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디지털 스토리지 혁명: 컴퓨터의 미래 P3

David Tal, 발행인, 미래학자
@DavidTalWrites
링크드인

화, 09 / 15 / 2020 - 15 : 43

이 글을 읽는 대부분의 사람들은 플로피 디스크가 1.44MB라는 사실을 기억할 것입니다. 여러분 중 일부는 한 친구가 학교 프로젝트에서 8MB라는 엄청난 공간을 갖춘 최초의 USB 썸 드라이브를 출시했을 때 질투했을 것입니다. 요즘은 마법이 사라지고 지쳤습니다. 2018테라바이트의 메모리는 대부분의 XNUMX년 데스크탑에 기본으로 제공되며 Kingston은 현재 XNUMX테라바이트의 USB 드라이브도 판매합니다.

학교 보고서, 여행 사진, 밴드의 믹스테이프, Whistler에서 스키를 타는 GoPro 비디오 등 우리가 디지털 콘텐츠를 소비하고 제작함에 따라 스토리지에 대한 집착은 해를 거듭할수록 커집니다. 떠오르는 사물 인터넷과 같은 다른 트렌드는 전 세계가 생산하는 엄청난 양의 데이터를 가속화할 뿐이며 디지털 스토리지에 대한 수요에 로켓 연료를 추가할 것입니다.

이것이 데이터 저장에 대해 적절하게 논의하는 이유이며, 최근에 이 장을 둘로 나누어 편집하기로 결정했습니다. 이 절반은 데이터 스토리지의 기술 혁신과 일반 디지털 소비자에 대한 영향을 다룹니다. 한편, 다음 장에서는 클라우드에서 다가올 혁명에 대해 다룰 것입니다.

파이프라인의 데이터 스토리지 혁신

(TL;DR - 다음 섹션에서는 훨씬 더 작고 효율적인 스토리지 드라이브에 더 많은 양의 데이터를 저장할 수 있는 새로운 기술에 대해 간략히 설명합니다. 이 기술에 관심이 없지만 더 넓은 데이터 스토리지에 대한 동향 및 영향을 확인한 후 다음 소제목으로 건너뛰는 것이 좋습니다.)

여러분 중 많은 사람들이 무어의 법칙(밀도가 높은 집적 회로의 트랜지스터 수가 대략 18년마다 두 배로 증가한다는 관찰)에 대해 이미 들어보았지만 컴퓨터 비즈니스의 스토리지 측면에서 Kryder의 법칙이 있습니다. 줄어들고 있는 하드 드라이브에 들어가는 비트 수 역시 대략 1,500개월마다 두 배로 증가하고 있습니다. 이는 5년 전에 35MB에 600달러를 썼던 사람이 이제 6TB 드라이브에 XNUMX달러를 쓸 수 있음을 의미합니다.

이것은 입이 떡 벌어지는 진행이며, 이는 곧 멈추지 않을 것입니다.

다음 목록은 디지털 스토리지 제조업체가 스토리지에 굶주린 우리 사회를 만족시키기 위해 사용할 장단기 혁신에 대한 간략한 소개입니다.

더 나은 하드 디스크 드라이브. 2020년대 초까지 제조업체는 더 이상 고밀도 하드 디스크를 구축할 수 없을 때까지 더 많은 메모리 용량을 채워 기존의 하드 디스크 드라이브(HDD)를 계속 구축할 것입니다. HDD 기술의 마지막 XNUMX년을 이끌기 위해 발명된 기술은 다음과 같습니다. 에 진열 자기 기록 (SMR)에 이어 XNUMX차원 자기 기록 (TDMR) 및 잠재적으로 열 보조 자기 기록 (HAMR).

