Quantumrun

KÉP HITEL: Quantumrun

A digitális tárolás forradalma: A számítógépek jövője P3

David Tal, kiadó, futurista
@DavidTalWrites
LinkedIn

kedd, 09. - 15:2020

A legtöbben, akik ezt olvassák, valószínűleg emlékeznek a szerény hajlékonylemezre, amely 1.44 MB lemezterülettel rendelkezik. Néhányan valószínűleg féltékenyek voltak erre az egyetlen barátra, amikor egy iskolai projekt során elővette az első USB pendrive-ot a hatalmas 8 MB tárhellyel. Mára a varázslat eltűnt, és elfáradtunk. Egy terabájt memória a legtöbb 2018-as asztali számítógépben alapfelszereltség – és a Kingston most még egy terabájtos USB-meghajtókat is árul.

A tárolás iránti megszállottságunk évről évre növekszik, ahogy egyre több digitális tartalmat fogyasztunk és készítünk, legyen szó iskolai beszámolóról, utazási fotóról, a bandád mixtape-jéről vagy egy GoPro-videóról, amelyen Ön Whistlerben síel. Más trendek, mint például a feltörekvő dolgok internete, csak felgyorsítják a világ által termelt adathalmazt, és további rakétaüzemanyagot adnak a digitális tárolás iránti kereslethez.

Éppen ezért az adattárolás megfelelő tárgyalása érdekében nemrégiben úgy döntöttünk, hogy ezt a fejezetet kettéosztjuk. Ez a fele az adattárolás technológiai újításait és azok átlagos digitális fogyasztókra gyakorolt hatását fedi le. Eközben a következő fejezet a felhő közelgő forradalmával foglalkozik.

Adattárolási innovációk készülnek

(TL;DR - A következő rész felvázolja azt az új technológiát, amely lehetővé teszi egyre nagyobb mennyiségű adat tárolását egyre kisebb és hatékonyabb tárolómeghajtókon. Ha nem törődik a technológiával, hanem a szélesebbről szeretne olvasni az adattárolás körüli trendeket és hatásokat, akkor javasoljuk, hogy ugorjon a következő alcímre.)

Sokan hallottatok már a Moore-törvényről (az a megfigyelés, hogy a tranzisztorok száma egy sűrű integrált áramkörben nagyjából kétévente megduplázódik), de a számítógépes üzletág tárolási oldalán Kryder törvénye van – alapvetően az a képességünk, hogy szorítsunk. A zsugorodó merevlemezek száma is nagyjából 18 havonta megduplázódik. Ez azt jelenti, hogy aki 1,500 évvel ezelőtt 5 dollárt költött 35 MB-ra, most 600 dollárt költhet egy 6 TB-os meghajtóra.

Ez pofátlan előrelépés, és nem áll meg egyhamar.

Az alábbi lista egy rövid bepillantást nyújt a közeli és hosszú távú innovációkba, amelyeket a digitális tárolók gyártói alkalmaznak a tárolásra éhes társadalmunk kielégítésére.

Jobb merevlemez-meghajtók. A 2020-as évek elejéig a gyártók folytatják a hagyományos merevlemez-meghajtók (HDD) építését, több memóriakapacitást pakolva addig, amíg már nem tudunk sűrűbb merevlemezeket építeni. A HDD-technológia utolsó évtizedének vezetésére feltalált technikák közé tartozik Zsindelyes Magnetic Recording (SMR), majd ezt követi Kétdimenziós mágneses rögzítés (TDMR), és potenciálisan Hővel segített mágneses rögzítés (HAMR).

