Quantumrun

CREDIT DE IMAGINE: Quantumrun

Revoluția stocării digitale: viitorul computerelor P3

David Tal, editor, futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Mar, 09 - 15:2020

Majoritatea dintre voi care citiți acest lucru probabil vă amintiți de umila dischetă și are un spațiu solid de 1.44 MB. Unii dintre voi au fost probabil gelosi pe acel singur prieten când a scos prima unitate USB, cu spațiul său monstruos de 8 MB, în timpul unui proiect școlar. În zilele noastre, magia a dispărut și am devenit obosiți. Un terabyte de memorie vine standard în majoritatea desktop-urilor din 2018 – iar Kingston vinde chiar și unități USB de un terabyte acum.

Obsesia noastră pentru stocare crește de la an la an pe măsură ce consumăm și creăm din ce în ce mai mult conținut digital, fie că este vorba despre un raport școlar, o fotografie de călătorie, un mixtape al trupei tale sau un videoclip GoPro cu tine schiând pe Whistler. Alte tendințe precum Internetul în curs de dezvoltare nu vor face decât să accelereze muntele de date pe care le produce lumea, adăugând mai mult combustibil pentru rachete la cererea de stocare digitală.

Acesta este motivul pentru a discuta despre stocarea datelor în mod corespunzător, recent am decis să edităm acest capitol împărțindu-l în două. Această jumătate va acoperi inovațiile tehnologice în stocarea datelor și impactul acestora asupra consumatorilor medii digitale. Între timp, următorul capitol va acoperi viitoarea revoluție în nor.

Inovații în stocarea datelor în curs

(TL;DR - Următoarea secțiune prezintă noua tehnologie care va permite stocarea unor cantități tot mai mari de date pe unități de stocare din ce în ce mai mici și mai eficiente. Dacă nu vă pasă de tehnologie, ci doriți să citiți despre cea mai largă tendințele și impactul stocării datelor, atunci vă recomandăm să treceți la următorul subtitlu.)

Mulți dintre voi ați auzit deja de Legea lui Moore (observația că numărul de tranzistori dintr-un circuit integrat dens se dublează aproximativ la fiecare doi ani), dar în ceea ce privește stocarea afacerii cu computere, avem Legea lui Kryder - practic, capacitatea noastră de a stoarce. Din ce în ce mai mulți biți în hard disk-uri care se micșorează se dublează, de asemenea, la fiecare 18 luni. Aceasta înseamnă că persoana care a cheltuit 1,500 USD pentru 5MB în urmă cu 35 de ani poate cheltui acum 600 USD pentru o unitate de 6TB.

Acesta este un progres uluitor și nu se va opri prea curând.

Următoarea listă este o scurtă privire asupra inovațiilor pe termen scurt și lung pe care producătorii de stocare digitală le vor folosi pentru a satisface societatea noastră avidă de stocare.

Unități de hard disk mai bune. Până la începutul anilor 2020, producătorii vor continua să construiască hard disk-uri (HDD) tradiționale, împachetând mai multă capacitate de memorie până când nu vom mai putea construi hard disk-uri mai dense. Tehnicile inventate pentru a conduce acest ultim deceniu de tehnologie HDD includ Înregistrare magnetică cu șindrilă (SMR), urmat de Înregistrare magnetică bidimensională (TDMR) și, eventual Înregistrare magnetică asistată de căldură (HAMR).

Hard disk-uri cu stare solidă. Înlocuirea hard disk-ului tradițional menționat mai sus este unitatea solidă (SATA SSD). Spre deosebire de HDD-urile, SSD-urile nu au discuri care se rotesc - de fapt, nu au deloc piese mobile. Acest lucru permite SSD-urilor să funcționeze mult mai rapid, la dimensiuni mai mici și cu o durabilitate mai mare decât predecesorul lor. SSD-urile sunt deja un standard pentru laptopurile de astăzi și devin treptat hardware standard pe majoritatea modelelor noi de desktop. Și deși inițial erau mult mai scumpe decât HDD-urile, acestea prețul scade mai repede decât HDD-urile, ceea ce înseamnă că vânzările lor ar putea depăși HDD-urile până la mijlocul anilor 2020.

SSD-urile de generație următoare sunt introduse, de asemenea, treptat, producătorii trecând de la SSD-urile SATA la SSD-urile PCIe care au o lățime de bandă de cel puțin șase ori mai mare decât unitățile SATA și cresc.

Memoria flash devine 3D. Dar dacă viteza este scopul, nimic nu mai depășește stocarea totul în memorie.

