Quantumrun

MYNDAGREIÐSLA: Quantumrun

Stafræna geymslubyltingin: Future of Computers P3

David Tal, útgefandi, framtíðarfræðingur
@DavidTalWrites
LinkedIn

Þri, 09 - 15:2020

Flest ykkar sem lesa þetta muna líklega eftir hógværa disklingnum og hann er traustur 1.44 MB af diskplássi. Sum ykkar voru sennilega afbrýðisöm út í þennan eina vin þegar hann tók út fyrsta USB þumalfingursdrifinn, með 8MB plássi sínu, í skólaverkefni. Nú á dögum er galdurinn horfinn og við erum orðnir lúnir. Eitt terabæt af minni er staðalbúnaður í flestum 2018 skjáborðum - og Kingston selur meira að segja eitt terabæta USB drif núna.

Þráhyggja okkar fyrir geymslu eykst ár frá ári eftir því sem við neytum og búum til sífellt meira stafrænt efni, hvort sem það er skólaskýrsla, ferðamynd, mixteip hljómsveitarinnar þinnar eða GoPro myndband af þér á skíði niður Whistler. Aðrar straumar eins og hið nýja Internet hlutanna mun aðeins flýta fyrir fjallinu af gögnum sem heimurinn framleiðir og bæta enn frekar eldflaugaeldsneyti við eftirspurn eftir stafrænni geymslu

Þetta er ástæðan fyrir því að til að ræða gagnageymslu almennilega, þá ákváðum við nýlega að breyta þessum kafla með því að skipta honum í tvennt. Þessi helmingur mun fjalla um tækninýjungar í gagnageymslu og áhrif þeirra á meðaltal stafræna neytenda. Á meðan mun næsti kafli fjalla um komandi byltingu í skýinu.

Gagnageymsla nýjungar í pípunum

(TL;DR - Eftirfarandi hluti lýsir nýju tækninni sem gerir kleift að geyma sífellt meira magn af gögnum á sífellt minni og skilvirkari geymsludrifum. Ef þér er sama um tæknina, en vilt í staðinn lesa um það breiðari þróun og áhrif í kringum gagnageymslu, þá mælum við með að sleppa í næstu undirfyrirsögn.)

Mörg ykkar hafa þegar heyrt um lögmál Moores (athugunin að fjöldi smára í þéttri samþættri hringrás tvöfaldast um það bil á tveggja ára fresti), en á geymsluhlið tölvuviðskipta, höfum við lögmál Kryder - í grundvallaratriðum, getu okkar til að kreista sífellt fleiri hlutir í minnkandi harða diska tvöfaldast líka á um það bil 18 mánaða fresti. Það þýðir að sá sem eyddi $1,500 fyrir 5MB fyrir 35 árum getur nú eytt $600 fyrir 6TB drif.

Þetta er töfrandi framfarir og hættir ekki í bráð.

Eftirfarandi listi er stutt innsýn í næstu og langtíma nýjungar sem framleiðendur stafrænna geymslu munu nota til að fullnægja geymsluhungruðu samfélagi okkar.

Betri harðir diskar. Fram í byrjun 2020 munu framleiðendur halda áfram að byggja hefðbundna harða diska (HDD) og pakka inn meira minnisrými þar til við getum ekki lengur byggt harða diska þéttari. Tæknin sem fundin var upp til að leiða þennan síðasta áratug HDD tækni eru ma Shingled Magnetic Recording (SMR), þar á eftir Tvívídd segulupptaka (TDMR), og hugsanlega Hitaaðstoð segulupptaka (HAMR).

Solid state harðir diskar. Að skipta út hefðbundnum harða disknum sem bent er á hér að ofan er solid state harði diskurinn (SATA SSD). Ólíkt harðdiskum eru SSD diskar ekki með neina snúningsdiska - í rauninni eru þeir alls ekki með neina hreyfanlega hluta. Þetta gerir SSD diskum kleift að starfa mun hraðar, í minni stærðum og með meiri endingu en forveri þeirra. SSD diskar eru nú þegar staðall á fartölvum nútímans og eru smám saman að verða staðalbúnaður á flestum nýjum borðtölvum. Og þótt upphaflega mun dýrari en harðdiskar, þá verð lækkar hraðar en HDD, sem þýðir að sala þeirra gæti farið fram úr HDD diskum um miðjan 2020.

Næsta kynslóð SSD diskar eru smám saman einnig kynntar, þar sem framleiðendur fara úr SATA SSD diskum yfir í PCIe SSD diska sem hafa að minnsta kosti sexfalda bandbreidd en SATA drif og stækka.

Flash minni fer í 3D. En ef hraði er markmiðið er ekkert betra að geyma allt í minni.

