Quantumrun

KREDIT GAMBAR: Quantumrun

Revolusi storan digital: Masa Depan Komputer P3

David Tal, Penerbit, Futurist
@Davidtalwrites
LinkedIn

Sel, 09/15/2020 - 15:43

Kebanyakan anda yang membaca ini mungkin ingat cakera liut yang sederhana dan ia adalah 1.44 MB ruang cakera yang kukuh. Sesetengah daripada anda mungkin cemburu dengan rakan itu apabila dia mengeluarkan pemacu ibu jari USB pertama, dengan ruang 8MB yang besar, semasa projek sekolah. Pada masa kini, keajaiban telah hilang, dan kita telah menjadi letih. Satu terabait memori adalah standard dalam kebanyakan desktop 2018—dan Kingston juga menjual satu pemacu USB terabait sekarang.

Ketaksuban kami terhadap storan bertambah dari tahun ke tahun apabila kami menggunakan dan mencipta lebih banyak kandungan digital, sama ada laporan sekolah, foto perjalanan, pita campuran kumpulan anda atau video GoPro tentang anda bermain ski di Whistler. Aliran lain seperti Internet Perkara yang baru muncul hanya akan mempercepatkan gunung data yang dihasilkan dunia, menambah bahan api roket lagi kepada permintaan untuk storan digital

Inilah sebabnya untuk membincangkan storan data dengan betul, kami baru-baru ini memutuskan untuk mengedit bab ini dengan membahagikannya kepada dua. Separuh ini akan merangkumi inovasi teknologi dalam storan data dan kesannya terhadap pengguna digital purata. Sementara itu, bab seterusnya akan merangkumi revolusi yang akan datang di awan.

Inovasi penyimpanan data dalam perancangan

(TL;DR - Bahagian berikut menggariskan teknologi baharu yang akan membolehkan kuantiti data yang lebih besar disimpan pada pemacu storan yang lebih kecil dan lebih cekap. Jika anda tidak mengambil berat tentang teknologi itu, sebaliknya ingin membaca tentang yang lebih luas arah aliran dan kesan sekitar storan data, maka kami mengesyorkan anda melangkau ke subtajuk seterusnya.)

Ramai daripada anda telah mendengar tentang Undang-undang Moore (pemerhatian bahawa bilangan transistor dalam litar bersepadu padat berganda kira-kira setiap dua tahun), tetapi di bahagian penyimpanan perniagaan komputer, kami mempunyai Hukum Kryder—pada asasnya, keupayaan kami untuk memerah semakin banyak bit ke dalam pemacu keras yang mengecut juga meningkat dua kali ganda secara kasar setiap 18 bulan. Ini bermakna orang yang membelanjakan $1,500 untuk 5MB 35 tahun yang lalu kini boleh membelanjakan $600 untuk pemacu 6TB.

Ini adalah kemajuan yang mengagumkan, dan ia tidak akan berhenti dalam masa terdekat.

Senarai berikut ialah gambaran ringkas tentang inovasi jangka pendek dan jangka panjang yang akan digunakan oleh pengeluar storan digital untuk memuaskan hati masyarakat kita yang laparkan storan.

Pemacu cakera keras yang lebih baik. Sehingga awal 2020-an, pengilang akan terus membina pemacu cakera keras tradisional (HDD), membungkus dalam lebih banyak kapasiti memori sehingga kami tidak lagi boleh membina cakera keras dengan lebih padat. Teknik yang dicipta untuk menerajui dekad terakhir teknologi HDD ini termasuk Rakaman Magnetic shingled (SMR), diikuti oleh Rakaman Magnet Dua Dimensi (TDMR), dan berpotensi Rakaman Magnetik Dibantu Haba (HAMR).

