Quantumrun

CREDIT NG LARAWAN: Quantumrun

Ang digital storage revolution: Future of Computers P3

David Tal, Publisher, Futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Martes, 09/15/2020 - 15:43

Karamihan sa inyo na nagbabasa nito ay malamang na naaalala ang hamak na floppy disk at ito ay solidong 1.44 MB ng disk space. Ang ilan sa inyo ay malamang na nagseselos sa isang kaibigan na iyon nang ilabas niya ang unang USB thumb drive, kasama ang napakalaking 8MB na espasyo nito, sa isang proyekto sa paaralan. Sa panahon ngayon, wala na ang magic, at napapagod na kami. Ang isang terabyte ng memorya ay karaniwan sa karamihan ng 2018 na mga desktop—at nagbebenta pa nga si Kingston ng isang terabyte na USB drive ngayon.

Ang aming pagkahumaling sa storage ay lumalaki taon-taon habang kami ay gumagamit at gumagawa ng mas maraming digital na content, ito man ay isang ulat sa paaralan, larawan sa paglalakbay, mixtape ng iyong banda, o isang GoPro na video ng iyong pag-ski down sa Whistler. Ang iba pang mga uso tulad ng umuusbong na Internet of Things ay magpapabilis lamang sa bundok ng data na ginagawa ng mundo, na nagdaragdag ng karagdagang rocket fuel sa pangangailangan para sa digital storage

Ito ang dahilan kung bakit upang talakayin nang maayos ang pag-iimbak ng data, kamakailan ay nagpasya kaming i-edit ang kabanatang ito sa pamamagitan ng paghahati nito sa dalawa. Sasakupin ng kalahating ito ang mga makabagong teknolohiya sa pag-iimbak ng data at ang epekto nito sa karaniwang mga digital na mamimili. Samantala, tatalakayin ng susunod na kabanata ang paparating na rebolusyon sa ulap.

Mga pagbabago sa pag-iimbak ng data sa pipeline

(TL;DR - Binabalangkas ng sumusunod na seksyon ang bagong tech na magbibigay-daan sa mas malalaking dami ng data na maimbak sa mas maliit at mas mahusay na storage drive. Kung wala kang pakialam sa tech, ngunit sa halip ay gusto mong magbasa tungkol sa mas malawak na mga uso at epekto sa pag-iimbak ng data, pagkatapos ay inirerekomenda namin ang paglaktaw sa susunod na subheading.)

Marami sa inyo ang nakarinig na ng Moore's Law (ang obserbasyon na ang bilang ng mga transistor sa isang siksik na integrated circuit ay dumodoble halos bawat dalawang taon), ngunit sa panig ng imbakan ng negosyo ng computer, mayroon tayong Kryder's Law—sa pangkalahatan, ang ating kakayahang mag-squeeze. Ang mas maraming bit sa pag-urong ng mga hard drive ay humigit-kumulang na nagdodoble bawat 18 buwan. Ibig sabihin, ang taong gumastos ng $1,500 para sa 5MB 35 taon na ang nakalipas ay maaari na ngayong gumastos ng $600 para sa isang 6TB drive.

Nakakataba ang pag-unlad nito, at hindi ito titigil sa lalong madaling panahon.

Ang sumusunod na listahan ay isang maikling sulyap sa malapit at pangmatagalang mga inobasyon na gagamitin ng mga tagagawa ng digital storage para bigyang-kasiyahan ang ating lipunang gutom sa storage.

Mas mahusay na hard disk drive. Hanggang sa unang bahagi ng 2020s, magpapatuloy ang mga manufacturer sa pagbuo ng mga tradisyunal na hard disk drive (HDD), na mag-iimpake ng mas maraming memory capacity hanggang sa hindi na kami makakagawa ng mga hard disk nang mas siksik. Kasama sa mga diskarteng naimbento para manguna nitong huling dekada ng HDD tech Shingled Magnetic Recording (SMR), na sinundan ng Dalawang-Dimensional na Magnetic Recording (TDMR), at posibleng Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR).