Hægt er að líkja harða diskum og SSD diskum við langtímaminnið þitt, en flassið er meira í ætt við skammtímaminnið þitt. Og rétt eins og heilinn þinn þarf tölva venjulega báðar tegundir geymslu til að virka. Hefðbundnar einkatölvur eru almennt nefndar sem handahófsaðgangsminni (RAM), og hafa tilhneigingu til að koma með tvö vinnsluminni á 4 til 8GB hvor. Á sama tíma selja þyngstu kapparnir eins og Samsung nú 2.5D minniskort sem geyma 128GB hvert — ótrúlegt fyrir harðkjarna spilara, en hagnýtara fyrir næstu kynslóð ofurtölva.

Áskorunin við þessi minniskort er að þau eru að lenda í sömu líkamlegu takmörkunum sem harðir diskar standa frammi fyrir. Það sem verra er, því smærri smárarnir verða inni í vinnsluminni, því verri sem þeir standa sig með tímanum - erfiðara verður að eyða smáranum og skrifa nákvæmlega, og lenda að lokum á frammistöðuvegg sem þvingar til þess að skipta þeim út fyrir ferska vinnsluminni. Í ljósi þessa eru fyrirtæki farin að smíða næstu kynslóð minniskorta:

3D NAND. Fyrirtæki eins og Intel, Samsung, Micron, Hynix og Taiwan Semiconductor þrýsta á um víðtæka upptöku 3D NAND, sem staflar smára í þrívídd inni í flís.
Resistive Random Access Memory (Vinnsluminni). Þessi tækni notar viðnám í stað rafhleðslu til að geyma bita (0s og 1s) af minni.
3D flísar. Nánar verður fjallað um þetta í næsta flokkskafla, en í stuttu máli, 3D flísar stefnt að því að sameina tölvu- og gagnageymslu í lóðrétt stöfluðum lögum og bæta þannig vinnsluhraða og draga úr orkunotkun.
Phase Change Memory (PCM). Í tækni á bak við PCM hitar í grundvallaratriðum og kælir kalkógeníðgler, færir það á milli kristallaðra yfir í ókristallað ástand, hvert með einstaka rafviðnám sem táknar tvöfalda 0 og 1. Þegar þetta er fullkomnað mun þessi tækni endast mun lengur en núverandi vinnsluminni afbrigði og er óstöðug, sem þýðir það getur geymt gögn jafnvel þegar slökkt er á rafmagninu (ólíkt hefðbundnu vinnsluminni).
Spin-Transfer Torque Random-Access Memory (STT-RAM). Öflugur Frankenstein sem sameinar getu af DRAM með hraðanum á SRAM, ásamt bættri óstöðugleika og næstum ótakmörkuðu þreki.
3D XPoint. Með þessari tækni, í stað þess að treysta á smára til að geyma upplýsingar, 3D Xpoint notar smásæja möskva af vírum, samræmdum með "vali" sem er staflað ofan á annan. Þegar þetta hefur verið fullkomnað gæti þetta gjörbylt iðnaðinum þar sem 3D Xpoint er óstöðugt, mun virka þúsund sinnum hraðar en NAND flass og 10 sinnum þéttara en DRAM.

Með öðrum orðum, mundu þegar við sögðum: „Hægt er að bera saman harða diska og SSD diska við langtímaminnið þitt, en flassið er meira í ætt við skammtímaminnið þitt“? Jæja, 3D Xpoint mun takast á við bæði og gera það betur en annað hvort fyrir sig.

Burtséð frá því hvaða valkostur sigrar, munu allar þessar nýju gerðir af flassminni bjóða upp á meiri minnisgetu, hraða, þol og orkunýtni.

Langtíma geymslu nýjungar. Á sama tíma, fyrir þau notkunartilvik þar sem hraði skiptir minna máli en varðveisla á miklu magni gagna, er ný og fræðileg tækni í vinnslu:

Spólutæki. Við fundum upp fyrir meira en 60 árum og notuðum upphaflega segulbandsdrif til að geyma skatta- og heilbrigðisskjöl. Í dag er verið að fullkomna þessa tækni nálægt fræðilegu hámarki IBM setur met með því að geyma 330 terabæta af óþjöppuðum gögnum (~330 milljónir bóka) í segulbandshylki á stærð við hönd þína.
DNA geymsla. Vísindamenn frá University of Washington og Microsoft Research þróað kerfi að umrita, geyma og sækja stafræn gögn með því að nota DNA sameindir. Þegar þetta kerfi hefur verið fullkomnað gæti það einn daginn geymt upplýsingar milljón sinnum meira fyrirferðarlítið en núverandi gagnageymslutækni.
Kilobyte endurskrifanlegt atómminni. Með því að vinna einstök klóratóm á flatri koparplötu, skrifuðu vísindamenn 1 kílóbæti skilaboð á 500 terabitum á fertommu — um það bil 100 sinnum meiri upplýsingar á hvern fertommu en skilvirkasta harði diskurinn á markaðnum.
5D gagnageymsla. Þetta sérhæfða geymslukerfi, sem er í fararbroddi háskólans í Southampton, býður upp á 360 TB/disk gagnagetu, hitastöðugleika allt að 1,000°C og nær ótakmarkaðan líftíma við stofuhita (13.8 milljarða ára við 190°C). Með öðrum orðum, 5D gagnageymsla væri tilvalin til notkunar í geymslu á söfnum og bókasöfnum.

