Quantumrun

ATTĒLA KREDĪTS: Quantumrun

Digitālās atmiņas revolūcija: datoru nākotne P3

Deivids Tals, izdevējs, futūrists
@DavidTalWrites
LinkedIn

Otrdien, 09 - 15:2020

Lielākā daļa no jums, kas lasa šo, droši vien atceras necilo disketi, un tajā ir 1.44 MB diska vietas. Daži no jums, iespējams, bija greizsirdīgi uz šo vienu draugu, kad viņš skolas projekta laikā izvilka pirmo USB zibatmiņas disku ar milzīgo 8 MB vietu. Mūsdienās maģija ir pazudusi, un mēs esam kļuvuši noguruši. Lielākajā daļā 2018. gada galddatoru standarta komplektācijā ietilpst viens terabaits atmiņas, un Kingston pat tagad pārdod viena terabaita USB diskus.

Mūsu apsēstība ar krātuvi ar katru gadu pieaug, jo mēs patērējam un veidojam arvien vairāk digitālā satura, neatkarīgi no tā, vai tas ir skolas ziņojums, ceļojuma fotoattēls, jūsu grupas miksteips vai GoPro videoklips, kurā jūs slēpojat pa Vistleru. Citas tendences, piemēram, topošais lietiskais internets, tikai paātrinās pasaulē radīto datu kalnu daudzumu, pievienojot vēl vairāk raķešu degvielas pieprasījumam pēc digitālās atmiņas.

Tāpēc, lai pareizi apspriestu datu glabāšanu, mēs nesen nolēmām rediģēt šo nodaļu, sadalot to divās daļās. Šī puse aptvers tehnoloģiju jauninājumus datu glabāšanā un to ietekmi uz vidusmēra digitālo patērētāju. Tikmēr nākamajā nodaļā tiks apskatīta gaidāmā mākoņa revolūcija.

Tiek izstrādāti jauninājumi datu glabāšanā

(TL;DR — nākamajā sadaļā ir aprakstīta jaunā tehnoloģija, kas ļaus saglabāt arvien lielākus datu apjomus arvien mazākos un efektīvākos datu nesējos. Ja jums nerūp tehnoloģija, bet vēlaties lasīt par plašāku tendences un ietekme uz datu glabāšanu, tad iesakām pāriet uz nākamo apakšvirsrakstu.)

Daudzi no jums jau ir dzirdējuši par Mūra likumu (novērojums, ka tranzistoru skaits blīvā integrālajā shēmā dubultojas aptuveni ik pēc diviem gadiem), bet, runājot par datoru biznesu, mums ir Kraidera likums — būtībā mūsu spēja izspiest. arvien vairāk cieto disku sarukšanas bitu arī dubultojas aptuveni ik pēc 18 mēnešiem. Tas nozīmē, ka persona, kas pirms 1,500 gadiem iztērēja USD 5 par 35 MB, tagad var tērēt USD 600 par 6 TB disku.

Tas ir žokļa krītošs progress, un tas drīz neapstāsies.

Šis saraksts ir īss ieskats tuvākā un ilgtermiņa inovācijās, ko digitālās krātuves ražotāji izmantos, lai apmierinātu mūsu sabiedrību, kas alkst pēc uzglabāšanas.

Labāki cietie diski. Līdz 2020. gadu sākumam ražotāji turpinās veidot tradicionālos cieto disku diskus (HDD), papildinot atmiņas ietilpību, līdz vairs nevarēsim izveidot blīvākus cietos diskus. Šīs HDD tehnoloģiju pēdējās desmitgades vadīšanai izgudrotās metodes ietver Jumstiņu Magnetic Recording (SMR), kam seko Divdimensiju magnētiskais ieraksts (TDMR) un, iespējams Magnētiskā ierakstīšana ar siltuma palīdzību (HAMR).