HDD-urile și SSD-urile pot fi comparate cu memoria pe termen lung, în timp ce flash-ul este mai asemănător cu memoria pe termen scurt. Și la fel ca și creierul tău, un computer are nevoie în mod tradițional de ambele tipuri de stocare pentru a funcționa. Denumite în mod obișnuit memorie cu acces aleatoriu (RAM), computerele personale tradiționale tind să vină cu două stick-uri de memorie RAM de la 4 până la 8 GB fiecare. Între timp, cei mai puternici jucători precum Samsung vând acum carduri de memorie 2.5D care dețin 128 GB fiecare - uimitor pentru jucătorii hardcore, dar mai practic pentru supercomputerele de generație următoare.

Provocarea cu aceste carduri de memorie este că se confruntă cu aceleași constrângeri fizice cu care se confruntă hard disk-urile. Mai rău, tranzistorii mai mici devin în interiorul memoriei RAM, cu atât au mai slabe performanțe în timp – tranzistorii devin mai greu de șters și de scris cu precizie, lovind în cele din urmă un perete de performanță care forțează înlocuirea lor cu stick-uri RAM proaspete. În lumina acestui fapt, companiile încep să construiască următoarea generație de carduri de memorie:

3D NAND. Companii precum Intel, Samsung, Micron, Hynix și Taiwan Semiconductor fac eforturi pentru adoptarea pe scară largă a 3D NAND, care stivuiește tranzistori în trei dimensiuni în interiorul unui cip.
Memorie rezistivă cu acces aleatoriu (Berbec). Această tehnologie folosește rezistența în loc de o sarcină electrică pentru a stoca biți (0 și 1) de memorie.
cipuri 3D. Acest lucru va fi discutat mai detaliat în următorul capitol al seriei, dar pe scurt, cipuri 3D scopul de a combina calcularea și stocarea datelor în straturi stivuite vertical, îmbunătățind astfel vitezele de procesare și reducând consumul de energie.
Memorie cu schimbare de fază (PCM). tehnologie din spatele PCM-urilor practic încălzește și răcește sticla calcogenură, trecând-o între stările cristalizate la necristalizate, fiecare cu rezistențele electrice unice reprezentând binarul 0 și 1. Odată perfecționată, această tehnologie va dura mult mai mult decât variantele actuale de RAM și este nevolatilă, adică poate reține date chiar și atunci când alimentarea este oprită (spre deosebire de RAM tradițională).
Memorie cu acces aleatoriu cu transfer de rotație (STT-RAM). Un Frankenstein puternic care combină capacitatea de DRAM cu viteza de SRAM, împreună cu o non-volatilitate îmbunătățită și o rezistență aproape nelimitată.
3D XPoint. Cu această tehnologie, în loc să te bazezi pe tranzistori pentru a stoca informații, 3D Xpoint folosește o plasă microscopică de fire, coordonate de un „selector” care sunt stivuite unul peste altul. Odată perfecționat, acest lucru ar putea revoluționa industria, deoarece 3D Xpoint este nevolatil, va funcționa de mii de ori mai rapid decât flash-ul NAND și de 10 ori mai dens decât DRAM.

Cu alte cuvinte, vă amintiți când spuneam „HDD-urile și SSD-urile pot fi comparate cu memoria pe termen lung, în timp ce flash-ul este mai asemănător cu memoria pe termen scurt”? Ei bine, 3D Xpoint le va gestiona pe ambele și o va face mai bine decât oricare dintre ele separat.

Indiferent de opțiunea care câștigă, toate aceste noi forme de memorie flash vor oferi mai multă capacitate de memorie, viteză, rezistență și eficiență energetică.

Inovații de stocare pe termen lung. Între timp, pentru acele cazuri de utilizare în care viteza contează mai puțin decât conservarea unor cantități mari de date, tehnologii noi și teoretice sunt în prezent în lucru:

Unități de bandă. Inventată cu peste 60 de ani în urmă, am folosit inițial unități de bandă pentru a arhiva documentele fiscale și de asistență medicală. Astăzi, această tehnologie este perfecționată aproape de vârful său teoretic IBM stabilește un record prin arhivarea a 330 terabytes de date necomprimate (~330 milioane de cărți) într-un cartuş de bandă de dimensiunea mâinii tale.
Depozitarea ADN-ului. Cercetători de la Universitatea din Washington și Microsoft Research dezvoltat un sistem pentru a codifica, stoca și prelua date digitale folosind molecule de ADN. Odată perfecționat, acest sistem poate într-o zi să arhiveze informații de milioane de ori mai compact decât tehnologiile actuale de stocare a datelor.
Kilobyte memorie atomică reinscriptibilă. Prin manipularea atomilor individuali de clor pe o foaie plată de cupru, au scris oamenii de știință un mesaj de 1 kilobyte la 500 de terabiți pe inch pătrat - de aproximativ 100 de ori mai multe informații pe inch pătrat decât cel mai eficient hard disk de pe piață.
Stocarea datelor 5D. Acest sistem de stocare specializat, condus de Universitatea din Southampton, are o capacitate de date de 360 TB/disc, stabilitate termică de până la 1,000°C și o durată de viață aproape nelimitată la temperatura camerei (13.8 miliarde de ani la 190°C). Cu alte cuvinte, stocarea datelor 5D ar fi ideală pentru utilizări de arhivă la muzee și biblioteci.

Infrastructură de stocare definită de software (SDS). Nu doar hardware-ul de stocare este inovator, ci și software-ul care îl rulează este în curs de dezvoltare interesantă. SDS este folosit mai ales în rețelele de calculatoare ale companiilor mari sau în serviciile de stocare în cloud, unde datele sunt stocate central și accesate prin dispozitive individuale conectate. Practic, ia cantitatea totală de capacitate de stocare a datelor într-o rețea și o separă între diferitele servicii și dispozitive care rulează în rețea. Sistemele SDS mai bune sunt codificate tot timpul pentru a utiliza mai eficient hardware-ul de stocare existent (în loc de noul).

Vom avea nevoie chiar de stocare în viitor?

Bine, deci tehnologia de stocare se va îmbunătăți foarte mult în următoarele câteva decenii. Dar lucrul pe care trebuie să-l luăm în considerare este, ce diferență face asta oricum?

Persoana medie nu va folosi niciodată terabyte-ul de spațiu de stocare disponibil acum în cele mai recente modele de computere desktop. Și în alți doi până la patru ani, următorul tău smartphone va avea suficient spațiu de stocare pentru a găzdui un an de fotografii și videoclipuri fără a fi nevoie să cureți dispozitivul. Sigur, există o minoritate de oameni cărora le place să adauge cantități masive de date pe computerele lor, dar pentru noi ceilalți, există o serie de tendințe care reduc nevoia de spațiu de stocare pe disc excesiv, deținut privat.

Servicii de streaming. Pe vremuri, colecțiile noastre de muzică implicau colectarea de discuri, apoi casete, apoi CD-uri. În anii 90, melodiile au fost digitalizate în MP3-uri pentru a fi tezaurizate cu mii (întâi prin torrente, apoi din ce în ce mai mult prin magazine digitale precum iTunes). Acum, în loc să fim nevoiți să stocăm și să organizăm o colecție de muzică pe computerul sau pe telefonul dvs. de acasă, putem transmite în flux un număr infinit de melodii și le putem asculta oriunde prin servicii precum Spotify și Apple Music.

Această progresie a redus mai întâi spațiul fizic ocupat de muzică acasă, apoi spațiul digital de pe computer. Acum totul poate fi înlocuit cu un serviciu extern care vă oferă acces ieftin și convenabil, oriunde/oricand, la toată muzica pe care o doriți. Desigur, cei mai mulți dintre voi care citiți acest lucru probabil mai au câteva CD-uri, majoritatea vor avea în continuare o colecție solidă de MP3-uri pe computer, dar următoarea generație de utilizatori de computere nu își va pierde timpul umplându-și computerele cu muzică pe care o pot. acces gratuit online.

Evident, copiați tot ce am spus despre muzică și aplicați-l la film și televiziune (bună ziua, Netflix!), iar economiile de stocare personală continuă să crească.

social media. Cu muzică, filme și emisiuni TV care blochează din ce în ce mai puțin computerele noastre personale, următoarea cea mai mare formă de conținut digital sunt imaginile și videoclipurile personale. Din nou, obișnuiam să producem imagini și videoclipuri fizic, în cele din urmă pentru a colecta praful în podurile noastre. Apoi imaginile și videoclipurile noastre au devenit digitale, doar pentru a colecta din nou praf în partea de jos a computerelor noastre. Și aceasta este problema: rar ne uităm la majoritatea fotografiilor și videoclipurilor pe care le facem.

Dar după ce s-a întâmplat rețelele sociale, site-uri precum Flickr și Facebook ne-au oferit posibilitatea de a partaja un număr infinit de imagini cu o rețea de oameni la care ținem, stocând în același timp acele imagini (gratuit) într-un sistem de foldere auto-organizat sau cronologie. În timp ce acest element social, cuplat cu camere de telefoane miniaturale de ultimă generație, a crescut foarte mult numărul de imagini și videoclipuri produse de o persoană obișnuită, ne-a redus și obiceiul de a stoca fotografii pe computerele noastre private, încurajându-ne să le stocăm online, în mod privat. sau public.

