Corsa quantistica

CREDITO IMMAGINE: Corsa quantistica

La rivoluzione dell'archiviazione digitale: il futuro dei computer P3

David Tal, editore, futurista
@DavidTalWrites
LinkedIn

Mar, 09 / 15 / 2020 - 15: 43

La maggior parte di voi che leggono questo probabilmente ricorderà l'umile floppy disk ed è solido 1.44 MB di spazio su disco. Alcuni di voi probabilmente erano gelosi di quell'unico amico quando ha tirato fuori la prima chiavetta USB, con i suoi mostruosi 8 MB di spazio, durante un progetto scolastico. Al giorno d'oggi, la magia è sparita e siamo diventati stanchi. Un terabyte di memoria viene fornito di serie nella maggior parte dei desktop del 2018 e Kingston vende persino unità USB da un terabyte ora.

La nostra ossessione per l'archiviazione cresce anno dopo anno man mano che consumiamo e creiamo sempre più contenuti digitali, che si tratti di una pagella scolastica, di una foto di viaggio, del mixtape della tua band o di un video GoPro di te mentre scendi a Whistler. Altre tendenze come l'emergente Internet of Things accelereranno solo la montagna di dati prodotta dal mondo, aggiungendo ulteriore carburante per missili alla domanda di archiviazione digitale

Questo è il motivo per cui, per discutere adeguatamente la memorizzazione dei dati, abbiamo recentemente deciso di modificare questo capitolo dividendolo in due. Questa metà coprirà le innovazioni tecnologiche nell'archiviazione dei dati e il suo impatto sui consumatori digitali medi. Nel frattempo, il prossimo capitolo tratterà l'imminente rivoluzione nel cloud.

Innovazioni nell'archiviazione dei dati in cantiere

(TL;DR - La sezione seguente delinea la nuova tecnologia che consentirà di archiviare quantità sempre maggiori di dati su unità di archiviazione sempre più piccole ed efficienti. Se non ti interessa la tecnologia, ma vuoi invece leggere le informazioni più ampie tendenze e impatti sull'archiviazione dei dati, quindi consigliamo di passare al sottotitolo successivo.)

Molti di voi hanno già sentito parlare della legge di Moore (l'osservazione che il numero di transistor in un circuito integrato denso raddoppia all'incirca ogni due anni), ma per quanto riguarda lo storage del business dei computer, abbiamo la legge di Kryder, in pratica, la nostra capacità di spremere sempre più bit nella riduzione dei dischi rigidi raddoppiano all'incirca ogni 18 mesi. Ciò significa che la persona che ha speso $ 1,500 per 5 MB 35 anni fa ora può spendere $ 600 per un'unità da 6 TB.

Questo è un progresso sbalorditivo e non si fermerà presto.

L'elenco seguente offre un breve assaggio delle innovazioni a breve e lungo termine che i produttori di storage digitale utilizzeranno per soddisfare la nostra società assetata di storage.

Migliori unità disco fisso. Fino all'inizio degli anni 2020, i produttori continueranno a costruire unità disco rigido tradizionali (HDD), impacchettando una maggiore capacità di memoria fino a quando non sarà più possibile creare dischi rigidi più densi. Le tecniche inventate per guidare questo ultimo decennio di tecnologia HDD includono Shingled Magnetic Recording (SMR), seguito da Registrazione magnetica bidimensionale (TDMR) e potenzialmente Registrazione magnetica assistita dal calore (HAMR).

Dischi rigidi a stato solido. La sostituzione del tradizionale disco rigido sopra indicato è il disco rigido a stato solido (SATA SSD). A differenza degli HDD, gli SSD non hanno dischi rotanti, infatti non hanno parti mobili. Ciò consente agli SSD di funzionare molto più velocemente, con dimensioni più piccole e con una maggiore durata rispetto al loro predecessore. Gli SSD sono già uno standard sui laptop di oggi e stanno gradualmente diventando hardware standard sulla maggior parte dei nuovi modelli di desktop. E sebbene originariamente molto più costosi degli HDD, il loro il prezzo sta scendendo più velocemente degli HDD, il che significa che le loro vendite potrebbero superare gli HDD a titolo definitivo entro la metà degli anni '2020.

Anche gli SSD di nuova generazione vengono gradualmente introdotti, con i produttori che passano dagli SSD SATA agli SSD PCIe che hanno almeno sei volte la larghezza di banda delle unità SATA e stanno crescendo.