Szilárdtest merevlemezek. A fent említett hagyományos merevlemez-meghajtó cseréje a szilárdtestalapú merevlemez (SATA SSD). A merevlemezekkel ellentétben az SSD-kben nincsenek forgó lemezek – sőt, egyáltalán nincs mozgó alkatrészük. Ez lehetővé teszi, hogy az SSD-k sokkal gyorsabban, kisebb méretben és tartósabban működjenek, mint elődeik. Az SSD-k már szabványnak számítanak a mai laptopokon, és fokozatosan a legtöbb új asztali modell standard hardverévé válnak. És bár eredetileg sokkal drágábbak, mint a HDD-k, az övék Az árak gyorsabban esnek, mint a HDD-k, ami azt jelenti, hogy eladásaik a 2020-as évek közepére végleg lekörözhetik a HDD-ket.

Fokozatosan bevezetik a következő generációs SSD-ket is, a gyártók SATA SSD-kről PCIe SSD-kre térnek át, amelyek legalább hatszor akkora sávszélességgel rendelkeznek, mint a SATA-meghajtók, és egyre növekszik.

A flash memória 3D-re megy. De ha a gyorsaság a cél, semmi sem jobb, ha mindent a memóriában tárolunk.

A merevlemezek és az SSD-k a hosszú távú memóriához hasonlíthatók, míg a flash inkább a rövid távú memóriához hasonlítható. És csakúgy, mint az agynak, a számítógépnek hagyományosan mindkét típusú tárolóra van szüksége a működéséhez. Az általánosan RAM-nak nevezett hagyományos személyi számítógépek általában két RAM-mal rendelkeznek, egyenként 4-8 GB. Eközben a legsúlyosabb ütők, mint például a Samsung, 2.5D-s memóriakártyákat árulnak, amelyek egyenként 128 GB-os kapacitással rendelkeznek – ez csodálatos a hardcore játékosok számára, de praktikusabb a következő generációs szuperszámítógépek számára.

Ezekkel a memóriakártyákkal az a kihívás, hogy ugyanazokkal a fizikai korlátokkal szembesülnek, amelyekkel a merevlemezek is szembesülnek. Ami még rosszabb, az apróbb tranzisztorok a RAM belsejébe kerülnek, minél rosszabb teljesítményt nyújtanak az idő múlásával – a tranzisztorok egyre nehezebben törölhetők és pontosabban írhatók, ami végül olyan teljesítményfalba ütközik, ami miatt friss RAM-ra cserélik őket. Ennek fényében a vállalatok megkezdik a memóriakártyák következő generációjának kiépítését:

3D NAND. Az olyan vállalatok, mint az Intel, a Samsung, a Micron, a Hynix és a Taiwan Semiconductor, szorgalmazzák a 3D NAND, amely a tranzisztorokat három dimenzióba halmozza fel egy chipen belül.
Rezisztív véletlen hozzáférésű memória (RAM). Ez a technológia elektromos töltés helyett ellenállást használ a memória biteinek (0s és 1s) tárolására.
3D chipek. Erről részletesebben a sorozat következő fejezetében lesz szó, de röviden 3D chipek Céljuk, hogy a számítástechnikát és az adattárolást függőlegesen egymásra helyezett rétegekben kombinálják, ezáltal javítva a feldolgozási sebességet és csökkentve az energiafogyasztást.
Fázisváltó memória (PCM) Az technológia a PCM-ek mögött alapvetően melegíti és hűti a kalkogenid üveget, áthelyezve azt a kristályos állapotok között a nem kristályosodott állapotok között, amelyek mindegyike egyedi elektromos ellenállása a bináris 0 és 1 értékét jelenti. A tökéletesítés után ez a technológia sokkal tovább bírja, mint a jelenlegi RAM-változatok, és nem illékony, azaz nem illékony. akkor is tárolhat adatokat, ha a tápellátás ki van kapcsolva (a hagyományos RAM-mal ellentétben).
Forgatónyomaték átviteli véletlen hozzáférésű memória (STT-RAM). Egy erőteljes Frankenstein, amely egyesíti a képességeit DRAM sebességével SRAM, valamint javított nem-volatilitás és szinte korlátlan állóképesség.
3D XPoint. Ezzel a technológiával ahelyett, hogy tranzisztorokra hagyatkozna az információ tárolására, 3D Xpoint mikroszkopikus huzalhálót használ, amelyet egy "választó" koordinál, amelyek egymásra vannak rakva. A tökéletesítés után ez forradalmasíthatja az iparágat, mivel a 3D Xpoint nem illékony, több ezerszer gyorsabban működik, mint a NAND flash, és tízszer sűrűbb, mint a DRAM.

