Kwantumrun

BEELDKREDIET: Kwantumrun

De digitale opslagrevolutie: toekomst van computers P3

David Tal, uitgever, futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Tue, 09 / 15 / 2020 - 15: 43

De meesten van jullie die dit lezen, herinneren zich waarschijnlijk de bescheiden diskette en het is solide 1.44 MB schijfruimte. Sommigen van jullie waren waarschijnlijk jaloers op die ene vriend toen hij tijdens een schoolproject de eerste USB-stick tevoorschijn haalde, met zijn monsterlijke 8 MB aan ruimte. Tegenwoordig is de magie verdwenen en zijn we afgemat. Eén terabyte geheugen wordt standaard geleverd op de meeste desktops van 2018 - en Kingston verkoopt nu zelfs één terabyte USB-drives.

Onze obsessie met opslag groeit jaar na jaar naarmate we steeds meer digitale inhoud consumeren en creëren, of het nu een schoolrapport is, een reisfoto, de mixtape van je band of een GoPro-video van je skiënd in Whistler. Andere trends, zoals het opkomende internet der dingen, zullen de gegevensberg die de wereld produceert alleen maar versnellen, waardoor de vraag naar digitale opslag nog meer brandstof krijgt

Daarom hebben we, om gegevensopslag goed te bespreken, onlangs besloten dit hoofdstuk te bewerken door het in tweeën te splitsen. Deze helft zal betrekking hebben op de technologische innovaties op het gebied van gegevensopslag en de impact ervan op de gemiddelde digitale consument. Ondertussen gaat het volgende hoofdstuk over de komende revolutie in de cloud.

Innovaties op het gebied van gegevensopslag in de pijplijn

(TL;DR - De volgende sectie schetst de nieuwe technologie waarmee steeds grotere hoeveelheden gegevens kunnen worden opgeslagen op steeds kleinere en efficiëntere opslagschijven. Als u niet om de technologie geeft, maar in plaats daarvan wilt lezen over de bredere trends en effecten rond gegevensopslag, dan raden we aan om naar de volgende subkop te gaan.)

Velen van jullie hebben al gehoord van de wet van Moore (de observatie dat het aantal transistors in een dichte geïntegreerde schakeling ongeveer elke twee jaar verdubbelt), maar aan de opslagkant van de computerindustrie hebben we de wet van Kryder - in feite ons vermogen om te knijpen steeds meer bits in krimpende harde schijven verdubbelt ook ongeveer elke 18 maanden. Dat betekent dat de persoon die 1,500 jaar geleden $ 5 voor 35 MB uitgaf, nu $ 600 kan uitgeven voor een schijf van 6 TB.

Dit is een overweldigende vooruitgang, en het houdt niet snel op.

De volgende lijst is een korte blik op de innovaties op de korte en lange termijn die fabrikanten van digitale opslag zullen gebruiken om onze opslaghongerige samenleving tevreden te stellen.

Betere harde schijven. Tot het begin van de jaren 2020 zullen fabrikanten doorgaan met het bouwen van traditionele harde schijven (HDD), waarbij ze meer geheugencapaciteit inpakken totdat we harde schijven niet langer dichter kunnen bouwen. De technieken die zijn uitgevonden om dit laatste decennium van HDD-technologie te leiden, zijn onder meer: Shingled Magnetic Recording (SMR), gevolgd door Tweedimensionale magnetische opname (TDMR), en mogelijk Hitteondersteunde magnetische opname (HAMR).

Solid state harde schijven. Het vervangen van de traditionele harde schijf die hierboven is vermeld, is de solid-state harde schijf (SATA SSD). In tegenstelling tot HDD's hebben SSD's geen draaiende schijven - sterker nog, ze hebben helemaal geen bewegende delen. Hierdoor kunnen SSD's veel sneller, kleiner en duurzamer werken dan hun voorganger. SSD's zijn al een standaard op de laptops van vandaag en worden geleidelijk standaardhardware op de meeste nieuwe desktopmodellen. En hoewel oorspronkelijk veel duurder dan HDD's, prijs daalt sneller dan HDD's, wat betekent dat hun verkoop tegen het midden van de jaren 2020 de HDD's zou kunnen inhalen.

De volgende generatie SSD's worden ook geleidelijk geïntroduceerd, waarbij fabrikanten overstappen van SATA SSD's naar PCIe SSD's die ten minste zes keer de bandbreedte van SATA-schijven hebben en groeien.

Flash-geheugen gaat 3D. Maar als snelheid het doel is, gaat er niets boven het opslaan van alles in het geheugen.

