Quantumrun

VAIZDO KREDITAS: Quantumrun

Skaitmeninės saugojimo revoliucija: kompiuterių ateitis P3

David Tal, leidėjas, futuristas
@DavidTalWrites
"LinkedIn

Antradienis, 09-15-2020 - 15:43

Daugelis iš jūsų, skaitančių tai, tikriausiai prisimena kuklų diskelį ir jame yra 1.44 MB vietos. Kai kurie iš jūsų tikriausiai pavydėjote tam draugui, kai jis per mokyklos projektą išleido pirmąjį USB atmintinę su milžiniška 8 MB vietos. Šiais laikais magijos nebėra, o mes pavargome. Vienas terabaitas atminties yra standartinis daugelyje 2018 m. stalinių kompiuterių, o Kingstonas dabar netgi parduoda vieno terabaito USB diskus.

Mūsų apsėstas saugykla kiekvienais metais auga, kai vartojame ir kuriame vis daugiau skaitmeninio turinio, nesvarbu, ar tai būtų mokyklos ataskaita, kelionės nuotrauka, jūsų grupės miksas, ar GoPro vaizdo įrašas, kuriame slidinėjate po Whistler. Kitos tendencijos, pvz., besiformuojantis daiktų internetas, tik paspartins pasaulyje gaunamų duomenų kalną, o tai dar labiau padidins skaitmeninės saugyklos poreikį.

Štai kodėl norėdami tinkamai aptarti duomenų saugojimą, neseniai nusprendėme redaguoti šį skyrių padalydami jį į dvi dalis. Ši pusė apims duomenų saugojimo technologijų naujoves ir jų poveikį vidutiniams skaitmeniniams vartotojams. Tuo tarpu kitame skyriuje bus kalbama apie artėjančią debesies revoliuciją.

Duomenų saugojimo naujovės ruošiamos

(TL;DR – kitame skyriuje aprašomos naujos technologijos, kurios leis vis didesnius duomenų kiekius saugoti vis mažesniuose ir efektyvesniuose saugojimo įrenginiuose. Jei jums nerūpi technologija, o norite paskaityti apie platesnę tendencijas ir poveikį duomenų saugojimui, rekomenduojame pereiti prie kitos paantraštės.)

Daugelis iš jūsų jau girdėjote apie Moore'o dėsnį (pastebėjimas, kad tranzistorių skaičius tankioje integrinėje grandinėje padvigubėja maždaug kas dvejus metus), tačiau kompiuterių verslo saugojimo srityje turime Kryderio dėsnį – iš esmės mūsų gebėjimą išspausti. vis daugiau bitų, susijusių su mažėjančiais standžiaisiais diskais, taip pat padvigubėja kas 18 mėnesių. Tai reiškia, kad asmuo, kuris prieš 1,500 metus išleido 5 USD už 35 MB, dabar gali išleisti 600 USD už 6 TB diską.

Tai stulbinantis progresas, kuris greitai nesustos.

Šis sąrašas yra trumpas žvilgsnis į trumpalaikes ir ilgalaikes naujoves, kurias skaitmeninių saugyklų gamintojai naudos, kad patenkintų mūsų saugyklų ištroškusią visuomenę.

Geresni standieji diskai. Iki 2020-ųjų pradžios gamintojai ir toliau kurs tradicinius standžiuosius diskus (HDD), įkeldami daugiau atminties, kol nebegalėsime kurti tankesnių standžiųjų diskų. Metodai, sukurti siekiant vadovauti paskutiniam HDD technologijų dešimtmečiui, apima Gontem magnetine (SMR), po to Dvimatis magnetinis įrašas (TDMR) ir galbūt Magnetinis įrašymas su karščiu (HAMR).