Más szóval, emlékezzen arra, amikor azt mondtuk: „A HDD-k és az SSD-k összehasonlíthatók a hosszú távú memóriával, míg a flash inkább a rövid távú memóriához hasonlítható”? Nos, a 3D Xpoint mindkettőt kezeli, és jobban teljesíti, mint bármelyiket külön-külön.

Függetlenül attól, hogy melyik opció nyer, a flash memória ezen új formái nagyobb memóriakapacitást, sebességet, tartósságot és energiahatékonyságot kínálnak.

Hosszú távú tárolási innovációk. Eközben azokra a felhasználási esetekre, ahol a sebesség kevésbé számít, mint a nagy mennyiségű adat megőrzése, jelenleg új és elméleti technológiák vannak kidolgozás alatt:

Szalagos meghajtók. A több mint 60 éve feltalált szalagos meghajtókat eredetileg adó- és egészségügyi dokumentumok archiválására használtuk. Ma ezt a technológiát az elméleti csúcs közelében tökéletesítik Az IBM rekordot állít fel 330 terabájt tömörítetlen adat (~330 millió könyv) archiválásával egy körülbelül kezed méretű szalagkazettába.
DNS-tárolás. A Washingtoni Egyetem és a Microsoft Research kutatói rendszert fejlesztett ki digitális adatok kódolása, tárolása és visszakeresése DNS-molekulák segítségével. A tökéletesítés után ez a rendszer egy napon milliószor kompaktabban archiválhatja az információkat, mint a jelenlegi adattárolási technológiák.
Kilobájtos újraírható atomi memória. Az egyes klóratomok manipulálásával egy lapos rézlemezen, tudósok írták 1 kilobájtos üzenet 500 terabit/négyzethüvelyk sebességgel – nagyjából 100-szor több információ négyzethüvelykenként, mint a leghatékonyabb merevlemez a piacon.
5D adattárolás. Ez a speciális tárolórendszer, amelynek élén a Southamptoni Egyetem áll, 360 TB/lemez adatkapacitást, 1,000°C-ig terjedő hőstabilitást és szinte korlátlan élettartamot biztosít szobahőmérsékleten (13.8 milliárd év 190°C-on). Más szóval, az 5D-s adattárolás ideális lenne múzeumi és könyvtári archív célokra.

Szoftver által meghatározott tárolási infrastruktúra (SDS). Nemcsak a tárolóhardverek újításai, hanem az azt futtató szoftver is izgalmas fejlesztésen megy keresztül. SDS leginkább nagyvállalati számítógépes hálózatokban vagy felhőalapú tárolási szolgáltatásokban használják, ahol az adatokat központilag tárolják, és egyedi, csatlakoztatott eszközökön keresztül érik el. Alapvetően a hálózat teljes adattároló kapacitását veszi fel, és szétválasztja a hálózaton futó különféle szolgáltatások és eszközök között. A jobb SDS-rendszereket folyamatosan kódolják a meglévő (új) tárolóhardverek hatékonyabb felhasználása érdekében.

Szükségünk lesz tárhelyre a jövőben?

Oké, szóval a tárolási technológia sokat fog fejlődni a következő évtizedekben. De meg kell fontolnunk, hogy mi a különbség?