Cietvielu cietie diski. Iepriekš minētā tradicionālā cietā diska nomaiņa ir cietvielu cietais disks (SATA SSD). Atšķirībā no cietajiem diskiem, SSD diskiem nav rotējošu disku — patiesībā tiem vispār nav kustīgu daļu. Tas ļauj SSD darboties daudz ātrāk, mazākos izmēros un ar lielāku izturību nekā to priekšgājējiem. SSD jau ir mūsdienu klēpjdatoru standarts, un tie pakāpeniski kļūst par standarta aparatūru lielākajā daļā jauno galddatoru modeļu. Un, lai gan sākotnēji tie ir daudz dārgāki nekā HDD, tie cena krītas ātrāk nekā HDD, kas nozīmē, ka līdz 2020. gadu vidum to pārdošanas apjomi varētu apsteigt HDD.

Pakāpeniski tiek ieviesti arī nākamās paaudzes SSD, ražotājiem pārejot no SATA SSD uz PCIe SSD, kuru joslas platums ir vismaz sešas reizes lielāks nekā SATA diskdziņiem, un tie pieaug.

Zibatmiņa darbojas 3D režīmā. Bet, ja mērķis ir ātrums, nekas nepārspēj visu saglabāšanu atmiņā.

HDD un SSD var salīdzināt ar jūsu ilgtermiņa atmiņu, turpretim zibatmiņa ir vairāk līdzīga jūsu īstermiņa atmiņai. Un, tāpat kā jūsu smadzenēm, datoram tradicionāli ir nepieciešami abi atmiņas veidi, lai tas darbotos. Tradicionālajiem personālajiem datoriem, ko parasti dēvē par brīvpiekļuves atmiņu (RAM), parasti ir divi RAM zibatmiņas 4 līdz 8 GB. Tikmēr vissmagākie spēlētāji, piemēram, Samsung, tagad pārdod 2.5 D atmiņas kartes ar 128 GB ietilpību — tas ir pārsteidzoši stingrajiem spēlētājiem, bet praktiskāk nākamās paaudzes superdatoriem.

Šo atmiņas karšu problēma ir tāda, ka tās saskaras ar tādiem pašiem fiziskajiem ierobežojumiem, kādi ir cietajiem diskiem. Vēl ļaunāk, jo mazāki tranzistori kļūst RAM iekšienē, jo sliktāk laika gaitā tie darbojas — tranzistorus kļūst grūtāk izdzēst un precīzi ierakstīt, galu galā saskaroties ar veiktspējas sienu, kas liek tos aizstāt ar jauniem RAM zibatmiņām. Ņemot to vērā, uzņēmumi sāk veidot nākamās paaudzes atmiņas kartes:

3D NAND. Uzņēmumi, piemēram, Intel, Samsung, Micron, Hynix un Taiwan Semiconductor, cenšas plaši ieviest 3D NAND, kas mikroshēmā saliek tranzistorus trīs dimensijās.
Rezistīvā brīvpiekļuves atmiņa (RAM). Šī tehnoloģija izmanto pretestību, nevis elektrisko lādiņu, lai saglabātu atmiņas bitus (0s un 1s).
3D mikroshēmas. Tas tiks apspriests sīkāk nākamajā sērijas nodaļā, bet īsumā 3D mikroshēmas mērķis ir apvienot skaitļošanu un datu uzglabāšanu vertikāli kārtotos slāņos, tādējādi uzlabojot apstrādes ātrumu un samazinot enerģijas patēriņu.
Fāzes maiņas atmiņa (PCM). tehnoloģija aiz PCM būtībā silda un atdzesē halkogenīda stiklu, mainot to starp kristalizētiem stāvokļiem uz nekristalizētiem stāvokļiem, un katrs ar savu unikālo elektrisko pretestību apzīmē bināro 0 un 1. Pēc pilnveidošanas šī tehnoloģija kalpos daudz ilgāk nekā pašreizējie RAM varianti un ir nepastāvīga, kas nozīmē. tas var glabāt datus pat tad, ja barošana ir izslēgta (atšķirībā no tradicionālās RAM).
Griezes pārsūtīšanas griezes momenta brīvpiekļuves atmiņa (STT-RAM). Spēcīgs Frankenšteins, kas apvieno spējas DRAM ar ātrumu SRAM, kā arī uzlabota nepastāvība un gandrīz neierobežota izturība.
3D XPoint. Izmantojot šo tehnoloģiju, tā vietā, lai paļautos uz tranzistoriem informācijas glabāšanā, 3D Xpoint izmanto mikroskopisku vadu tīklu, ko koordinē "selektors", kas ir sakrauti viens virs otra. Tiklīdz tas būs pilnveidots, tas varētu radīt apvērsumu nozarē, jo 3D Xpoint ir nemainīgs, darbosies tūkstošiem reižu ātrāk nekā NAND zibspuldze un 10 reizes blīvāks nekā DRAM.