HDD's en SSD's kun je vergelijken met je langetermijngeheugen, terwijl flash meer lijkt op je kortetermijngeheugen. En net als je hersenen heeft een computer traditioneel beide soorten opslag nodig om te kunnen functioneren. Gewoonlijk aangeduid als RAM (Random Access Memory), traditionele pc's worden meestal geleverd met twee RAM-geheugensticks van elk 4 tot 8 GB. Ondertussen verkopen de zwaarste slagmensen zoals Samsung nu 2.5D-geheugenkaarten met elk een capaciteit van 128 GB - geweldig voor hardcore gamers, maar praktischer voor supercomputers van de volgende generatie.

De uitdaging met deze geheugenkaarten is dat ze dezelfde fysieke beperkingen hebben als harde schijven. Erger nog, de kleinere transistors worden in het RAM-geheugen, hoe slechter ze na verloop van tijd presteren - de transistors worden moeilijker te wissen en nauwkeurig te schrijven, en raken uiteindelijk een prestatiemuur die hen dwingt te vervangen door nieuwe RAM-sticks. In het licht hiervan beginnen bedrijven de volgende generatie geheugenkaarten te bouwen:

3D NAND. Bedrijven zoals Intel, Samsung, Micron, Hynix en Taiwan Semiconductor dringen aan op de grootschalige toepassing van 3D NAND, die transistors in drie dimensies in een chip stapelt.
Resistief willekeurig toegankelijk geheugen (RAM). Deze technologie gebruikt weerstand in plaats van een elektrische lading om bits (0s en 1s) geheugen op te slaan.
3D-chips. Dit zal in meer detail worden besproken in het volgende seriehoofdstuk, maar in het kort, 3D-chips streven naar het combineren van computergebruik en gegevensopslag in verticaal gestapelde lagen, waardoor de verwerkingssnelheden worden verbeterd en het energieverbruik wordt verminderd.
Faseveranderingsgeheugen (PCM). De tech achter PCM's verwarmt en koelt in feite chalcogenideglas, waarbij het verschuift van gekristalliseerde naar niet-gekristalliseerde toestanden, elk met hun unieke elektrische weerstanden die de binaire 0 en 1 vertegenwoordigen. Eenmaal geperfectioneerd, gaat deze technologie veel langer mee dan de huidige RAM-varianten en is niet-vluchtig, wat betekent het kan gegevens vasthouden, zelfs als de stroom is uitgeschakeld (in tegenstelling tot traditioneel RAM-geheugen).
Draai-overdracht koppel willekeurig toegankelijk geheugen (STT-RAM). Een krachtige Frankenstein die de capaciteit van DRAM met de snelheid van SRAM, samen met verbeterde niet-vluchtigheid en bijna onbeperkt uithoudingsvermogen.
3D XPoint. Met deze technologie, in plaats van te vertrouwen op transistors om informatie op te slaan, 3D X-punt maakt gebruik van een microscopisch netwerk van draden, gecoördineerd door een "selector" die op elkaar zijn gestapeld. Als dit eenmaal geperfectioneerd is, kan dit een revolutie teweegbrengen in de industrie, aangezien 3D Xpoint niet-vluchtig is, duizenden keren sneller werkt dan NAND-flash en 10 keer dichter dan DRAM.

Met andere woorden, weet je nog dat we zeiden: "HDD's en SSD's kunnen worden vergeleken met je langetermijngeheugen, terwijl flash meer lijkt op je kortetermijngeheugen"? Welnu, 3D Xpoint kan beide aan en doet dat beter dan beide afzonderlijk.

Ongeacht welke optie wint, al deze nieuwe vormen van flash-geheugen bieden meer geheugencapaciteit, snelheid, uithoudingsvermogen en energie-efficiëntie.

Innovaties voor langdurige opslag. Ondertussen, voor die use-cases waar snelheid minder belangrijk is dan het behoud van grote hoeveelheden gegevens, zijn er momenteel nieuwe en theoretische technologieën in de maak:

Bandstations. Meer dan 60 jaar geleden uitgevonden, gebruikten we oorspronkelijk tapedrives om belasting- en gezondheidsdocumenten te archiveren. Tegenwoordig wordt deze technologie geperfectioneerd in de buurt van zijn theoretische hoogtepunt met IBM zet een record door 330 terabyte aan niet-gecomprimeerde gegevens (ca. 330 miljoen boeken) te archiveren in een tapecartridge ter grootte van uw hand.
DNA-opslag. Onderzoekers van de Universiteit van Washington en Microsoft Research een systeem ontwikkeld om digitale gegevens te coderen, op te slaan en op te halen met behulp van DNA-moleculen. Eenmaal geperfectioneerd, kan dit systeem op een dag informatie miljoenen keren compacter archiveren dan de huidige technologieën voor gegevensopslag.
Kilobyte herschrijfbaar atomair geheugen. Door individuele chlooratomen op een vlakke koperen plaat te manipuleren, wetenschappers schreven een bericht van 1 kilo bij 500 terabit per vierkante inch - ongeveer 100 keer meer informatie per vierkante inch dan de meest efficiënte harde schijf op de markt.
5D-gegevensopslag. Dit speciale opslagsysteem, aangevoerd door de Universiteit van Southampton, heeft een datacapaciteit van 360 TB/schijf, thermische stabiliteit tot 1,000 °C en een bijna onbeperkte levensduur bij kamertemperatuur (13.8 miljard jaar bij 190 °C). Met andere woorden, 5D-gegevensopslag zou ideaal zijn voor archiefgebruik in musea en bibliotheken.

Softwaregedefinieerde opslaginfrastructuur (SDS). Het is niet alleen de opslaghardware die innovatie doormaakt, maar ook de software die erop draait maakt een opwindende ontwikkeling door. SDS wordt meestal gebruikt in computernetwerken van grote bedrijven of cloudopslagservices waar gegevens centraal worden opgeslagen en toegankelijk zijn via individuele, verbonden apparaten. Het neemt in feite de totale hoeveelheid gegevensopslagcapaciteit in een netwerk en verdeelt deze over de verschillende services en apparaten die op het netwerk worden uitgevoerd. Er worden steeds betere SDS-systemen gecodeerd om efficiënter gebruik te maken van bestaande (in plaats van nieuwe) opslaghardware.

Hebben we in de toekomst wel opslagruimte nodig?

Oké, dus de opslagtechnologie zal de komende decennia veel verbeteren. Maar waar we rekening mee moeten houden is, wat maakt dat eigenlijk uit?

De gemiddelde persoon zal nooit de terabyte opslagruimte gebruiken die nu beschikbaar is in de nieuwste desktopcomputermodellen. En over nog eens twee tot vier jaar heeft uw volgende smartphone genoeg opslagruimte om een jaar lang aan foto's en video's te verzamelen zonder dat u uw apparaat een voorjaarsschoonmaak hoeft te geven. Natuurlijk, er is een minderheid van mensen die graag enorme hoeveelheden gegevens op hun computers stapelen, maar voor de rest van ons zijn er een aantal trends die onze behoefte aan buitensporige privé-schijfopslagruimte verminderen.

Streaming diensten. Ooit bestonden onze muziekcollecties uit het verzamelen van platen, toen cassettes en toen cd's. In de jaren 90 werden nummers gedigitaliseerd in mp3's om met duizenden te worden opgepot (eerst via torrents, daarna steeds meer via digitale winkels zoals iTunes). In plaats van een muziekcollectie op uw thuiscomputer of telefoon op te slaan en te ordenen, kunnen we nu een oneindig aantal nummers streamen en overal naar luisteren via services zoals Spotify en Apple Music.

Deze progressie verkleinde eerst de fysieke ruimte die muziek thuis in beslag nam, daarna de digitale ruimte op je computer. Nu kan het allemaal worden vervangen door een externe service die u goedkope en handige, overal en altijd toegang biedt tot alle muziek die u maar wilt. Natuurlijk hebben de meesten van jullie die dit lezen waarschijnlijk nog een paar cd's rondslingeren, de meesten hebben nog steeds een solide verzameling mp3's op hun computer, maar de volgende generatie computergebruikers zal hun tijd niet verspillen door hun computers te vullen met muziek die ze kunnen gratis online toegang.

Kopieer natuurlijk alles wat ik zojuist over muziek heb gezegd en pas het toe op film en televisie (hallo, Netflix!) En de persoonlijke opslagbesparingen blijven groeien.

Social media. Nu muziek-, film- en tv-programma's steeds minder van onze pc's verstoppen, is de volgende grootste vorm van digitale inhoud persoonlijke foto's en video's. Nogmaals, we maakten vroeger fysiek foto's en video's, om uiteindelijk stof te verzamelen op onze zolders. Toen gingen onze foto's en video's digitaal, om vervolgens weer stof te verzamelen in de onderste regionen van onze computers. En dat is het probleem: we kijken zelden naar de meeste foto's en video's die we maken.