Az átlagember soha nem fogja kihasználni azt a terabájtnyi tárhelyet, amely jelenleg elérhető a legújabb asztali számítógép-modellekben. És további két-négy év múlva a következő okostelefonja elegendő tárhellyel rendelkezik egy évnyi kép és videó tárolására anélkül, hogy tavaszi tisztítást kellene végeznie az eszközön. Természetesen vannak olyan emberek, akik szeretnek hatalmas mennyiségű adatot felhalmozni a számítógépükre, de a többiek számára számos tendencia csökkenti a túlzott, magántulajdonban lévő lemeztárhely iránti igényünket.

Streaming szolgáltatások. Valaha a zenei gyűjteményünkben lemezeket, majd kazettákat, majd CD-ket gyűjtöttünk. A 90-es években a dalokat MP3-formátumba digitalizálták, hogy több ezren halmozzák fel őket (először torrenteken keresztül, majd egyre inkább digitális áruházakon, például iTuneson keresztül). Mostantól ahelyett, hogy otthoni számítógépén vagy telefonján kellene tárolnia és rendszereznie egy zenei gyűjteményt, végtelen számú zeneszámot streamelhetünk, és bárhol meghallgathatjuk őket olyan szolgáltatásokon keresztül, mint a Spotify és az Apple Music.

Ez a fejlődés először csökkentette az otthoni zene által elfoglalt fizikai teret, majd a számítógép digitális terét. Most mindez helyettesíthető egy külső szolgáltatással, amely olcsón és kényelmesen, bárhonnan/bármikor elérheti az összes kívánt zenét. Természetesen a legtöbben, akik ezt olvassák, valószínűleg még mindig hever néhány CD, a legtöbbnek továbbra is komoly MP3-gyűjteménye lesz a számítógépén, de a számítógép-felhasználók következő generációja nem vesztegeti az idejét arra, hogy megtöltse számítógépét zenével ingyenes online hozzáférés.

Nyilvánvalóan másolja le mindazt, amit a zenéről mondtam, és alkalmazza filmekre és televíziókra (helló, Netflix!), és a személyes tárhely megtakarítása folyamatosan nő.

a közösségi média. Mivel a zene, a film és a tévéműsorok egyre kevésbé tömítik el személyi számítógépeinket, a digitális tartalom következő legnagyobb formája a személyes képek és videók. Megint fizikailag készítettünk képeket és videókat, végső soron azért, hogy port gyűjtsünk a padlásunkon. Aztán képeink és videóink digitálisakká váltak, hogy aztán ismét port gyűjtsenek a számítógépeink alján. És ez a probléma: ritkán nézzük meg az általunk készített képek és videók nagy részét.

De miután a közösségi média megtörtént, az olyan oldalak, mint a Flickr és a Facebook, lehetővé tették számunkra, hogy végtelen számú képet osszunk meg a számunkra fontos emberek hálózatával, miközben ezeket a képeket (ingyenesen) egy önszerveződő mapparendszerben vagy idővonalon tároljuk. Noha ez a közösségi elem a miniatűr, csúcskategóriás telefonkamerákkal párosulva nagymértékben megnövelte az átlagember által készített képek és videók számát, egyúttal csökkenti azt a szokásunkat is, hogy fényképeinket magánszámítógépünkön tároljuk, és arra ösztönzött minket, hogy azokat online, privát módon tároljuk. vagy nyilvánosan.

Felhő- és együttműködési szolgáltatások. Tekintettel az utolsó két pontra, csak a szerény szöveges dokumentum (és néhány más adattípus) maradt meg. Ezek a dokumentumok az imént tárgyalt multimédiához képest általában olyan kicsik, hogy a számítógépen való tárolásuk soha nem okoz gondot.

