljudi do kojih nam je stalo, dok smo također pohranili te slike (besplatno) u samoorganizirajući sustav mapa ili vremensku traku. Dok je ovaj društveni element, zajedno s minijaturnim, vrhunskim telefonskim kamerama, uvelike povećao broj slika i videa koje proizvede prosječna osoba, također je smanjio našu naviku pohranjivanja fotografija na našim privatnim računalima, potičući nas da ih pohranjujemo online, privatno ili javno.

Cloud i usluge suradnje. S obzirom na posljednje dvije točke, ostaje samo skromni tekstualni dokument (i nekoliko drugih posebnih tipova podataka). Ti su dokumenti, u usporedbi s multimedijom o kojoj smo upravo razgovarali, obično toliko mali da njihovo pohranjivanje na vaše računalo nikada neće biti problem.

Međutim, u našem svijetu koji je sve mobilniji, postoji sve veća potražnja za pristupom dokumentima u pokretu. I ovdje se opet događa ista progresija o kojoj smo razgovarali s glazbom—gdje smo prvo dokumente prenosili pomoću disketa, CD-ova i USB-ova, a sada koristimo prikladnije i potrošački orijentirane Cloud Storage usluge, kao što su Google Drive i Dropbox, koji pohranjuju naše dokumente u vanjskom podatkovnom centru kako bismo im mogli sigurno pristupiti na mreži. Usluge poput ovih omogućuju nam pristup i dijeljenje naših dokumenata bilo gdje, bilo kada, na bilo kojem uređaju ili operativnom sustavu.

Da budemo pošteni, korištenje usluga strujanja, društvenih medija i usluga u oblaku ne znači nužno da ćemo sve premjestiti u oblak—neke stvari radije držimo previše privatnima i sigurnima—ali te su usluge smanjivale, i nastavit će smanjivati, ukupna količina fizičkog prostora za pohranu podataka koju trebamo posjedovati iz godine u godinu.

Zašto je važno eksponencijalno više prostora za pohranu

Dok prosječni pojedinac možda vidi manju potrebu za više digitalne pohrane, u igri su velike sile koje pokreću Kryderov zakon naprijed.

Kao prvo, zbog gotovo godišnjeg popisa sigurnosnih proboja u nizu tvrtki za tehnološke i financijske usluge — od kojih svaka ugrožava digitalne podatke milijuna pojedinaca — zabrinutost oko privatnosti podataka s pravom raste u javnosti. Ovisno o individualnim potrebama, to može potaknuti javnu potražnju za većim i jeftinijim opcijama pohrane podataka za osobnu upotrebu kako bi se izbjegla ovisnost o oblaku. Budući pojedinci mogu čak postaviti privatne poslužitelje za pohranu podataka unutar svojih domova kako bi se povezali s vanjskim serverima umjesto da ovise o poslužiteljima 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 ovise o prikupljanju i obradi velikih podataka trebaju pohranjivati 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 pohrane podataka. To je zato što će ove tehnologije za rad trebati imati računalnu snagu i kapacitet pohrane kako bi razumjeli svoju okolinu i reagirali u stvarnom vremenu bez stalne ovisnosti o oblaku. Ovaj koncept dalje istražujemo peto poglavlje ove serije.

Konačno, Internet stvari (potpuno objašnjeno u našem Budućnost Interneta serija) rezultirat će milijardama do trilijuna senzora koji prate kretanje ili status milijardi do trilijuna stvari. Ogromne količine podataka koje će proizvesti ti bezbrojni senzori zahtijevat će učinkovit kapacitet pohrane prije nego što ih mogu učinkovito obraditi superračunala o kojima ćemo govoriti pri kraju ove serije.

Sve u svemu, dok će prosječna osoba sve više smanjivati svoju potrebu za hardverom za digitalnu pohranu u osobnom vlasništvu, svi na planetu i dalje će neizravno imati koristi od beskonačnog kapaciteta pohrane koji će ponuditi buduće tehnologije za digitalnu pohranu. Naravno, kao što je ranije nagoviješteno, budućnost pohrane leži u oblaku, ali prije nego što duboko zaronimo u tu temu, prvo moramo razumjeti besplatne revolucije koje se događaju na strani obrade (mikročipova) računalnog poslovanja – tema sljedećeg poglavlja.