Kietojo kūno standieji diskai. Aukščiau pažymėto tradicinio standžiojo disko pakeitimas yra kietojo kūno standusis diskas (SATA SSD). Skirtingai nuo HDD, SSD diskai neturi besisukančių diskų – iš tikrųjų jie neturi judančių dalių. Tai leidžia SSD veikti daug greičiau, mažesniais dydžiais ir patvaresniais nei jų pirmtakai. SSD diskai jau yra šiuolaikinių nešiojamųjų kompiuterių standartas ir palaipsniui tampa standartine daugelio naujų stalinių kompiuterių modelių aparatine įranga. Ir nors iš pradžių daug brangiau nei HDD, jų kaina krenta greičiau nei HDDo tai reiškia, kad iki 2020-ųjų vidurio jų pardavimai gali aplenkti HDD.

Palaipsniui pristatomi ir naujos kartos SSD, gamintojams pereinant nuo SATA SSD prie PCIe SSD, kurių pralaidumas yra bent šešis kartus didesnis nei SATA diskų ir auga.

„Flash“ atmintis veikia 3D. Bet jei tikslas yra greitis, nieko neprilygsta išsaugoti viską atmintyje.

HDD ir SSD galima palyginti su ilgalaike atmintimi, o blykstė labiau panaši į trumpalaikę atmintį. Kaip ir jūsų smegenims, kompiuteriui tradiciškai reikia abiejų tipų saugyklos, kad veiktų. Tradiciniai asmeniniai kompiuteriai, paprastai vadinami laisvosios kreipties atmintimi (RAM), paprastai būna su dviem 4–8 GB RAM. Tuo tarpu didžiausi žaidėjai, tokie kaip „Samsung“, dabar parduoda 2.5D atminties korteles, kurių kiekvienoje yra 128 GB – tai nuostabu užkietėjusiems žaidėjams, bet praktiškesnė naujos kartos superkompiuteriams.

Šių atminties kortelių iššūkis yra tas, kad jos susiduria su tais pačiais fiziniais apribojimais, su kuriais susiduria standieji diskai. Dar blogiau, kuo smulkesni tranzistoriai tampa RAM viduje, tuo laikui bėgant blogiau veikia – tranzistorius tampa sunkiau ištrinti ir tiksliai įrašyti, o galiausiai atsitrenkia į našumo sieną, dėl kurios juos reikia pakeisti naujomis RAM atmintinėmis. Atsižvelgdamos į tai, įmonės pradeda kurti naujos kartos atminties korteles:

3D NAND. Tokios kompanijos kaip „Intel“, „Samsung“, „Micron“, „Hynix“ ir „Taiwan Semiconductor“ siekia plataus masto pritaikymo 3D NAND, kuris lusto viduje sukrauna tranzistorius į tris matmenis.
Varžinė laisvosios prieigos atmintis (RAM). Ši technologija naudoja atsparumą, o ne elektros krūvį, kad saugotų atminties bitus (0 ir 1 s).
3D lustai. Tai bus išsamiau aptarta kitame serijos skyriuje, bet trumpai 3D lustai siekiama sujungti skaičiavimą ir duomenų saugojimą vertikaliai sukrautuose sluoksniuose, taip pagerinant apdorojimo greitį ir sumažinant energijos sąnaudas.
Fazės keitimo atmintis (PCM), technologija už PCM iš esmės šildo ir aušina chalkogenidinį stiklą, perkeldamas jį iš kristalizuoto į nekristalizuotą būseną, kurių kiekviena turi unikalią elektrinę varžą, atitinkančią dvejetainius 0 ir 1. Ištobulinta ši technologija tarnaus daug ilgiau nei dabartiniai RAM variantai ir yra nepastovi, t. jis gali saugoti duomenis net tada, kai maitinimas išjungtas (skirtingai nuo tradicinės RAM).
Sukimo momento perkėlimo atsitiktinės prieigos atmintis (STT-RAM). Galingas Frankenšteinas, kuris sujungia pajėgumus DRAM greičiu SRAM, kartu su pagerintu nepastovumu ir beveik neribota ištverme.
3D XPoint. Naudodami šią technologiją, užuot pasitikėję tranzistoriais informacijos saugojimui, 3D Xpoint naudoja mikroskopinį laidų tinklelį, koordinuojamą "selektoriumi", kurie yra sukrauti vienas ant kito. Ištobulinus, tai gali pakeisti pramonę, nes 3D Xpoint yra nepastovi, veiks tūkstančius kartų greičiau nei NAND blykstė ir 10 kartų tankesnė nei DRAM.