솔리드 스테이트 하드 드라이브. 위에서 언급한 기존 하드 디스크 드라이브를 대체하는 것이 솔리드 스테이트 하드 드라이브(SATA SSD)입니다. HDD와 달리 SSD에는 회전하는 디스크가 없습니다. 실제로 움직이는 부품이 전혀 없습니다. 이를 통해 SSD는 이전 제품보다 훨씬 더 빠르고 더 작은 크기로 더 높은 내구성으로 작동할 수 있습니다. SSD는 이미 오늘날의 노트북에서 표준이 되었으며 점차 대부분의 새로운 데스크탑 모델에서 표준 하드웨어가 되고 있습니다. 원래 HDD보다 훨씬 비싸지만, 가격이 HDD보다 빠르게 떨어지고 있습니다., 이는 2020년대 중반까지 매출이 HDD를 완전히 추월할 수 있음을 의미합니다.

차세대 SSD도 점차 도입되고 있으며 제조업체는 SATA SSD에서 SATA 드라이브 대역폭의 XNUMX배 이상인 PCIe SSD로 전환하고 성장하고 있습니다.

플래시 메모리가 3D로 전환. 그러나 속도가 목표라면 모든 것을 메모리에 저장하는 것보다 좋은 것은 없습니다.

HDD와 SSD는 장기 기억에 비유할 수 있는 반면 플래시는 단기 기억에 더 가깝습니다. 그리고 뇌와 마찬가지로 컴퓨터가 작동하려면 전통적으로 두 가지 유형의 저장소가 모두 필요합니다. 일반적으로 RAM(Random Access Memory)이라고 하는 기존 개인용 컴퓨터에는 각각 4~8GB의 RAM 2.5개가 제공되는 경향이 있습니다. 한편, 삼성과 같은 가장 강력한 제품은 이제 각각 128GB를 저장하는 XNUMXD 메모리 카드를 판매하고 있습니다. 이는 하드코어 게이머에게는 놀랍지만 차세대 슈퍼컴퓨터에는 더 실용적입니다.

이러한 메모리 카드의 문제는 하드 디스크가 직면하고 있는 것과 동일한 물리적 제약 조건에 직면한다는 것입니다. 더 나쁜 것은 트랜지스터가 RAM 내부에 들어갈수록 시간이 지남에 따라 성능이 저하된다는 것입니다. 트랜지스터는 지우고 정확하게 쓰기가 더 어려워져 결국 새로운 RAM 스틱으로 교체해야 하는 성능 벽에 부딪힙니다. 이에 비추어 기업들은 차세대 메모리 카드를 구축하기 시작했습니다.

3D NAND. Intel, Samsung, Micron, Hynix 및 Taiwan Semiconductor와 같은 회사는 광범위한 채택을 추진하고 있습니다. 3D NAND, 트랜지스터를 칩 내부에 XNUMX차원으로 쌓습니다.
저항성 랜덤 액세스 메모리(램). 이 기술은 전하 대신 저항을 사용하여 메모리의 비트(0 및 1)를 저장합니다.
3D 칩. 이것은 다음 시리즈 장에서 더 자세히 논의될 것이지만, 간단히, 3D 칩 수직으로 쌓인 레이어에서 컴퓨팅과 데이터 스토리지를 결합하여 처리 속도를 높이고 에너지 소비를 줄이는 것을 목표로 합니다.
상변화 메모리(PCM). 그만큼 PCM의 기술 기본적으로 칼코게나이드 유리를 가열 및 냉각하여 결정화 상태에서 비결정화 상태로 전환하며 각각 고유한 전기 저항이 이진수 0과 1을 나타냅니다. 일단 완성되면 이 기술은 현재의 RAM 변형보다 훨씬 더 오래 지속되며 비휘발성입니다. 전원이 꺼져 있어도 데이터를 유지할 수 있습니다(기존 RAM과 달리).
스핀 전송 토크 랜덤 액세스 메모리(STT-램). 능력을 겸비한 강력한 프랑켄슈타인 DRAM 의 속도로 SRAM, 향상된 비휘발성 및 거의 무한한 내구성과 함께.
3D XPoint. 이 기술을 사용하면 정보를 저장하기 위해 트랜지스터에 의존하는 대신 3D 엑스포인트 서로의 위에 쌓인 "선택기"에 의해 조정되는 미세한 와이어 메쉬를 사용합니다. 3D Xpoint가 비휘발성이고 NAND 플래시보다 수천 배 빠르게 작동하고 DRAM보다 밀도가 10배 더 높기 때문에 완벽하게 되면 업계에 혁명을 일으킬 수 있습니다.