Pemacu keras keadaan pepejal. Menggantikan pemacu cakera keras tradisional yang dinyatakan di atas ialah pemacu keras keadaan pepejal (SATA SSD). Tidak seperti HDD, SSD tidak mempunyai apa-apa cakera berputar—malah, mereka tidak mempunyai sebarang bahagian bergerak sama sekali. Ini membolehkan SSD beroperasi jauh lebih pantas, pada saiz yang lebih kecil, dan dengan ketahanan yang lebih tinggi daripada pendahulunya. SSD sudah pun menjadi standard pada komputer riba hari ini dan secara beransur-ansur menjadi perkakasan standard pada kebanyakan model desktop baharu. Dan walaupun pada asalnya jauh lebih mahal daripada HDD, mereka harga jatuh lebih cepat daripada HDD, bermakna jualan mereka boleh mengatasi HDD secara langsung pada pertengahan 2020-an.

SSD generasi seterusnya turut diperkenalkan secara beransur-ansur, dengan pengeluar beralih daripada SSD SATA kepada SSD PCIe yang mempunyai sekurang-kurangnya enam kali lebar jalur pemacu SATA dan berkembang.

Memori denyar menjadi 3D. Tetapi jika kelajuan adalah matlamat, tiada apa yang mengalahkan menyimpan segala-galanya dalam ingatan.

HDD dan SSD boleh dibandingkan dengan ingatan jangka panjang anda, manakala denyar lebih serupa dengan ingatan jangka pendek anda. Dan sama seperti otak anda, komputer secara tradisinya memerlukan kedua-dua jenis storan untuk berfungsi. Biasanya dirujuk sebagai memori akses rawak (RAM), komputer peribadi tradisional cenderung datang dengan dua batang RAM pada 4 hingga 8GB setiap satu. Sementara itu, pemukul paling berat seperti Samsung kini menjual kad memori 2.5D yang memuatkan 128GB setiap satu—hebat untuk pemain tegar, tetapi lebih praktikal untuk superkomputer generasi akan datang.

Cabaran dengan kad memori ini ialah mereka menghadapi kekangan fizikal yang sama yang dihadapi oleh cakera keras. Lebih teruk lagi, transistor yang lebih kecil berada di dalam RAM, semakin teruk prestasinya dari semasa ke semasa—transistor semakin sukar untuk dipadam dan ditulis dengan tepat, akhirnya terkena dinding prestasi yang memaksa penggantiannya dengan kayu RAM yang baru. Memandangkan ini, syarikat mula membina kad memori generasi seterusnya:

3D NAND. Syarikat-syarikat seperti Intel, Samsung, Micron, Hynix, dan Taiwan Semiconductor sedang mendesak untuk penggunaan berskala luas 3D NAND, yang menyusun transistor kepada tiga dimensi di dalam cip.
Memori Capaian Rawak Resistif (Ram). Teknologi ini menggunakan rintangan dan bukannya cas elektrik untuk menyimpan bit (0s dan 1s) memori.
Cip 3D. Ini akan dibincangkan dengan lebih terperinci dalam bab siri seterusnya, tetapi secara ringkas, Cip 3D bertujuan untuk menggabungkan pengkomputeran dan penyimpanan data dalam lapisan yang disusun secara menegak, dengan itu meningkatkan kelajuan pemprosesan dan mengurangkan penggunaan tenaga.
Memori Perubahan Fasa (PCM). Yang teknologi di sebalik PCM pada asasnya memanaskan dan menyejukkan kaca chalcogenide, mengalihkannya antara keadaan terhablur kepada keadaan tidak terhablur, masing-masing dengan rintangan elektrik unik mereka mewakili binari 0 dan 1. Setelah disempurnakan, teknologi ini akan bertahan jauh lebih lama daripada varian RAM semasa dan tidak meruap, bermakna ia boleh menyimpan data walaupun kuasa dimatikan (tidak seperti RAM tradisional).
Memori Akses Rawak Tork Pindahan Putaran (STT-RAM). Frankenstein yang berkuasa yang menggabungkan kapasiti DRAM dengan kelajuan SRAM, bersama-sama dengan peningkatan bukan turun naik dan hampir ketahanan tanpa had.
3D XPoint. Dengan teknologi ini, bukannya bergantung pada transistor untuk menyimpan maklumat, Xpoint 3D menggunakan jaringan wayar mikroskopik, diselaraskan oleh "pemilih" yang disusun di atas satu sama lain. Setelah disempurnakan, ini boleh merevolusikan industri kerana Xpoint 3D tidak meruap, akan beroperasi beribu kali lebih pantas daripada denyar NAND dan 10 kali lebih tumpat daripada DRAM.