Kitaip tariant, prisiminkite, kai pasakėme: „HDD ir SSD galima palyginti su ilgalaike atmintimi, o blykstė labiau panaši į trumpalaikę atmintį“? Na, 3D Xpoint susidoros su abiem ir tai padarys geriau nei bet kurį iš jų atskirai.

Nepriklausomai nuo to, kuri parinktis laimės, visos šios naujos „flash“ atminties formos suteiks daugiau atminties, greičio, ištvermės ir energijos vartojimo efektyvumo.

Ilgalaikio saugojimo naujovės. Tuo tarpu tiems naudojimo atvejams, kai greitis yra mažiau svarbus nei didelio duomenų kiekio išsaugojimas, šiuo metu kuriamos naujos ir teorinės technologijos:

Juostos diskai. Išradę daugiau nei prieš 60 metų, iš pradžių naudojome juostinius įrenginius mokesčių ir sveikatos priežiūros dokumentams archyvuoti. Šiandien ši technologija yra tobulinama netoli savo teorinio piko IBM nustatė rekordą suarchyvuodami 330 terabaitų nesuspaustų duomenų (~ 330 mln. knygų) į maždaug jūsų rankos dydžio juostos kasetę.
DNR saugojimas. Vašingtono universiteto ir „Microsoft Research“ mokslininkai sukūrė sistemą koduoti, saugoti ir gauti skaitmeninius duomenis naudojant DNR molekules. Ištobulinta ši sistema vieną dieną gali archyvuoti informaciją milijonus kartų kompaktiškiau nei dabartinės duomenų saugojimo technologijos.
Kilobaitų perrašoma atominė atmintis. Manipuliuojant atskirais chloro atomais ant plokščio vario lakšto, rašė mokslininkai 1 kilobaito žinutė 500 terabitų kvadratiniame colyje – maždaug 100 kartų daugiau informacijos kvadratiniame colyje nei efektyviausias kietasis diskas rinkoje.
5D duomenų saugykla. Ši speciali saugojimo sistema, kuriai vadovauja Sautamptono universitetas, pasižymi 360 TB/disko duomenų talpa, terminiu stabilumu iki 1,000°C ir beveik neribotu tarnavimo laiku kambario temperatūroje (13.8 milijardo metų esant 190°C). Kitaip tariant, 5D duomenų saugykla būtų ideali archyviniam naudojimui muziejuose ir bibliotekose.

Programinės įrangos apibrėžta saugyklos infrastruktūra (SDS). Naujovių yra ne tik saugojimo aparatinė įranga, bet ir ją valdanti programinė įranga taip pat įdomiai tobulinama. SDS dažniausiai naudojamas didelių įmonių kompiuterių tinkluose arba debesų saugojimo paslaugose, kur duomenys saugomi centralizuotai ir pasiekiami per atskirus, prijungtus įrenginius. Iš esmės tai apima bendrą duomenų saugojimo talpą tinkle ir atskiria ją tarp įvairių paslaugų ir įrenginių, veikiančių tinkle. Visą laiką yra koduojamos geresnės SDS sistemos, kad būtų galima efektyviau naudoti esamą (vietoj naujos) saugojimo aparatinę įrangą.

Ar ateityje mums net reikės saugyklos?

Gerai, kad saugojimo technologija per ateinančius kelis dešimtmečius labai pagerės. Bet ką mes turime apsvarstyti, koks tai skirtumas?

Paprastas žmogus niekada neišnaudos terabaito saugyklos vietos, kuri dabar yra naujausiuose stalinių kompiuterių modeliuose. O dar po dvejų ar ketverių metų jūsų kitame išmaniajame telefone užteks vietos saugoti metams nuotraukų ir vaizdo įrašų, nereikės pavasario valyti įrenginio. Žinoma, yra mažuma žmonių, kurie mėgsta kaupti didžiulius duomenų kiekius savo kompiuteriuose, tačiau mums, likusiems, pastebima keletas tendencijų, mažinančių perteklinės privačios vietos diske poreikį.