즉, "HDD와 SSD는 장기 기억에 비유할 수 있는 반면 플래시는 단기 기억에 더 가깝습니다"라고 말한 것을 기억하십니까? 글쎄요, 3D Xpoint는 둘 다 처리할 것이고 둘 중 하나를 따로 사용하는 것보다 더 잘 처리할 것입니다.

어떤 옵션이 승자가 되든, 이 모든 새로운 형태의 플래시 메모리는 더 많은 메모리 용량, 속도, 내구성 및 전력 효율성을 제공할 것입니다.

장기 스토리지 혁신. 한편, 많은 양의 데이터를 보존하는 것보다 속도가 덜 중요한 사용 사례를 위해 현재 새롭고 이론적인 기술이 작업 중입니다.

테이프 드라이브. 60년 전에 발명된 우리는 원래 테이프 드라이브를 사용하여 세금 및 의료 문서를 보관했습니다. 오늘날 이 기술은 기록을 세우는 IBM 330테라바이트의 압축되지 않은 데이터(약 330억 XNUMX천만 권)를 손만한 크기의 테이프 카트리지에 보관합니다.
DNA 저장. 워싱턴 대학 및 Microsoft Research의 연구원 시스템을 개발 DNA 분자를 사용하여 디지털 데이터를 인코딩, 저장 및 검색합니다. 이 시스템이 완성되면 언젠가는 현재 데이터 저장 기술보다 수백만 배 더 컴팩트하게 정보를 보관할 수 있습니다.
킬로바이트 재기록 가능한 원자 메모리. 평평한 구리판에 있는 개별 염소 원자를 조작함으로써, 과학자들은 썼다 평방 인치당 1테라비트의 500킬로바이트 메시지—시장에서 가장 효율적인 하드 드라이브보다 평방 인치당 약 100배 더 많은 정보.
5D 데이터 저장. University of Southampton이 주도하는 이 특수 스토리지 시스템은 360TB/디스크 데이터 용량, 최대 1,000°C의 열 안정성 및 실온에서 거의 무제한 수명(13.8°C에서 190억년)을 제공합니다. 즉, 5D 데이터 스토리지는 박물관 및 도서관에서 보관용으로 이상적입니다.

소프트웨어 정의 스토리지 인프라(SDS). 혁신을 목격하고 있는 것은 스토리지 하드웨어뿐만 아니라 이를 실행하는 소프트웨어도 흥미진진한 개발을 진행하고 있습니다. SDS 데이터가 중앙에 저장되고 연결된 개별 장치를 통해 액세스되는 대규모 회사 컴퓨터 네트워크 또는 클라우드 스토리지 서비스에서 주로 사용됩니다. 기본적으로 네트워크에서 데이터 저장 용량의 총량을 가져와 네트워크에서 실행되는 다양한 서비스와 장치로 분리합니다. 더 나은 SDS 시스템이 항상 코딩되어 기존(새로운 대신) 스토리지 하드웨어를 더 효율적으로 사용합니다.

미래에도 스토리지가 필요할까요?

좋습니다. 스토리지 기술은 앞으로 몇 십 년 동안 크게 향상될 것입니다. 그러나 우리가 고려해야 할 것은 그것이 어쨌든 무슨 차이가 있습니까?