Citiem vārdiem sakot, atcerieties, kad mēs teicām: “HDD un SSD var salīdzināt ar jūsu ilgtermiņa atmiņu, turpretim zibspuldze ir vairāk līdzīga jūsu īstermiņa atmiņai”? 3D Xpoint tiks galā ar abiem un darīs to labāk nekā vienu vai otru atsevišķi.

Neatkarīgi no tā, kura opcija uzvarēs, visi šie jaunie zibatmiņas veidi piedāvās lielāku atmiņas ietilpību, ātrumu, izturību un enerģijas efektivitāti.

Ilgtermiņa uzglabāšanas inovācijas. Savukārt tiem lietošanas gadījumiem, kad ātrumam ir mazāka nozīme nekā liela datu apjoma saglabāšanai, šobrīd tiek izstrādātas jaunas un teorētiskas tehnoloģijas:

Lenšu diskdziņi. Izgudroti pirms vairāk nekā 60 gadiem, mēs sākotnēji izmantojām lentes diskus, lai arhivētu nodokļu un veselības aprūpes dokumentus. Šodien šī tehnoloģija tiek pilnveidota tuvu tās teorētiskajam maksimumam IBM uzstāda rekordu arhivējot 330 terabaitus nesaspiestu datu (~330 miljonus grāmatu) lentes kasetnē, kas ir aptuveni jūsu rokas lielumā.
DNS uzglabāšana. Pētnieki no Vašingtonas Universitātes un Microsoft Research izstrādāja sistēmu kodēt, uzglabāt un izgūt digitālos datus, izmantojot DNS molekulas. Pēc pilnveidošanas šī sistēma kādu dienu var arhivēt informāciju miljoniem reižu kompaktāk nekā pašreizējās datu uzglabāšanas tehnoloģijas.
Kilobaitu pārrakstāma atomu atmiņa. Manipulējot ar atsevišķiem hlora atomiem uz plakanas vara loksnes, rakstīja zinātnieki 1 kilobaita ziņojums ar ātrumu 500 terabiti uz kvadrātcollu — aptuveni 100 reizes vairāk informācijas uz kvadrātcollu nekā visefektīvākais cietais disks tirgū.
5D datu glabāšana. Šai speciālajai uzglabāšanas sistēmai, ko vada Sauthemptonas universitāte, ir 360 TB/diska datu ietilpība, termiskā stabilitāte līdz 1,000°C un gandrīz neierobežots kalpošanas laiks istabas temperatūrā (13.8 miljardi gadu pie 190°C). Citiem vārdiem sakot, 5D datu krātuve būtu ideāli piemērota arhīva vajadzībām muzejos un bibliotēkās.

Programmatūras noteikta krātuves infrastruktūra (SDS). Jauninājumi ir ne tikai krātuves aparatūra, bet arī programmatūra, kas to darbina, tiek aizraujoši attīstīta. SDS pārsvarā tiek izmantots lielu uzņēmumu datortīklos vai mākoņkrātuves pakalpojumos, kur dati tiek glabāti centralizēti un tiem piekļūst, izmantojot atsevišķas, savienotas ierīces. Tas būtībā ņem kopējo datu uzglabāšanas ietilpību tīklā un nodala to starp dažādiem pakalpojumiem un ierīcēm, kas darbojas tīklā. Labākas SDS sistēmas tiek kodētas visu laiku, lai efektīvāk izmantotu esošo (nevis jaunu) krātuves aparatūru.

Vai mums nākotnē pat būs nepieciešama uzglabāšana?

Labi, tāpēc nākamajās desmitgadēs uzglabāšanas tehnoloģija ievērojami uzlabosies. Bet mums ir jāapsver, kāda ir atšķirība?