Srautinės paslaugos. Kažkada mūsų muzikos kolekcijos buvo įtrauktos į plokštelių, tada kasečių, tada kompaktinių diskų rinkimą. Dešimtajame dešimtmetyje dainos buvo suskaitmenintos į MP90, kad jas sukauptų tūkstančiai (iš pradžių per torrentus, paskui vis dažniau per skaitmenines parduotuves, tokias kaip iTunes). Dabar užuot turėję saugoti ir tvarkyti muzikos kolekciją savo namų kompiuteryje ar telefone, galime srautiniu būdu transliuoti begalinį skaičių dainų ir klausytis jų bet kur naudodami tokias paslaugas kaip „Spotify“ ir „Apple Music“.

Šis progresas pirmiausia sumažino fizinę erdvę, kurią muzika užėmė namuose, o vėliau – skaitmeninę erdvę jūsų kompiuteryje. Dabar visa tai gali pakeisti išorinė paslauga, kuri suteikia jums pigią ir patogią prieigą prie visos muzikos, kurios tik norite, bet kur ir bet kada. Žinoma, dauguma iš jūsų, skaitančių šį tekstą, tikriausiai vis dar turi kelis kompaktinius diskus, dauguma jų vis dar turės didelę MP3 kolekciją savo kompiuteryje, tačiau naujos kartos kompiuterių vartotojai nešvaistys laiko savo kompiuteriuose užpildyti muzika, kurią gali. nemokama prieiga internete.

Akivaizdu, kad nukopijuokite viską, ką ką tik sakiau apie muziką, ir pritaikykite tai filmams ir televizijai (sveiki, „Netflix“!), o asmeninės saugyklos santaupos vis didės.

socialinės žiniasklaidos. Muzikai, filmams ir TV laidoms vis mažiau užkemšant mūsų asmeninius kompiuterius, kita pagal dydį skaitmeninio turinio forma yra asmeninės nuotraukos ir vaizdo įrašai. Vėlgi, nuotraukas ir vaizdo įrašus darydavome fiziškai, galiausiai rinkdami dulkes savo palėpėse. Tada mūsų nuotraukos ir vaizdo įrašai tapo skaitmeniniai, kad vėl rinktų dulkes mūsų kompiuterių apačioje. Ir tai yra problema: mes retai žiūrime į daugumą nuotraukų ir vaizdo įrašų.

Tačiau po to, kai atsirado socialinė žiniasklaida, tokios svetainės kaip „Flickr“ ir „Facebook“ suteikė mums galimybę dalytis begaliniu nuotraukų skaičiumi su mums svarbių žmonių tinklu, kartu saugodami šias nuotraukas (nemokamai) savaime besitvarkančioje aplankų sistemoje arba laiko juostoje. Nors šis socialinis elementas kartu su miniatiūrinėmis aukštos klasės telefonų kameromis labai padidino paprasto žmogaus daromų nuotraukų ir vaizdo įrašų skaičių, jis taip pat sumažino mūsų įprotį saugoti nuotraukas privačiuose kompiuteriuose, skatindamas jas saugoti internete, privačiai. arba viešai.

Debesis ir bendradarbiavimo paslaugos. Atsižvelgiant į du paskutinius punktus, lieka tik kuklus tekstinis dokumentas (ir keletas kitų nišinių duomenų tipų). Šie dokumentai, palyginti su ką tik aptarta daugialypės terpės medžiaga, paprastai yra tokie maži, kad jų saugojimas kompiuteryje niekada nebus problema.