Solid state hard drive. Ang pinapalitan ang tradisyonal na hard disk drive na nabanggit sa itaas ay ang solid state hard drive (SATA SSD). Hindi tulad ng mga HDD, ang mga SSD ay walang anumang mga umiikot na disk—sa katunayan, wala silang anumang gumagalaw na bahagi. Nagbibigay-daan ito sa mga SSD na gumana nang mas mabilis, sa mas maliliit na laki, at may higit na tibay kaysa sa nauna sa kanila. Ang mga SSD ay isa nang pamantayan sa mga laptop ngayon at unti-unting nagiging karaniwang hardware sa karamihan ng mga bagong modelo ng desktop. At habang orihinal na mas mahal kaysa sa mga HDD, ang kanilang ang presyo ay bumabagsak nang mas mabilis kaysa sa mga HDD, ibig sabihin, maaaring maabutan ng kanilang mga benta ang mga HDD sa kalagitnaan ng 2020s.

Ang mga susunod na henerasyong SSD ay unti-unting ipinakilala rin, na may mga tagagawa na lumilipat mula sa SATA SSDs patungo sa PCIe SSD na may hindi bababa sa anim na beses na bandwidth ng mga SATA drive at lumalaki.

Ang flash memory ay nagiging 3D. Ngunit kung bilis ang layunin, walang makakatalo sa pag-imbak ng lahat sa memorya.

Ang mga HDD at SSD ay maaaring ihambing sa iyong pangmatagalang memorya, samantalang ang flash ay mas katulad ng iyong panandaliang memorya. At tulad ng iyong utak, ang isang computer ay karaniwang nangangailangan ng parehong uri ng storage para gumana. Karaniwang tinutukoy bilang random access memory (RAM), ang mga tradisyonal na personal na computer ay may posibilidad na may dalawang stick ng RAM sa 4 hanggang 8GB bawat isa. Samantala, ang pinakamabibigat na hitters tulad ng Samsung ay nagbebenta na ngayon ng 2.5D memory card na may hawak na 128GB bawat isa—kamangha-manghang para sa mga hardcore na manlalaro, ngunit mas praktikal para sa mga susunod na henerasyong supercomputer.

Ang hamon sa mga memory card na ito ay ang mga ito ay tumatakbo sa parehong pisikal na mga hadlang na kinakaharap ng mga hard disk. Ang mas masahol pa, ang mas maliliit na transistor ay nasa loob ng RAM, mas lumalala ang kanilang pagganap sa paglipas ng panahon-ang mga transistor ay nagiging mas mahirap na burahin at isulat nang tumpak, sa kalaunan ay tumama sa isang performance wall na pinipilit ang kanilang pagpapalit ng mga sariwang RAM sticks. Dahil dito, ang mga kumpanya ay nagsisimulang bumuo ng susunod na henerasyon ng mga memory card:

3D NAND. Itinutulak ng mga kumpanyang tulad ng Intel, Samsung, Micron, Hynix, at Taiwan Semiconductor ang malawakang paggamit ng 3D NAND, na nagsasalansan ng mga transistor sa tatlong dimensyon sa loob ng isang chip.
Resistive Random Access Memory (RAM). Gumagamit ang teknolohiyang ito ng resistensya sa halip na isang electric charge upang mag-imbak ng mga bit (0s at 1s) ng memorya.
3D chips. Tatalakayin ito nang mas detalyado sa susunod na kabanata ng serye, ngunit sa madaling sabi, 3D chips layuning pagsamahin ang pag-compute at pag-iimbak ng data sa mga patayong nakasalansan na mga layer, sa gayo'y pagpapabuti ng bilis ng pagproseso at pagbabawas ng pagkonsumo ng enerhiya.
Phase Change Memory (PCM). ang teknolohiya sa likod ng mga PCM karaniwang nagpapainit at nagpapalamig ng chalcogenide na salamin, inililipat ito sa pagitan ng crystallized sa non-crystallized na mga estado, bawat isa ay may kanilang natatanging mga electrical resistance na kumakatawan sa binary 0 at 1. Kapag naperpekto, ang teknolohiyang ito ay tatagal nang mas matagal kaysa sa kasalukuyang mga variant ng RAM at hindi pabagu-bago, ibig sabihin maaari itong humawak ng data kahit na ang power's off (hindi tulad ng tradisyonal na RAM).
Spin-Transfer Torque Random-Access Memory (STT-RAM). Isang makapangyarihang Frankenstein na pinagsasama ang kapasidad ng Drakma sa bilis ng SRAM, kasama ng pinahusay na non-volatility at malapit sa walang limitasyong pagtitiis.
3D XPoint. Sa teknolohiyang ito, sa halip na umasa sa mga transistor upang mag-imbak ng impormasyon, 3D Xpoint gumagamit ng microscopic mesh ng mga wire, na pinag-ugnay ng isang "selector" na nakasalansan sa ibabaw ng isa't isa. Kapag naperpekto, maaari nitong baguhin ang industriya dahil ang 3D Xpoint ay hindi pabagu-bago, gagana nang libu-libong beses na mas mabilis kaysa sa NAND flash, at 10 beses na mas siksik kaysa sa DRAM.