Vidējais cilvēks nekad neizmantos terabaitu krātuves vietas, kas tagad ir pieejama jaunākajos galddatoru modeļos. Un vēl pēc diviem līdz četriem gadiem jūsu nākamajam viedtālrunim būs pietiekami daudz vietas, lai uzkrātu attēlus un videoklipus gada garumā, neveicot ierīces pavasara tīrīšanu. Protams, ir mazākums cilvēku, kuriem patīk savos datoros krāt milzīgu datu apjomu, taču mums, pārējiem, ir vairākas tendences, kas samazina vajadzību pēc pārmērīgas privātas diska vietas.

Straumēšanas pakalpojumi. Kādreiz mūsu mūzikas kolekcijas bija skaņuplašu, tad kasešu, tad kompaktdisku kolekcionēšana. Deviņdesmitajos gados dziesmas tika digitalizētas MP90 formātā, lai tās uzkrātu tūkstošiem (vispirms caur straumēm, pēc tam arvien vairāk digitālajos veikalos, piemēram, iTunes). Tagad tā vietā, lai saglabātu un sakārtotu mūzikas kolekciju mājas datorā vai tālrunī, mēs varam straumēt bezgalīgi daudz dziesmu un klausīties tās jebkurā vietā, izmantojot tādus pakalpojumus kā Spotify un Apple Music.

Šī virzība vispirms samazināja fizisko telpu, ko mūzika aizņēma mājās, pēc tam digitālo vietu jūsu datorā. Tagad to visu var aizstāt ar ārēju pakalpojumu, kas nodrošina lētu un ērtu piekļuvi jebkurai mūzikai jebkurā vietā un laikā. Protams, lielākajai daļai no jums, kas lasa šo, iespējams, joprojām atrodas daži kompaktdiski, lielākajai daļai joprojām datorā būs liela MP3 failu kolekcija, taču nākamā datoru lietotāju paaudze netērēs savu laiku, piepildot savus datorus ar mūziku, ko var. brīvi piekļūt tiešsaistē.

Acīmredzot kopējiet visu, ko tikko teicu par mūziku, un izmantojiet to filmām un televīzijai (sveiki, Netflix!), un personīgās krātuves ietaupījumi turpina pieaugt.

Sociālie tīkli. Tā kā mūzika, filmas un TV pārraides arvien mazāk aizsprosto mūsu personālo datoru daļu, nākamais lielākais digitālā satura veids ir personiskie attēli un video. Atkal mēs fiziski veidojām attēlus un video, galu galā, lai savāktu putekļus savos bēniņos. Pēc tam mūsu attēli un video kļuva digitāli, lai atkal savāktu putekļus mūsu datoru apakšdaļās. Un tā ir problēma: mēs reti skatāmies uz lielāko daļu uzņemto attēlu un videoklipu.

Taču pēc tam, kad tika izveidoti sociālie mediji, tādas vietnes kā Flickr un Facebook sniedza mums iespēju koplietot bezgalīgu skaitu attēlu ar mums svarīgu cilvēku tīklu, vienlaikus saglabājot šos attēlus (bez maksas) pašorganizējošā mapju sistēmā vai laika skalā. Lai gan šis sociālais elements kopā ar miniatūrām augstas klases tālruņu kamerām ievērojami palielināja vidusmēra cilvēka radīto attēlu un video skaitu, tas arī mazināja mūsu ieradumu glabāt fotoattēlus mūsu privātajos datoros, mudinot mūs glabāt tos tiešsaistē, privāti. vai publiski.

Mākoņpakalpojumi un sadarbības pakalpojumi. Ņemot vērā pēdējos divus punktus, paliek tikai necils teksta dokuments (un daži citi nišas datu tipi). Šie dokumenti, salīdzinot ar tikko apspriesto multividi, parasti ir tik mazi, ka to glabāšana datorā nekad nebūs problēma.

Tomēr mūsu arvien mobilākajā pasaulē pieaug pieprasījums pēc piekļuves dokumentiem, atrodoties ceļā. Un šeit atkal notiek tas pats virziens, par kuru mēs runājām ar mūziku — kur vispirms mēs transportējām dokumentus, izmantojot disketes, kompaktdiskus un USB, tagad mēs izmantojam ērtākus un uz patērētājiem orientētākus. Cloud Storage pakalpojumi, piemēram, Google disks un Dropbox, kas glabā mūsu dokumentus ārējā datu centrā, lai mēs varētu tiem droši piekļūt tiešsaistē. Šādi pakalpojumi ļauj mums piekļūt un koplietot savus dokumentus jebkurā vietā un laikā, jebkurā ierīcē vai operētājsistēmā.