Tačiau vis mobilesniame pasaulyje didėja poreikis pasiekti dokumentus kelyje. Ir čia vėl vyksta ta pati pažanga, apie kurią kalbėjome apie muziką – kai iš pradžių gabenome dokumentus naudodami diskelius, kompaktinius diskus ir USB, o dabar naudojame patogesnius ir į vartotojus orientuotus Debesis saugykla paslaugas, pvz., „Google“ diską ir „Dropbox“, kurios saugo mūsų dokumentus išoriniame duomenų centre, kad galėtume saugiai pasiekti juos internete. Tokios paslaugos leidžia mums pasiekti ir bendrinti savo dokumentus bet kur, bet kada, bet kuriame įrenginyje ar operacinėje sistemoje.

Tiesą sakant, srautinio perdavimo paslaugų, socialinės medijos ir debesies paslaugų naudojimas nebūtinai reiškia, kad viską perkelsime į debesį – kai kuriuos dalykus norime išlaikyti pernelyg privačius ir saugius, tačiau šios paslaugos nutrūko ir toliau bus mažinamos. bendras fizinės duomenų saugojimo vietos kiekis, kurio mums reikia kiekvienais metais.

Kodėl eksponentiškai daugiau saugojimo dalykų

Nors vidutinis žmogus gali matyti mažiau poreikio daugiau skaitmeninės saugyklos, yra didelės jėgos, kurios skatina Kryderio dėsnį.

Visų pirma, dėl beveik kasmetinio saugumo pažeidimų sąrašo įvairiose technologijų ir finansinių paslaugų įmonėse, kurių kiekvienas kelia pavojų milijonų asmenų skaitmeninei informacijai, visuomenės susirūpinimas duomenų privatumu pagrįstai auga. Atsižvelgiant į individualius poreikius, tai gali paskatinti visuomenę didesnių ir pigesnių asmeniniam naudojimui skirtų duomenų saugojimo galimybių, kurių reikėtų vengti, priklausomai nuo debesies. Būsimi asmenys netgi gali sukurti privačius duomenų saugojimo serverius savo namuose, kad galėtų prisijungti prie išorės, o ne priklausyti nuo serverių, priklausančių didelėms technologijų įmonėms.

Kitas aspektas yra tai, kad duomenų saugojimo apribojimai šiuo metu blokuoja pažangą daugelyje sektorių nuo biotechnologijų iki dirbtinio intelekto. Sektoriuose, kurie priklauso nuo didelių duomenų kaupimo ir apdorojimo, reikia saugoti vis didesnį duomenų kiekį, kad būtų galima kurti naujoves naujus produktus ir paslaugas.

Be to, iki 2020-ųjų pabaigos daiktų internetas (IoT), autonominės transporto priemonės, robotai, papildyta realybė ir kitos tokios naujos kartos „kraštinės technologijos“ paskatins investicijas į saugojimo technologijas. Taip yra todėl, kad šios technologijos veiktų, jos turės turėti skaičiavimo galią ir atminties talpą, kad suprastų aplinką ir reaguotų realiu laiku, be nuolatinės priklausomybės nuo debesies. Mes nagrinėjame šią koncepciją toliau penktas skyrius šios serijos.

Galiausiai, Daiktų internetas (visiškai paaiškinta mūsų Interneto ateitis serija) sukurs nuo milijardų iki trilijonų jutiklių, sekančių nuo milijardų iki trilijonų dalykų judėjimą arba būseną. Dėl didžiulio duomenų kiekio, kurį sukurs šie nesuskaičiuojami jutikliai, reikės veiksmingos atminties talpos, kad būtų galima juos veiksmingai apdoroti superkompiuteriais, kuriuos aptarsime šios serijos pabaigoje.

Apskritai, nors paprastas žmogus vis labiau sumažins savo asmeninės skaitmeninės saugojimo įrangos poreikį, visi planetos gyventojai vis tiek netiesiogiai naudos iš begalinės atminties talpos, kurią pasiūlys ateities skaitmeninės saugojimo technologijos. Žinoma, kaip buvo užsiminta anksčiau, saugyklos ateitis slypi debesyje, tačiau prieš gilindamiesi į šią temą, pirmiausia turime suprasti nemokamas revoliucijas, vykstančias kompiuterių verslo apdorojimo (mikroschemų) pusėje – kito skyriaus tema.