Hugbúnaðarskilgreindur geymsluinnviði (SDS). Það er ekki bara geymsluvélbúnaður sem sér fyrir nýjungum, heldur er hugbúnaðurinn sem keyrir hann einnig í spennandi þróun. SDS er aðallega notað í stórum tölvunetum fyrirtækja eða skýjageymsluþjónustu þar sem gögn eru geymd miðlægt og aðgengileg í gegnum einstök tengd tæki. Það tekur í grundvallaratriðum heildarmagn gagnageymslurýmis í neti og skilur það á milli mismunandi þjónustu og tækja sem keyra á netinu. Betri SDS kerfi eru alltaf kóðuð til að nota núverandi (í stað nýs) geymsluvélbúnaðar á skilvirkari hátt.

Þurfum við jafnvel geymslu í framtíðinni?

Allt í lagi, svo geymslutækni mun batna heilmikið á næstu áratugum. En það sem við verðum að íhuga er, hvaða munur skiptir það samt?

Meðalmanneskjan mun aldrei nota terabætið af geymsluplássi sem nú er til í nýjustu borðtölvugerðunum. Og eftir tvö til fjögur ár til viðbótar mun næsti snjallsími þinn hafa nóg geymslupláss til að safna eins árs virði af myndum og myndböndum án þess að þurfa að vorhreinsa tækið þitt. Vissulega er minnihluti fólks þarna úti sem finnst gaman að safna gríðarlegu magni af gögnum á tölvur sínar, en fyrir okkur hin eru ýmsar straumar sem draga úr þörf okkar fyrir óhóflegt diskgeymslupláss í einkaeigu.

Straumþjónusta. Einu sinni voru tónlistarsöfnin okkar í því að safna plötum, síðan snældum og síðan geisladiskum. Á tíunda áratugnum urðu lög stafræn í MP90 til að safna þúsundum (fyrst með straumum, síðan meira og meira í gegnum stafrænar verslanir eins og iTunes). Nú, í stað þess að þurfa að geyma og skipuleggja tónlistarsafn á heimilistölvunni eða símanum, getum við streymt óendanlega mörgum lögum og hlustað á þau hvar sem er í gegnum þjónustu eins og Spotify og Apple Music.

Þessi framvinda minnkaði fyrst líkamlegt rými sem tónlist tók heima, síðan stafræna rýmið á tölvunni þinni. Nú er hægt að skipta öllu út fyrir utanaðkomandi þjónustu sem veitir þér ódýran og þægilegan, hvar sem er/hvenær sem er aðgangur að allri tónlistinni sem þú gætir viljað. Auðvitað eiga flest ykkar sem lesið þetta sennilega ennþá nokkra geisladiska liggjandi, flestir munu enn eiga traust safn af MP3 í tölvunni, en næsta kynslóð tölvunotenda mun ekki eyða tíma sínum í að fylla tölvurnar sínar af tónlist sem þeir geta aðgangur ókeypis á netinu.

Augljóslega, afritaðu allt sem ég sagði bara um tónlist og notaðu það á kvikmyndir og sjónvarp (halló, Netflix!) og persónuleg geymslusparnaður heldur áfram að aukast.

félagslega fjölmiðla. Þar sem tónlist, kvikmyndir og sjónvarpsþættir stífla sífellt minna af einkatölvum okkar, er næststærsta form stafræns efnis persónulegar myndir og myndbönd. Aftur, við notuðum til að framleiða myndir og myndbönd líkamlega, að lokum til að safna ryki á háaloftinu okkar. Síðan urðu myndir okkar og myndbönd stafræn, aðeins til að safna aftur ryki í neðri hluta tölvunnar okkar. Og það er málið: Við skoðum sjaldan flestar myndirnar og myndböndin sem við tökum.

En eftir að samfélagsmiðlar gerðust, gáfu síður eins og Flickr og Facebook okkur möguleika á að deila óendanlega mörgum myndum með neti fólks sem okkur þykir vænt um, en geymdu líka þessar myndir (ókeypis) í sjálfskipulegu möppukerfi eða tímalínu. Þó að þessi félagslegi þáttur, ásamt litlu, hágæða símamyndavélum, hafi stóraukist fjölda mynda og myndbanda sem meðalmanneskjan framleiðir, minnkaði það líka vana okkar að geyma myndir á einkatölvunum okkar, og hvatti okkur til að geyma þær á netinu, einslega. eða opinberlega.