Dalam erti kata lain, ingat apabila kami berkata "HDD dan SSD boleh dibandingkan dengan ingatan jangka panjang anda, manakala denyar lebih mirip dengan ingatan jangka pendek anda"? Nah, 3D Xpoint akan mengendalikan kedua-duanya dan melakukannya dengan lebih baik daripada mana-mana secara berasingan.

Tidak kira pilihan mana yang menang, semua bentuk memori kilat baharu ini akan menawarkan lebih banyak kapasiti memori, kelajuan, ketahanan dan kecekapan kuasa.

Inovasi penyimpanan jangka panjang. Sementara itu, bagi kes penggunaan di mana kelajuan tidak penting daripada pemeliharaan sejumlah besar data, teknologi baharu dan teori sedang dalam usaha:

Pemacu pita. Dicipta lebih 60 tahun yang lalu, kami pada asalnya menggunakan pemacu pita untuk mengarkibkan dokumen cukai dan penjagaan kesihatan. Hari ini, teknologi ini sedang disempurnakan berhampiran puncak teorinya dengan IBM menetapkan rekod dengan mengarkibkan 330 terabait data tidak dimampatkan (~330 juta buku) ke dalam kartrij pita sekitar saiz tangan anda.
penyimpanan DNA. Penyelidik dari Universiti Washington dan Penyelidikan Microsoft membangunkan satu sistem untuk mengekod, menyimpan dan mendapatkan semula data digital menggunakan molekul DNA. Setelah disempurnakan, sistem ini mungkin suatu hari nanti mengarkibkan maklumat berjuta-juta kali lebih padat daripada teknologi penyimpanan data semasa.
Kilobait memori atom boleh ditulis semula. Dengan memanipulasi atom klorin individu pada kepingan kuprum yang rata, saintis menulis mesej 1 kilobait pada 500 terabit setiap inci persegi—kira-kira 100 kali lebih banyak maklumat bagi setiap inci persegi daripada cakera keras paling cekap di pasaran.
storan data 5D. Sistem storan khusus ini, yang diterajui oleh Universiti Southampton, menampilkan kapasiti data 360 TB/cakera, kestabilan terma sehingga 1,000°C dan jangka hayat hampir tanpa had pada suhu bilik (13.8 bilion tahun pada 190°C ). Dalam erti kata lain, storan data 5D akan sesuai untuk kegunaan arkib di muzium dan perpustakaan.

Infrastruktur Storan Ditakrifkan Perisian (SDS). Bukan hanya perkakasan storan yang melihat inovasi, tetapi perisian yang menjalankannya juga sedang mengalami pembangunan yang menarik. SDS digunakan kebanyakannya dalam rangkaian komputer syarikat besar atau perkhidmatan storan awan di mana data disimpan secara berpusat dan diakses melalui peranti individu yang bersambung. Ia pada asasnya mengambil jumlah kapasiti storan data dalam rangkaian dan memisahkannya antara pelbagai perkhidmatan dan peranti yang dijalankan pada rangkaian. Sistem SDS yang lebih baik sedang dikodkan sepanjang masa untuk menggunakan perkakasan storan sedia ada (bukannya baharu) dengan lebih cekap.

Adakah kita memerlukan storan pada masa hadapan?

Baiklah, jadi teknologi storan akan bertambah baik sepenuhnya dalam beberapa dekad akan datang. Tetapi perkara yang perlu kita pertimbangkan ialah, apakah perbezaannya?