Maar nadat er sociale media waren, gaven sites als Flickr en Facebook ons de mogelijkheid om een oneindig aantal foto's te delen met een netwerk van mensen waar we om geven, terwijl we die foto's ook (gratis) opslaan in een zelforganiserend mappensysteem of tijdlijn. Hoewel dit sociale element, in combinatie met miniatuurtelefooncamera's van hoge kwaliteit, het aantal door de gemiddelde persoon geproduceerde foto's en video's aanzienlijk verhoogde, verminderde het ook onze gewoonte om foto's op onze privécomputers op te slaan, en moedigde het ons aan om ze online op te slaan, privé of in het openbaar.

Cloud- en samenwerkingsservices. Gezien de laatste twee punten blijft alleen het bescheiden tekstdocument (en een paar andere niche-gegevenstypen) over. Deze documenten zijn, vergeleken met de multimedia die we zojuist hebben besproken, meestal zo klein dat het nooit een probleem zal zijn ze op uw computer op te slaan.

In onze steeds mobielere wereld is er echter een groeiende vraag om onderweg toegang te krijgen tot documenten. En ook hier vindt dezelfde progressie die we bespraken met muziek hier plaats - waar we eerst documenten transporteerden met behulp van floppydisks, cd's en USB's, gebruiken we nu meer handige en consumentgerichte Cloud Storage services, zoals Google Drive en Dropbox, die onze documenten opslaan in een extern datacenter zodat we er veilig online toegang toe hebben. Met dergelijke services kunnen we onze documenten altijd en overal openen en delen, op elk apparaat of besturingssysteem.

Om eerlijk te zijn, het gebruik van streamingdiensten, sociale media en cloudservices betekent niet noodzakelijk dat we alles naar de cloud zullen verplaatsen - sommige dingen houden we liever te privé en veilig - maar deze services zijn afgenomen en zullen blijven snijden, de totale hoeveelheid fysieke gegevensopslagruimte die we jaar na jaar nodig hebben.

Waarom exponentieel meer opslag belangrijk is

Hoewel de gemiddelde persoon misschien minder behoefte heeft aan meer digitale opslag, zijn er grote krachten in het spel die de wet van Kryder vooruit helpen.

Ten eerste, vanwege de bijna jaarlijkse lijst van beveiligingsinbreuken bij een reeks technische en financiële dienstverleners - die elk de digitale informatie van miljoenen individuen in gevaar brengen - neemt de bezorgdheid over gegevensprivacy met recht toe bij het publiek. Afhankelijk van individuele behoeften kan dit de vraag van het publiek naar grotere en goedkopere opties voor gegevensopslag voor persoonlijk gebruik stimuleren om te voorkomen dat ze afhankelijk zijn van de cloud. Toekomstige individuen kunnen zelfs privé-servers voor gegevensopslag in hun huis opzetten om extern verbinding mee te maken in plaats van afhankelijk te zijn van servers die eigendom zijn van de grote technologiebedrijven.

Een andere overweging is dat beperkingen op het gebied van gegevensopslag momenteel de vooruitgang in een aantal sectoren blokkeren, van biotech tot kunstmatige intelligentie. Sectoren die afhankelijk zijn van de accumulatie en verwerking van big data moeten steeds grotere hoeveelheden data opslaan om nieuwe producten en diensten te innoveren.

Vervolgens zullen tegen het einde van de jaren 2020 het Internet of Things (IoT), autonome voertuigen, robots, augmented reality en andere dergelijke next-gen 'edge-technologieën' investeringen in opslagtechnologie stimuleren. Om deze technologieën te laten werken, moeten ze namelijk de rekenkracht en opslagcapaciteit hebben om hun omgeving te begrijpen en in realtime te reageren zonder een constante afhankelijkheid van de cloud. We werken dit concept verder uit in hoofdstuk vijf van deze serie.

Ten slotte internet van dingen (volledig uitgelegd in onze Toekomst van internet serie) zal resulteren in miljarden tot biljoenen sensoren die de beweging of status van miljarden tot biljoenen dingen volgen. De immense hoeveelheden gegevens die deze talloze sensoren zullen produceren, zullen een effectieve opslagcapaciteit vereisen voordat deze effectief kan worden verwerkt door de supercomputers die we aan het einde van deze serie zullen behandelen.

Al met al zal iedereen op de planeet indirect profiteren van de oneindige opslagcapaciteit die toekomstige digitale opslagtechnologieën zullen bieden, terwijl de gemiddelde persoon zijn behoefte aan persoonlijke digitale opslaghardware steeds meer zal verminderen. Zoals eerder aangegeven, ligt de toekomst van opslag natuurlijk in de cloud, maar voordat we diep in dat onderwerp kunnen duiken, moeten we eerst de complementaire revoluties begrijpen die plaatsvinden aan de verwerkingskant (microchip) van de computerbusiness - de onderwerp van het volgende hoofdstuk.