Ský og samstarfsþjónusta. Miðað við síðustu tvo punktana er aðeins auðmjúkt textaskjalið (og nokkrar aðrar sessgagnagerðir) eftir. Þessi skjöl, samanborið við margmiðlunina sem við ræddum um, eru yfirleitt svo lítil að það verður aldrei vandamál að geyma þau á tölvunni þinni.

Hins vegar, í sífellt hreyfanlegri heimi okkar, er vaxandi eftirspurn eftir að fá aðgang að skjölum á ferðinni. Og hér aftur, sama framfarir og við ræddum um tónlist er að gerast hér - þar sem fyrst við fluttum skjöl með disklingum, geisladiskum og USB-diska, nú notum við þægilegri og neytendamiðuð ský geymsla þjónustu, eins og Google Drive og Dropbox, sem geymir skjölin okkar í utanaðkomandi gagnaveri sem við getum nálgast á öruggan hátt á netinu. Þjónusta eins og þessi gerir okkur kleift að fá aðgang að og deila skjölum okkar hvar sem er, hvenær sem er, á hvaða tæki eða stýrikerfi sem er.

Til að vera sanngjarn, þá þýðir það ekki endilega að nota streymisþjónustur, samfélagsmiðla og skýjaþjónustu að við munum færa allt yfir í skýið – sumt sem við kjósum að hafa of persónulegt og öruggt – en þessi þjónusta hefur skorið niður og mun halda áfram að skera niður, heildarmagn líkamlegs gagnageymslurýmis sem við þurfum að eiga ár yfir ár.

Hvers vegna veldishraða meiri geymsla skiptir máli

Þó að meðalmaður sjái kannski minni þörf fyrir meiri stafræna geymslu, þá eru stórir kraftar að spila sem knýja lögmál Kryder áfram.

Í fyrsta lagi, vegna næstum árlegrar lista yfir öryggisbrot í ýmsum tækni- og fjármálaþjónustufyrirtækjum - sem hvert um sig stofnar stafrænum upplýsingum milljóna einstaklinga í hættu - eru áhyggjur af persónuvernd gagna að aukast meðal almennings. Það fer eftir þörfum hvers og eins, þetta gæti ýtt undir eftirspurn almennings eftir stærri og ódýrari gagnageymslumöguleikum til persónulegrar notkunar til að forðast eftir skýinu. Einstaklingar í framtíðinni gætu jafnvel sett upp einkagagnageymsluþjóna inni á heimilum sínum til að tengjast utanaðkomandi í stað þess að vera háð netþjónum í eigu stóru tæknifyrirtækjanna.

Önnur íhugun er sú að takmarkanir á gagnageymslu hindra framfarir í ýmsum geirum frá líftækni til gervigreindar. Geirar sem eru háðir uppsöfnun og vinnslu stórra gagna þurfa að geyma sífellt meira magn af gögnum til að gera nýjar vörur og þjónustu.

Næst, seint á 2020, munu Internet of Things (IoT), sjálfstýrð farartæki, vélmenni, aukinn veruleiki og önnur slík næstu kynslóð „brúnartækni“ hvetja til fjárfestinga í geymslutækni. Þetta er vegna þess að til að þessi tækni virki þurfa þau að hafa tölvuafl og geymslugetu til að skilja umhverfi sitt og bregðast við í rauntíma án þess að vera stöðugt háð skýinu. Við kannum þetta hugtak frekar inn kafla fimm af þessari seríu.

Að lokum, Internet á Things (útskýrt að fullu í okkar Framtíð internetsins röð) mun leiða til milljarða til trilljóna skynjara sem rekja hreyfingu eða stöðu milljarða til trilljóna hluta. Hið gríðarlega magn af gögnum sem þessir óteljandi skynjarar munu framleiða mun krefjast skilvirkrar geymslurýmis áður en hægt er að vinna þau á áhrifaríkan hátt af ofurtölvunum sem við munum ná yfir í lok þessarar seríu.

Þegar allt kemur til alls, þó að meðalmanneskjan muni í auknum mæli draga úr þörf sinni fyrir stafræna geymsluvélbúnað í persónulegri eigu, munu allir á jörðinni samt njóta óbeints góðs af óendanlegu geymslurýminu sem framtíðar stafræn geymslutækni mun bjóða upp á. Auðvitað, eins og áður hefur verið gefið í skyn, liggur framtíð geymslu í skýinu, en áður en við getum kafað djúpt ofan í það efni, þurfum við fyrst að skilja þær ókeypis byltingar sem eiga sér stað á vinnslu (örflögu) hlið tölvuviðskipta – efni næsta kafla.