La memoria flash diventa 3D. Ma se l'obiettivo è la velocità, niente è meglio di archiviare tutto nella memoria.

HDD e SSD possono essere paragonati alla tua memoria a lungo termine, mentre il flash è più simile alla tua memoria a breve termine. E proprio come il tuo cervello, un computer ha tradizionalmente bisogno di entrambi i tipi di memoria per funzionare. Comunemente chiamata memoria ad accesso casuale (RAM), i personal computer tradizionali tendono a essere dotati di due stick di RAM da 4 a 8 GB ciascuno. Nel frattempo, i giocatori più pesanti come Samsung stanno ora vendendo schede di memoria 2.5D da 128 GB ciascuna: incredibili per i giocatori più accaniti, ma più pratiche per i supercomputer di prossima generazione.

La sfida con queste schede di memoria è che stanno incontrando gli stessi vincoli fisici che devono affrontare i dischi rigidi. Peggio ancora, i transistor più piccoli diventano all'interno della RAM, peggiori si comportano nel tempo: i transistor diventano più difficili da cancellare e scrivere in modo accurato, fino a colpire un muro di prestazioni che costringe la loro sostituzione con nuove chiavette RAM. Alla luce di ciò, le aziende stanno iniziando a costruire la prossima generazione di schede di memoria:

3D NAND. Aziende come Intel, Samsung, Micron, Hynix e Taiwan Semiconductor stanno spingendo per l'adozione su larga scala di 3D NAND, che impila i transistor in tre dimensioni all'interno di un chip.
Memoria resistiva ad accesso casuale (RRAM). Questa tecnologia utilizza la resistenza invece di una carica elettrica per memorizzare bit (0 e 1) di memoria.
Chip 3D. Questo sarà discusso più dettagliatamente nel prossimo capitolo della serie, ma in breve, Chip 3D mirano a combinare elaborazione e archiviazione dei dati in livelli impilati verticalmente, migliorando così le velocità di elaborazione e riducendo il consumo di energia.
Memoria del cambio di fase (PCM). tecnologia dietro i PCM fondamentalmente riscalda e raffredda il vetro calcogenuro, spostandolo da uno stato cristallizzato a uno non cristallizzato, ciascuno con le proprie resistenze elettriche uniche che rappresentano il binario 0 e 1. Una volta perfezionata, questa tecnologia durerà molto più a lungo delle attuali varianti RAM ed è non volatile, il che significa può contenere dati anche quando l'alimentazione è spenta (a differenza della RAM tradizionale).
Coppia di trasferimento rotazione Memoria ad accesso casuale (RAM STT). Un potente Frankenstein che unisce la capacità di DRAM con la velocità di SRAM, insieme a una migliore non volatilità e una resistenza quasi illimitata.
3D XPoint. Con questa tecnologia, invece di fare affidamento sui transistor per archiviare le informazioni, Punto X 3D utilizza una microscopica maglia di fili, coordinati da un "selettore" che sono impilati uno sopra l'altro. Una volta perfezionato, questo potrebbe rivoluzionare il settore poiché 3D Xpoint non è volatile, funzionerà migliaia di volte più velocemente della flash NAND e 10 volte più denso della DRAM.

In altre parole, ricordi quando abbiamo detto "HDD e SSD possono essere paragonati alla tua memoria a lungo termine, mentre il flash è più simile alla tua memoria a breve termine"? Bene, 3D Xpoint gestirà entrambi e lo farà meglio di entrambi che separatamente.

Indipendentemente dall'opzione vincente, tutte queste nuove forme di memoria flash offriranno maggiore capacità di memoria, velocità, resistenza ed efficienza energetica.

Innovazioni di archiviazione a lungo termine. Nel frattempo, per quei casi d'uso in cui la velocità conta meno della conservazione di grandi quantità di dati, sono attualmente in lavorazione nuove tecnologie teoriche:

Unità a nastro. Inventato oltre 60 anni fa, originariamente utilizzavamo unità a nastro per archiviare documenti fiscali e sanitari. Oggi, questa tecnologia viene perfezionata vicino al suo picco teorico con IBM che stabilisce un record archiviando 330 terabyte di dati non compressi (~330 milioni di libri) in una cartuccia a nastro delle dimensioni di una mano.
Conservazione del DNA. Ricercatori dell'Università di Washington e Microsoft Research sviluppato un sistema per codificare, archiviare e recuperare dati digitali utilizzando molecole di DNA. Una volta perfezionato, questo sistema potrebbe un giorno archiviare informazioni milioni di volte in modo più compatto rispetto alle attuali tecnologie di archiviazione dei dati.
Kilobyte di memoria atomica riscrivibile. Manipolando i singoli atomi di cloro su una lastra piana di rame, gli scienziati hanno scritto un messaggio da 1 kilobyte a 500 terabit per pollice quadrato, circa 100 volte più informazioni per pollice quadrato rispetto al disco rigido più efficiente sul mercato.
Archiviazione dati 5D. Questo sistema di storage specializzato, guidato dall'Università di Southampton, offre una capacità dati di 360 TB/disco, stabilità termica fino a 1,000°C e una durata pressoché illimitata a temperatura ambiente (13.8 miliardi di anni a 190°C). In altre parole, l'archiviazione dei dati 5D sarebbe l'ideale per usi archivistici in musei e biblioteche.

Infrastruttura di archiviazione definita dal software (SDS). Non è solo l'hardware di archiviazione a vedere l'innovazione, ma anche il software che lo esegue sta subendo uno sviluppo entusiasmante. SDS viene utilizzato principalmente nelle reti di computer aziendali di grandi dimensioni o nei servizi di cloud storage in cui i dati vengono archiviati centralmente e vi si accede tramite dispositivi individuali connessi. Fondamentalmente prende la quantità totale di capacità di archiviazione dei dati in una rete e la separa tra i vari servizi e dispositivi che funzionano sulla rete. I migliori sistemi SDS vengono costantemente codificati per utilizzare in modo più efficiente l'hardware di archiviazione esistente (anziché nuovo).

Avremo ancora bisogno di spazio di archiviazione in futuro?

Ok, quindi la tecnologia di archiviazione migliorerà molto nei prossimi decenni. Ma la cosa che dobbiamo considerare è, che differenza fa comunque?

La persona media non utilizzerà mai il terabyte di spazio di archiviazione ora disponibile negli ultimi modelli di computer desktop. E in altri due o quattro anni, il tuo prossimo smartphone avrà spazio di archiviazione sufficiente per accumulare immagini e video per un anno senza dover pulire il tuo dispositivo. Certo, c'è una minoranza di persone là fuori a cui piace accumulare enormi quantità di dati sui propri computer, ma per il resto di noi ci sono una serie di tendenze che riducono il nostro bisogno di spazio di archiviazione su disco eccessivo e di proprietà privata.

Servizi di streaming. C'era una volta, le nostre raccolte musicali prevedevano la raccolta di dischi, poi cassette, poi CD. Negli anni '90, le canzoni sono state digitalizzate in MP3 per essere accumulate a migliaia (prima tramite torrent, poi sempre di più attraverso negozi digitali come iTunes). Ora, invece di dover archiviare e organizzare una raccolta musicale sul tuo computer o telefono di casa, possiamo riprodurre in streaming un numero infinito di brani e ascoltarli ovunque tramite servizi come Spotify e Apple Music.

Questa progressione ha prima ridotto lo spazio fisico che la musica occupava a casa, quindi lo spazio digitale sul tuo computer. Ora tutto può essere sostituito da un servizio esterno che ti offre un accesso conveniente e conveniente, ovunque e in qualsiasi momento a tutta la musica che desideri. Ovviamente, la maggior parte di voi che sta leggendo questo probabilmente ha ancora qualche CD in giro, la maggior parte avrà ancora una solida collezione di MP3 sul proprio computer, ma la prossima generazione di utenti di computer non perderà tempo a riempire i propri computer di musica che possono accedere liberamente online.

Ovviamente, copia tutto ciò che ho appena detto sulla musica e applicalo a film e televisione (ciao, Netflix!) e il risparmio di spazio di archiviazione personale continua a crescere.

social media. Con musica, film e programmi TV che intasano sempre meno i nostri personal computer, la seconda più grande forma di contenuto digitale sono le immagini ei video personali. Ancora una volta, producevamo immagini e video fisicamente, in definitiva per raccogliere la polvere nelle nostre soffitte. Quindi le nostre foto e i nostri video sono diventati digitali, solo per raccogliere nuovamente polvere negli angoli più bassi dei nostri computer. E questo è il problema: raramente guardiamo la maggior parte delle foto e dei video che facciamo.