Sa madaling salita, tandaan noong sinabi namin na "Ang mga HDD at SSD ay maihahambing sa iyong pangmatagalang memorya, samantalang ang flash ay mas katulad ng iyong panandaliang memorya"? Buweno, hahawakan ng 3D Xpoint ang pareho at gagawin ito nang mas mahusay kaysa sa alinman sa magkahiwalay.

Anuman ang pagpipiliang mananalo, ang lahat ng mga bagong anyo ng flash memory ay mag-aalok ng higit na kapasidad ng memorya, bilis, tibay at kahusayan ng kuryente.

Pangmatagalang mga makabagong imbakan. Samantala, para sa mga kaso ng paggamit kung saan ang bilis ay mas mahalaga kaysa sa pagpapanatili ng malaking halaga ng data, ang mga bago at teoretikal na teknolohiya ay kasalukuyang ginagawa:

Mga tape drive. Naimbento mahigit 60 taon na ang nakararaan, orihinal na ginamit namin ang mga tape drive upang i-archive ang buwis at mga dokumento sa pangangalagang pangkalusugan. Ngayon, ang tech na ito ay ginagawang perpekto malapit sa theoretical peak nito Nagtatakda ng talaan ang IBM sa pamamagitan ng pag-archive ng 330 terabytes ng hindi naka-compress na data (~330 milyong aklat) sa isang tape cartridge na kasing laki ng iyong kamay.
Imbakan ng DNA. Mga mananaliksik mula sa University of Washington at Microsoft Research nakabuo ng isang sistema upang mag-encode, mag-imbak at kumuha ng digital na data gamit ang mga molekula ng DNA. Kapag naperpekto, ang system na ito ay maaaring isang araw na mag-archive ng impormasyon ng milyun-milyong beses na mas compact kaysa sa kasalukuyang mga teknolohiya sa pag-iimbak ng data.
Kilobyte rewritable atomic memory. Sa pamamagitan ng pagmamanipula ng mga indibidwal na chlorine atoms sa isang flat sheet ng tanso, isinulat ng mga siyentipiko isang 1-kilobyte na mensahe sa 500 terabits bawat square inch—humigit-kumulang 100 beses na mas maraming impormasyon bawat square inch kaysa sa pinaka-epektibong hard drive sa merkado.
5D na imbakan ng data. Ang specialty storage system na ito, na pinangunahan ng University of Southampton, ay nagtatampok ng 360 TB/disc data capacity, thermal stability hanggang 1,000°C at halos walang limitasyong panghabambuhay sa room temperature (13.8 bilyong taon sa 190°C ). Sa madaling salita, ang 5D na pag-iimbak ng data ay magiging perpekto para sa paggamit ng archival sa mga museo at aklatan.