평균적인 사람은 현재 최신 데스크탑 컴퓨터 모델에서 사용할 수 있는 테라바이트의 저장 공간을 절대 사용하지 않습니다. 그리고 앞으로 XNUMX~XNUMX년 안에 다음 스마트폰은 기기를 청소할 필요 없이 XNUMX년치의 사진과 비디오를 보관할 수 있는 충분한 저장 공간을 갖게 될 것입니다. 물론 컴퓨터에 엄청난 양의 데이터를 저장하는 것을 좋아하는 소수의 사람들이 있지만 나머지 우리에게는 과도한 개인 소유 디스크 저장 공간에 대한 필요성을 줄이는 여러 경향이 있습니다.

스트리밍 서비스. 옛날 옛적에 우리의 음악 컬렉션에는 레코드 수집, 그 다음 카세트, CD 수집이 포함되었습니다. 90년대에는 노래가 MP3로 디지털화되어 수천 개가 저장되었습니다(처음에는 급류를 통해, 그 다음에는 iTunes와 같은 디지털 스토어를 통해 점점 더 많이). 이제 집에 있는 컴퓨터나 휴대폰에 음악 컬렉션을 저장하고 정리할 필요 없이 무한한 수의 노래를 스트리밍하고 Spotify 및 Apple Music과 같은 서비스를 통해 어디서나 들을 수 있습니다.

이 진행은 먼저 집에서 음악이 차지하는 물리적 공간을 줄인 다음 컴퓨터의 디지털 공간을 줄였습니다. 이제 이 모든 것을 저렴하고 편리하게 언제 어디서나 원하는 모든 음악에 액세스할 수 있는 외부 서비스로 대체할 수 있습니다. 물론, 이 글을 읽는 대부분의 사람들은 아마도 여전히 몇 개의 CD를 가지고 있을 것이고, 대부분은 여전히 컴퓨터에 MP3 컬렉션을 가지고 있을 것입니다. 온라인에서 자유롭게 액세스하십시오.

분명히, 내가 방금 음악에 대해 말한 모든 것을 복사하여 영화와 텔레비전(안녕하세요, Netflix!)에 적용하면 개인 저장 공간 절약이 계속 증가합니다.

소셜 미디어. 음악, 영화, TV 프로그램이 개인용 컴퓨터를 점점 더 많이 차지하게 되면서 디지털 콘텐츠의 다음으로 큰 형태는 개인 사진과 비디오입니다. 다시 말하지만, 우리는 궁극적으로 우리 다락방의 먼지를 모으기 위해 물리적으로 사진과 비디오를 제작하곤 했습니다. 그런 다음 우리의 사진과 비디오가 디지털화되어 컴퓨터의 아래쪽에 다시 먼지가 쌓였습니다. 그리고 그것이 문제입니다. 우리는 우리가 찍는 대부분의 사진과 비디오를 거의 보지 않습니다.

그러나 소셜 미디어가 발생한 후 Flickr 및 Facebook과 같은 사이트는 우리가 관심 있는 사람들의 네트워크와 무한한 수의 사진을 공유할 수 있는 기능을 제공하는 동시에 자체 구성 폴더 시스템 또는 타임라인에 해당 사진을 (무료로) 저장할 수도 있습니다. 미니어처의 고급 전화 카메라와 결합된 이 사회적 요소는 일반 사람이 생성하는 사진과 비디오의 수를 크게 늘렸지만 개인 컴퓨터에 사진을 저장하는 습관을 줄여서 온라인에 개인적으로 저장하도록 권장했습니다. 또는 공개적으로.

클라우드 및 협업 서비스. 마지막 두 가지 점을 감안할 때 겸손한 텍스트 문서(및 몇 가지 다른 틈새 데이터 유형)만 남아 있습니다. 방금 논의한 멀티미디어와 비교할 때 이러한 문서는 일반적으로 너무 작아서 컴퓨터에 저장해도 문제가 되지 않습니다.