Servicii cloud și colaborare. Având în vedere ultimele două puncte, rămâne doar umilul document text (și alte câteva tipuri de date de nișă). Aceste documente, în comparație cu multimedia despre care tocmai am discutat, sunt de obicei atât de mici încât stocarea lor pe computer nu va fi niciodată o problemă.

Cu toate acestea, în lumea noastră din ce în ce mai mobilă, există o cerere tot mai mare de a accesa documentele din mers. Și aici din nou, aceeași progresie despre care am discutat cu muzica se întâmplă aici - unde mai întâi am transportat documente folosind dischete, CD-uri și USB-uri, acum folosim mai convenabil și mai orientat spre consumator. Stocare in cloud servicii, cum ar fi Google Drive și Dropbox, care stochează documentele noastre într-un centru de date extern pentru ca noi să le accesăm online în siguranță. Servicii precum acestea ne permit să accesăm și să partajăm documentele noastre oriunde, oricând, pe orice dispozitiv sau sistem de operare.

Pentru a fi corect, folosirea serviciilor de streaming, a rețelelor sociale și a serviciilor cloud nu înseamnă neapărat că vom muta totul în cloud - unele lucruri pe care preferăm să le păstrăm excesiv de private și sigure - dar aceste servicii s-au redus și vor continua să se reducă, cantitatea totală de spațiu fizic de stocare a datelor pe care trebuie să o deținem de la an la an.

De ce contează exponențial mai mult spațiu de stocare

În timp ce o persoană obișnuită poate vedea mai puțină nevoie de mai multă stocare digitală, există forțe mari în joc care conduc Legea lui Kryder înainte.

În primul rând, din cauza listei aproape anuale de încălcări de securitate dintr-o serie de companii de servicii financiare și tehnologice – fiecare punând în pericol informațiile digitale a milioane de persoane – preocupările privind confidențialitatea datelor cresc pe bună dreptate în rândul publicului. În funcție de nevoile individuale, acest lucru poate genera cererea publicului pentru opțiuni de stocare a datelor mai mari și mai ieftine pentru uz personal, pentru a evita dependența de cloud. Viitorii indivizi pot chiar să configureze servere private de stocare a datelor în interiorul caselor lor pentru a se conecta la exterior, în loc să depindă de serverele deținute de marile companii de tehnologie.

O altă considerație este că limitările de stocare a datelor blochează în prezent progresul într-un număr de sectoare, de la biotehnologie la inteligența artificială. Sectoarele care depind de acumularea și procesarea datelor mari trebuie să stocheze cantități tot mai mari de date pentru a inova noi produse și servicii.

Apoi, până la sfârșitul anilor 2020, Internetul lucrurilor (IoT), vehiculele autonome, roboții, realitatea augmentată și alte astfel de „tehnologii de vârf” de ultimă generație vor stimula investițiile în tehnologia de stocare. Acest lucru se datorează faptului că, pentru ca aceste tehnologii să funcționeze, vor trebui să aibă puterea de calcul și capacitatea de stocare pentru a înțelege mediul înconjurător și a reacționa în timp real fără a depinde constant de cloud. Explorăm acest concept mai departe în capitolul cinci din această serie.

În sfârșit, internetul Lucrurilor (explicat pe deplin în documentul nostru Viitorul Internetului serie) va avea ca rezultat miliarde până la trilioane de senzori care urmăresc mișcarea sau starea unor miliarde până la trilioane de lucruri. Cantitățile imense de date pe care le vor produce acești nenumărați senzori vor necesita o capacitate de stocare efectivă înainte ca acestea să poată fi procesate în mod eficient de către supercalculatoarele pe care le vom acoperi aproape de sfârșitul acestei serii.

Per total, în timp ce omul obișnuit își va reduce din ce în ce mai mult nevoia de hardware de stocare digital deținut personal, toată lumea de pe planetă va beneficia în continuare indirect de capacitatea infinită de stocare pe care o vor oferi viitoarele tehnologii de stocare digitală. Desigur, așa cum am sugerat mai devreme, viitorul stocării constă în cloud, dar înainte de a ne aprofunda acest subiect, trebuie mai întâi să înțelegem revoluțiile complementare care au loc pe partea de procesare (microcip) a afacerii cu computere - subiectul capitolului următor.