Software-Defined Storage Infrastructure (SDS). Hindi lamang storage hardware ang nakakakita ng pagbabago, ngunit ang software na nagpapatakbo nito ay sumasailalim din sa kapana-panabik na pag-unlad. SDS ay kadalasang ginagamit sa malalaking kumpanya ng computer network o cloud storage services kung saan ang data ay naka-imbak sa gitna at naa-access sa pamamagitan ng indibidwal, konektadong mga device. Karaniwang kinukuha nito ang kabuuang dami ng kapasidad ng pag-iimbak ng data sa isang network at pinaghihiwalay ito sa iba't ibang serbisyo at device na tumatakbo sa network. Ang mas mahusay na mga sistema ng SDS ay ini-code sa lahat ng oras upang mas mahusay na gumamit ng umiiral na (sa halip na bago) na storage hardware.

Kailangan pa ba natin ng imbakan sa hinaharap?

Okay, kaya ang storage tech ay mapapabuti nang husto sa susunod na ilang dekada. Ngunit ang bagay na dapat nating isaalang-alang ay, ano ang pagkakaiba nito?

Hindi kailanman uubusin ng karaniwang tao ang terabyte ng storage space na available na ngayon sa mga pinakabagong modelo ng desktop computer. At sa isa pang dalawa hanggang apat na taon, ang iyong susunod na smartphone ay magkakaroon ng sapat na espasyo sa imbakan upang magtipon ng isang taon na halaga ng mga larawan at video nang hindi kinakailangang linisin ang iyong device. Oo naman, mayroong isang minorya ng mga tao doon na gustong magtipon ng napakaraming data sa kanilang mga computer, ngunit para sa iba pa sa amin, mayroong ilang mga trend na nagpapababa sa aming pangangailangan para sa labis, pribadong pag-aari na espasyo sa storage ng disk.

Mga serbisyo sa streaming. Noong unang panahon, ang aming mga koleksyon ng musika ay may kasamang pagkolekta ng mga rekord, pagkatapos ay mga cassette, pagkatapos ay mga CD. Noong dekada 90, ang mga kanta ay naging digitalized sa mga MP3 upang itago ng libu-libo (una sa pamamagitan ng torrents, pagkatapos ay parami nang parami sa pamamagitan ng mga digital na tindahan tulad ng iTunes). Ngayon, sa halip na mag-imbak at mag-ayos ng koleksyon ng musika sa iyong computer sa bahay o telepono, maaari kaming mag-stream ng walang katapusang bilang ng mga kanta at makinig sa mga ito kahit saan sa pamamagitan ng mga serbisyo tulad ng Spotify at Apple Music.

Ang pag-unlad na ito ay unang binawasan ang pisikal na espasyo ng musika na kinuha sa bahay, pagkatapos ay ang digital na espasyo sa iyong computer. Ngayon ang lahat ng ito ay maaaring palitan ng isang panlabas na serbisyo na nagbibigay sa iyo ng mura at maginhawa, kahit saan/anumang oras ng access sa lahat ng musikang gusto mo. Siyempre, karamihan sa inyo na nagbabasa nito ay malamang na mayroon pa ring ilang mga CD na nakalatag, karamihan ay magkakaroon pa rin ng solidong koleksyon ng mga MP3 sa kanilang computer, ngunit ang susunod na henerasyon ng mga gumagamit ng computer ay hindi mag-aaksaya ng kanilang oras upang punan ang kanilang mga computer ng musika na kaya nila. malayang ma-access online.

Malinaw, kopyahin ang lahat ng sinabi ko tungkol sa musika at ilapat ito sa pelikula at telebisyon (hello, Netflix!) at patuloy na lumalaki ang mga personal na matitipid sa storage.

social media. Sa musika, pelikula, at mga palabas sa TV na bumabara nang paunti sa ating mga personal na computer, ang susunod na pinakamalaking anyo ng digital na nilalaman ay mga personal na larawan at video. Muli, pisikal kaming gumagawa ng mga larawan at video, sa huli ay upang mangolekta ng alikabok sa aming attics. Pagkatapos ang aming mga larawan at video ay naging digital, upang muling mangolekta ng alikabok sa ibabang bahagi ng aming mga computer. At iyon ang isyu: Bihira kaming tumingin sa karamihan ng mga larawan at video na kinukunan namin.