Rata-rata orang tidak akan menggunakan terabait ruang storan yang kini tersedia dalam model komputer meja terbaharu. Dan dalam masa dua hingga empat tahun lagi, telefon pintar anda yang seterusnya akan mempunyai ruang storan yang mencukupi untuk menyimpan gambar dan video sepanjang tahun tanpa perlu membersihkan peranti anda. Sudah tentu, terdapat sebilangan kecil orang di luar sana yang suka menyimpan sejumlah besar data pada komputer mereka, tetapi bagi kami yang lain, terdapat beberapa trend yang mengurangkan keperluan kami untuk ruang storan cakera milik persendirian yang berlebihan.

Perkhidmatan streaming. Pada suatu masa dahulu, koleksi muzik kami melibatkan pengumpulan rekod, kemudian kaset, kemudian CD. Pada tahun 90-an, lagu-lagu didigitalkan menjadi MP3 untuk disimpan oleh beribu-ribu (mula-mula melalui torrents, kemudian lebih banyak lagi melalui kedai digital seperti iTunes). Kini, daripada perlu menyimpan dan mengatur koleksi muzik pada komputer rumah atau telefon anda, kami boleh menstrimkan jumlah lagu yang tidak terhingga dan mendengarnya di mana-mana sahaja melalui perkhidmatan seperti Spotify dan Apple Music.

Perkembangan ini mula-mula mengurangkan muzik ruang fizikal yang diambil di rumah, kemudian ruang digital pada komputer anda. Kini semuanya boleh digantikan dengan perkhidmatan luaran yang memberikan anda akses yang murah dan mudah, di mana-mana/bila-bila masa kepada semua muzik yang anda inginkan. Sudah tentu, kebanyakan anda yang membaca ini mungkin masih mempunyai beberapa CD tergeletak di sekeliling, kebanyakannya masih akan mempunyai koleksi MP3 yang kukuh pada komputer mereka, tetapi pengguna komputer generasi akan datang tidak akan membuang masa mereka mengisi komputer mereka dengan muzik yang mereka boleh akses secara percuma dalam talian.

Jelas sekali, salin semua yang saya baru katakan tentang muzik dan gunakannya pada filem dan televisyen (hello, Netflix!) dan penjimatan storan peribadi terus berkembang.

media sosial. Dengan muzik, filem dan rancangan TV yang semakin kurang menyumbat komputer peribadi kita, bentuk kandungan digital terbesar seterusnya ialah gambar dan video peribadi. Sekali lagi, kami pernah menghasilkan gambar dan video secara fizikal, akhirnya untuk mengumpul habuk di loteng kami. Kemudian gambar dan video kami menjadi digital, hanya untuk sekali lagi mengumpul habuk di bahagian bawah komputer kami. Dan itulah isunya: Kami jarang melihat kebanyakan gambar dan video yang kami rakam.

Tetapi selepas media sosial berlaku, tapak seperti Flickr dan Facebook memberi kami keupayaan untuk berkongsi jumlah gambar yang tidak terhingga dengan rangkaian orang yang kami sayangi, sambil juga menyimpan gambar tersebut (secara percuma) dalam sistem folder atau garis masa yang mengatur sendiri. Walaupun elemen sosial ini, ditambah dengan miniatur, kamera telefon canggih, banyak meningkatkan bilangan gambar dan video yang dihasilkan oleh orang biasa, ia juga mengurangkan tabiat kami menyimpan foto pada komputer peribadi kami, menggalakkan kami menyimpannya dalam talian, secara peribadi atau secara terbuka.

Perkhidmatan awan dan kerjasama. Memandangkan dua perkara terakhir, hanya dokumen teks yang sederhana (dan beberapa jenis data khusus lain) yang kekal. Dokumen ini, berbanding dengan multimedia yang baru kita bincangkan, biasanya sangat kecil sehingga menyimpannya pada komputer anda tidak akan menjadi masalah.