그러나 점점 더 모바일화되는 세상에서 이동 중에도 문서에 액세스하려는 수요가 증가하고 있습니다. 그리고 여기에서도 음악에 대해 논의한 것과 동일한 진행 상황이 발생하고 있습니다. 처음에는 플로피 디스크, CD 및 USB를 사용하여 문서를 전송했지만 이제는 더 편리하고 소비자 지향적인 클라우드 스토리지 Google Drive 및 Dropbox와 같은 서비스는 온라인에서 안전하게 액세스할 수 있도록 문서를 외부 데이터 센터에 저장합니다. 이러한 서비스를 통해 언제 어디서나 모든 장치 또는 운영 체제에서 문서에 액세스하고 공유할 수 있습니다.

공정하게 말해서 스트리밍 서비스, 소셜 미디어 및 클라우드 서비스를 사용한다고 해서 모든 것을 클라우드로 옮기는 것은 아닙니다. 일부는 지나치게 비공개적이고 안전하게 유지하는 것을 선호하지만 이러한 서비스는 줄어들었고 앞으로도 계속 줄어들 것입니다. 매년 소유해야 하는 물리적 데이터 저장 공간의 총량입니다.

기하급수적으로 더 많은 스토리지가 중요한 이유

일반 개인은 더 많은 디지털 스토리지의 필요성을 덜 느낄 수 있지만 Kryder의 법칙을 발전시키는 큰 힘이 작용하고 있습니다.

첫째, 다양한 기술 및 금융 서비스 회사에서 매년 발생하는 보안 침해 목록으로 인해(각각 수백만 명의 디지털 정보를 위험에 빠뜨림) 데이터 개인 정보 보호에 대한 우려가 대중 사이에서 정당하게 증가하고 있습니다. 개인의 필요에 따라 클라우드에 의존하지 않기 위해 개인용으로 더 크고 저렴한 데이터 스토리지 옵션에 대한 대중의 수요를 유발할 수 있습니다. 미래의 개인은 대규모 기술 회사가 소유한 서버에 의존하는 대신 외부에 연결하기 위해 가정 내부에 개인 데이터 저장소 서버를 설정할 수도 있습니다.

또 다른 고려 사항은 데이터 저장 제한이 현재 생명 공학에서 인공 지능에 이르는 여러 분야의 발전을 가로막고 있다는 것입니다. 빅 데이터의 축적과 처리에 의존하는 부문은 새로운 제품과 서비스를 혁신하기 위해 훨씬 더 많은 양의 데이터를 저장해야 합니다.

다음으로, 2020년대 후반에는 사물 인터넷(IoT), 자율주행차, 로봇, 증강 현실 및 기타 차세대 '에지 기술'이 스토리지 기술에 대한 투자를 촉진할 것입니다. 이러한 기술이 작동하려면 클라우드에 지속적으로 의존하지 않고 주변 환경을 이해하고 실시간으로 대응할 수 있는 컴퓨팅 성능과 저장 용량이 필요하기 때문입니다. 우리는 이 개념을 더 자세히 살펴봅니다. 챕터 5 이 시리즈의.

마지막으로, 사물의 인터넷 (우리의 인터넷의 미래 시리즈) 수십억에서 수조에 이르는 사물의 움직임이나 상태를 추적하는 센서가 수십억에서 수조에 달할 것입니다. 이 셀 수 없이 많은 센서가 생성하는 엄청난 양의 데이터는 이 시리즈의 끝 부분에서 다룰 슈퍼컴퓨터에서 효과적으로 처리되기 전에 효과적인 저장 용량을 요구할 것입니다.

전반적으로 일반 사람들이 개인 소유의 디지털 스토리지 하드웨어에 대한 필요성을 점점 줄여가지만 지구상의 모든 사람들은 미래의 디지털 스토리지 기술이 제공할 무한한 스토리지 용량으로부터 여전히 간접적인 혜택을 볼 것입니다. 물론 앞서 암시했듯이 스토리지의 미래는 클라우드에 있지만 이 주제에 대해 자세히 알아보기 전에 먼저 컴퓨터 비즈니스의 프로세싱(마이크로칩) 측면에서 발생하는 무료 혁명을 이해해야 합니다. 다음 장의 주제.