Taisnības labad jāsaka, ka straumēšanas pakalpojumu, sociālo mediju un mākoņpakalpojumu izmantošana nenozīmē, ka mēs visu pārcelsim uz mākoni — dažas lietas mēs vēlamies paturēt pārāk privātas un drošas, taču šie pakalpojumi ir pārtraukti un turpinās samazināties. kopējais fiziskās datu krātuves apjoms, kas mums ir nepieciešams gadu no gada.

Kāpēc krātuvei ir eksponenciāli lielāka nozīme?

Lai gan vidusmēra indivīdam var būt mazāka vajadzība pēc lielākas digitālās atmiņas, ir lieli spēki, kas virza Kraidera likumu uz priekšu.

Pirmkārt, sakarā ar gandrīz katru gadu notiekošo drošības pārkāpumu sarakstu virknē tehnoloģiju un finanšu pakalpojumu uzņēmumu, no kuriem katrs apdraud miljoniem personu digitālo informāciju, sabiedrībā pamatoti pieaug bažas par datu privātumu. Atkarībā no individuālajām vajadzībām tas var veicināt sabiedrības pieprasījumu pēc lielākām un lētākām datu glabāšanas iespējām personīgai lietošanai, no kurām izvairīties atkarībā no mākoņa. Nākotnes personas pat savās mājās var izveidot privātus datu glabāšanas serverus, lai izveidotu savienojumu ar tiem ārēji, nevis atkarīgs no serveriem, kas pieder lieliem tehnoloģiju uzņēmumiem.

Vēl viens apsvērums ir tāds, ka datu uzglabāšanas ierobežojumi pašlaik bloķē progresu vairākās nozarēs no biotehnoloģijas līdz mākslīgajam intelektam. Nozarēm, kas ir atkarīgas no lielo datu uzkrāšanas un apstrādes, ir jāuzglabā arvien lielāks datu apjoms, lai ieviestu jaunus produktus un pakalpojumus.

Pēc tam līdz 2020. gadu beigām lietiskais internets (IoT), autonomie transportlīdzekļi, roboti, paplašinātā realitāte un citas līdzīgas nākamās paaudzes “modernākās tehnoloģijas” veicinās ieguldījumus uzglabāšanas tehnoloģijās. Tas ir tāpēc, ka, lai šīs tehnoloģijas darbotos, tām būs nepieciešama skaitļošanas jauda un atmiņas ietilpība, lai izprastu apkārtni un reaģētu reāllaikā bez pastāvīgas atkarības no mākoņa. Mēs izpētām šo koncepciju sīkāk piektā nodaļa no šīs sērijas.

Visbeidzot, Lietisko internetu (pilnībā izskaidrots mūsu Interneta nākotne sērija) radīs miljardiem līdz triljoniem sensoru, kas izseko miljardiem līdz triljoniem lietu kustību vai statusu. Milzīgajam datu apjomam, ko radīs šie neskaitāmie sensori, būs nepieciešama efektīva uzglabāšanas jauda, pirms tos varēs efektīvi apstrādāt superdatori, kurus mēs apskatīsim šīs sērijas beigās.

Kopumā, lai gan vidusmēra cilvēks arvien vairāk samazinās savu vajadzību pēc personiski piederošas digitālās atmiņas aparatūras, ikviens planētas iedzīvotājs joprojām gūs netiešu labumu no bezgalīgās atmiņas ietilpības, ko piedāvās nākotnes digitālās uzglabāšanas tehnoloģijas. Protams, kā minēts iepriekš, krātuves nākotne ir mākonī, taču, pirms mēs varam ienirt šajā tēmā, mums vispirms ir jāsaprot bezmaksas revolūcijas, kas notiek datoru biznesa apstrādes (mikroshēmu) pusē — nākamās nodaļas tēma.