Walau bagaimanapun, dalam dunia kita yang semakin mudah alih, terdapat permintaan yang semakin meningkat untuk mengakses dokumen semasa dalam perjalanan. Dan di sini sekali lagi, perkembangan yang sama yang kami bincangkan dengan muzik berlaku di sini—di mana kami mula-mula mengangkut dokumen menggunakan cakera liut, CD dan USB, kini kami menggunakan lebih mudah dan berorientasikan pengguna penyimpanan awan perkhidmatan, seperti Google Drive dan Dropbox, yang menyimpan dokumen kami di pusat data luaran untuk kami akses dengan selamat dalam talian. Perkhidmatan seperti ini membolehkan kami mengakses dan berkongsi dokumen kami di mana-mana, pada bila-bila masa, pada mana-mana peranti atau sistem pengendalian.

Untuk bersikap adil, menggunakan perkhidmatan penstriman, media sosial dan perkhidmatan awan tidak semestinya bermakna kami akan mengalihkan segala-galanya ke awan—beberapa perkara yang kami lebih suka simpan terlalu peribadi dan selamat—tetapi perkhidmatan ini telah dipotong dan akan terus dipotong, jumlah ruang storan data fizikal yang perlu kami miliki dari tahun ke tahun.

Mengapa storan yang lebih eksponen penting

Walaupun rata-rata individu mungkin melihat kurang memerlukan lebih banyak storan digital, terdapat kuasa besar yang sedang bermain yang memacu Undang-undang Kryder ke hadapan.

Pertama sekali, disebabkan senarai hampir tahunan pelanggaran keselamatan merentas pelbagai syarikat perkhidmatan teknologi dan kewangan—masing-masing membahayakan maklumat digital berjuta-juta individu—kebimbangan terhadap privasi data wajar berkembang di kalangan orang ramai. Bergantung pada keperluan individu, ini mungkin mendorong permintaan awam untuk pilihan storan data yang lebih besar dan lebih murah untuk kegunaan peribadi untuk mengelakkan bergantung pada awan. Individu masa depan mungkin juga menyediakan pelayan storan data peribadi di dalam rumah mereka untuk disambungkan secara luaran dan bukannya bergantung pada pelayan yang dimiliki oleh syarikat teknologi besar.

Pertimbangan lain ialah had penyimpanan data kini menyekat kemajuan dalam beberapa sektor daripada bioteknologi kepada kecerdasan buatan. Sektor yang bergantung pada pengumpulan dan pemprosesan data besar perlu menyimpan jumlah data yang lebih besar untuk menginovasi produk dan perkhidmatan baharu.

Seterusnya, menjelang akhir 2020-an, Internet of Things (IoT), kenderaan autonomi, robot, realiti tambahan dan lain-lain 'teknologi canggih' generasi seterusnya akan mendorong pelaburan ke dalam teknologi storan. Ini kerana untuk teknologi ini berfungsi, mereka perlu mempunyai kuasa pengkomputeran dan kapasiti storan untuk memahami persekitaran mereka dan bertindak balas dalam masa nyata tanpa pergantungan berterusan pada awan. Kami meneroka konsep ini lebih lanjut dalam bab lima daripada siri ini.

Akhir sekali, Internet Perkara (dijelaskan sepenuhnya dalam kami Masa Depan Internet siri) akan menghasilkan berbilion hingga trilion penderia yang menjejaki pergerakan atau status berbilion hingga trilion benda. Sejumlah besar data yang akan dihasilkan oleh sensor yang tidak terkira ini akan menuntut kapasiti storan yang berkesan sebelum ia boleh diproses dengan berkesan oleh superkomputer yang akan kami bincangkan menjelang penghujung siri ini.

Secara keseluruhannya, sementara orang biasa akan semakin mengurangkan keperluan mereka untuk perkakasan storan digital milik peribadi, semua orang di planet ini masih akan mendapat manfaat secara tidak langsung daripada kapasiti storan tak terhingga yang akan ditawarkan oleh teknologi storan digital masa hadapan. Sudah tentu, seperti yang dibayangkan sebelum ini, masa depan storan terletak pada awan, tetapi sebelum kita dapat menyelami topik itu, kita perlu memahami revolusi percuma yang berlaku pada bahagian pemprosesan (cip mikro) perniagaan komputer— topik bab seterusnya.