Ma dopo che sono nati i social media, siti come Flickr e Facebook ci hanno dato la possibilità di condividere un numero infinito di immagini con una rete di persone a cui teniamo, archiviando anche quelle immagini (gratuitamente) in un sistema di cartelle o timeline auto-organizzati. Mentre questo elemento sociale, insieme alle fotocamere dei telefoni in miniatura di fascia alta, ha notevolmente aumentato il numero di immagini e video prodotti dalla persona media, ha anche ridotto la nostra abitudine di archiviare le foto sui nostri computer privati, incoraggiandoci a archiviarle online, privatamente o pubblicamente.

Servizi cloud e di collaborazione. Dati gli ultimi due punti, rimane solo l'umile documento di testo (e alcuni altri tipi di dati di nicchia). Questi documenti, rispetto ai contenuti multimediali di cui abbiamo appena parlato, di solito sono così piccoli che archiviarli sul tuo computer non sarà mai un problema.

Tuttavia, nel nostro mondo sempre più mobile, c'è una domanda crescente di accedere ai documenti in movimento. E anche qui, la stessa progressione di cui abbiamo discusso con la musica sta accadendo qui: dove prima trasportavamo i documenti utilizzando floppy disk, CD e USB, ora usiamo più convenienti e orientati al consumatore Cloud Storage servizi, come Google Drive e Dropbox, che archiviano i nostri documenti in un data center esterno per consentirci di accedere in modo sicuro online. Servizi come questi ci consentono di accedere e condividere i nostri documenti ovunque, in qualsiasi momento, su qualsiasi dispositivo o sistema operativo.

Per essere onesti, l'utilizzo di servizi di streaming, social media e servizi cloud non significa necessariamente che sposteremo tutto sul cloud, alcune cose che preferiamo mantenere eccessivamente private e sicure, ma questi servizi sono stati tagliati e continueranno a ridursi, la quantità totale di spazio di archiviazione dei dati fisici che dobbiamo possedere anno dopo anno.

Perché esponenzialmente più spazio di archiviazione è importante

Mentre l'individuo medio può vedere meno bisogno di più spazio di archiviazione digitale, ci sono grandi forze in gioco che stanno portando avanti la legge di Kryder.

Innanzitutto, a causa dell'elenco quasi annuale di violazioni della sicurezza in una serie di società di servizi tecnologici e finanziari, ciascuna che mette in pericolo le informazioni digitali di milioni di persone, le preoccupazioni sulla privacy dei dati stanno giustamente crescendo tra il pubblico. A seconda delle esigenze individuali, ciò potrebbe guidare la domanda pubblica di opzioni di archiviazione dati più grandi ed economiche per uso personale per evitare di dipendere dal cloud. Le persone future potrebbero persino configurare server di archiviazione dati privati all'interno delle loro case per connettersi esternamente invece di dipendere dai server di proprietà delle grandi società tecnologiche.

Un'altra considerazione è che i limiti di archiviazione dei dati stanno attualmente bloccando il progresso in numerosi settori, dalla biotecnologia all'intelligenza artificiale. I settori che dipendono dall'accumulo e dall'elaborazione dei big data devono archiviare quantità sempre maggiori di dati per innovare nuovi prodotti e servizi.

Successivamente, entro la fine degli anni 2020, l'Internet delle cose (IoT), i veicoli autonomi, i robot, la realtà aumentata e altre "tecnologie all'avanguardia" di nuova generazione stimoleranno gli investimenti nella tecnologia di archiviazione. Questo perché affinché queste tecnologie funzionino, dovranno disporre della potenza di calcolo e della capacità di archiviazione per comprendere l'ambiente circostante e reagire in tempo reale senza una dipendenza costante dal cloud. Esploriamo ulteriormente questo concetto capitolo cinque di questa serie.

Infine, il Internet delle cose (spiegato integralmente nel ns Futuro di Internet serie) si tradurrà in miliardi a trilioni di sensori che tracciano il movimento o lo stato di miliardi a trilioni di cose. Le immense quantità di dati che questi innumerevoli sensori produrranno richiederanno un'effettiva capacità di archiviazione prima che possano essere effettivamente elaborate dai supercomputer di cui parleremo verso la fine di questa serie.

Nel complesso, mentre la persona media ridurrà sempre più la propria necessità di hardware di archiviazione digitale di proprietà personale, tutti sul pianeta trarranno comunque beneficio indirettamente dalla capacità di archiviazione infinita che le future tecnologie di archiviazione digitale offriranno. Naturalmente, come accennato in precedenza, il futuro dello storage risiede nel cloud, ma prima di poter approfondire l'argomento, dobbiamo prima comprendere le rivoluzioni complementari che si verificano sul lato dell'elaborazione (microchip) del business dei computer: il argomento del prossimo capitolo.