Egyre mobilabb világunkban azonban egyre nagyobb az igény a dokumentumok útközbeni elérésére. És itt is ugyanaz a fejlődés megy végbe, amit a zenével kapcsolatban tárgyaltunk – ahol először hajlékonylemezek, CD-k és USB-k segítségével szállítottuk a dokumentumokat, most pedig kényelmesebb és fogyasztóorientáltabb. felhő tárolási olyan szolgáltatások, mint a Google Drive és a Dropbox, amelyek a dokumentumainkat egy külső adatközpontban tárolják, hogy biztonságosan hozzáférhessünk az interneten. Az ehhez hasonló szolgáltatások lehetővé teszik számunkra, hogy bárhol, bármikor, bármilyen eszközön vagy operációs rendszeren hozzáférjünk és megosszuk a dokumentumainkat.

Hogy igazságosak legyünk, a streaming szolgáltatások, a közösségi média és a felhőszolgáltatások használata nem feltétlenül jelenti azt, hogy mindent a felhőbe helyezünk át – néhány dolgot inkább túlzottan titkosnak és biztonságosnak tartunk –, de ezek a szolgáltatások megszűntek, és továbbra is csökkenni fognak. az a teljes fizikai adattárhely, amelyre évről évre szükségünk van.

Miért fontos az exponenciálisan több tárhely?

Míg az átlagos egyénnek kevésbé van szüksége több digitális tárhelyre, nagy erők játszanak szerepet, amelyek Kryder törvényét viszik előre.

Először is, a számos technológiai és pénzügyi szolgáltató cégnél előforduló, közel évente megjelenő biztonsági incidensek listája miatt – amelyek egyének millióinak digitális információit veszélyeztetik – joggal nő az adatvédelemmel kapcsolatos aggodalma a nyilvánosság körében. Az egyéni igényektől függően ez a felhőtől függően növelheti a lakossági keresletet a nagyobb és olcsóbb személyes használatra szánt adattárolási lehetőségek iránt. A jövőbeli egyének akár otthonukban is felállíthatnak privát adattároló szervereket, amelyekhez külsőleg csatlakozhatnak, ahelyett, hogy a nagy technológiai cégek tulajdonában lévő szerverektől függnének.

Egy másik szempont, hogy az adattárolási korlátok jelenleg számos ágazatban akadályozzák a fejlődést a biotechnológiától a mesterséges intelligenciáig. A big data felhalmozódásától és feldolgozásától függő ágazatoknak egyre nagyobb mennyiségű adatot kell tárolniuk az új termékek és szolgáltatások innovációjához.

A 2020-as évek végére a Dolgok Internete (IoT), az autonóm járművek, a robotok, a kiterjesztett valóság és más hasonló, új generációs „széltechnológiák” ösztönzik majd a tárolási technológiába történő beruházásokat. Ennek az az oka, hogy ezeknek a technológiáknak a működéséhez megfelelő számítási teljesítményre és tárolókapacitásra van szükségük ahhoz, hogy megértsék környezetüket, és valós időben reagáljanak anélkül, hogy állandóan függnének a felhőtől. Ezt a koncepciót részletesebben megvizsgáljuk ötödik fejezet ennek a sorozatnak.

Végül a A tárgyak internete (teljesen kifejtve a mi Az internet jövője sorozat) milliárd-trilliónyi érzékelőt eredményez, amely milliárd-trillió dolgok mozgását vagy állapotát követi nyomon. A számtalan szenzor által termelt hatalmas adatmennyiség hatékony tárolókapacitást igényel, mielőtt azokat a szuperszámítógépek hatékonyan feldolgoznák, amelyekkel a sorozat végén foglalkozunk.

Mindent összevetve, miközben az átlagember egyre inkább csökkenti a személyes tulajdonú, digitális tárolóhardverek iránti igényét, a bolygón továbbra is mindenki közvetve profitál majd abból a végtelen tárolókapacitásból, amelyet a jövő digitális tárolási technológiái kínálnak majd. Természetesen, amint arra már korábban utaltunk, a tárolás jövője a felhőben rejlik, de mielőtt mélyen belemerülnénk a témába, először is meg kell értenünk a komplementer forradalmakat, amelyek a számítástechnikai üzletág feldolgozási (mikrochip) oldalán zajlanak. a következő fejezet témája.