Ngunit pagkatapos mangyari ang social media, ang mga site tulad ng Flickr at Facebook ay nagbigay sa amin ng kakayahang magbahagi ng walang katapusang bilang ng mga larawan sa isang network ng mga taong pinapahalagahan namin, habang iniimbak din ang mga larawang iyon (nang libre) sa isang self-organizing folder system o timeline. Bagama't ang panlipunang elementong ito, kasama ng mga miniature, high-end na camera ng telepono, ay lubos na nagpapataas ng bilang ng mga larawan at video na ginawa ng karaniwang tao, binawasan din nito ang aming ugali na mag-imbak ng mga larawan sa aming mga pribadong computer, na naghihikayat sa aming iimbak ang mga ito online, nang pribado. o sa publiko.

Cloud at mga serbisyo sa pakikipagtulungan. Dahil sa huling dalawang punto, tanging ang hamak na dokumento ng teksto (at ilang iba pang mga uri ng data ng niche) ang natitira. Ang mga doc na ito, kumpara sa multimedia na tinalakay natin, ay kadalasang napakaliit na ang pag-iimbak ng mga ito sa iyong computer ay hindi kailanman magiging problema.

Gayunpaman, sa aming lalong mobile na mundo, mayroong lumalaking pangangailangan upang ma-access ang mga doc on the go. At dito muli, ang parehong pag-unlad na tinalakay namin sa musika ay nangyayari dito-kung saan una kaming nag-transport ng mga doc gamit ang mga floppy disk, CD, at USB, ngayon ay gumagamit kami ng mas maginhawa at nakatuon sa consumer. ulap imbakan mga serbisyo, tulad ng Google Drive at Dropbox, na nag-iimbak ng aming mga doc sa isang external na data center para ma-access namin nang secure online. Nagbibigay-daan sa amin ang mga serbisyong tulad nito na i-access at ibahagi ang aming mga dokumento saanman, anumang oras, sa anumang device o operating system.

Upang maging patas, ang paggamit ng mga serbisyo ng streaming, social media, at mga serbisyo sa cloud ay hindi nangangahulugang ililipat namin ang lahat sa cloud—ilang bagay na mas gusto naming panatilihing sobrang pribado at secure—ngunit ang mga serbisyong ito ay huminto, at patuloy na puputulin, ang kabuuang halaga ng espasyo sa pag-iimbak ng pisikal na data na kailangan nating pagmamay-ari taon-taon.

Bakit higit na mahalaga ang storage

Bagama't ang karaniwang indibidwal ay maaaring makakita ng mas kaunting pangangailangan para sa higit pang digital na storage, may malalaking puwersang naglalaro na nagtutulak sa Kryder's Law na sumulong.

Una, dahil sa halos taunang listahan ng mga paglabag sa seguridad sa iba't ibang kumpanya ng tech at financial services—bawat isa ay nanganganib sa digital na impormasyon ng milyun-milyong indibidwal—ang mga alalahanin sa privacy ng data ay nararapat na lumalaki sa publiko. Depende sa mga indibidwal na pangangailangan, maaari itong humimok ng pampublikong demand para sa mas malaki at mas murang mga opsyon sa pag-iimbak ng data para sa personal na paggamit upang maiwasan ang pagdepende sa cloud. Ang mga hinaharap na indibidwal ay maaaring mag-set up ng mga pribadong data storage server sa loob ng kanilang mga tahanan upang kumonekta sa panlabas sa halip na depende sa mga server na pag-aari ng malalaking kumpanya ng teknolohiya.

Ang isa pang pagsasaalang-alang ay ang mga limitasyon sa pag-iimbak ng data ay kasalukuyang humaharang sa pag-unlad sa ilang mga sektor mula sa biotech hanggang sa artificial intelligence. Ang mga sektor na umaasa sa akumulasyon at pagpoproseso ng malaking data ay kailangang mag-imbak ng mas malaking halaga ng data upang magpabago ng mga bagong produkto at serbisyo.

Susunod, sa huling bahagi ng 2020s, ang Internet of Things (IoT), mga autonomous na sasakyan, robot, augmented reality, at iba pang mga susunod na henerasyong 'edge technologies' ay mag-uudyok ng pamumuhunan sa storage tech. Ito ay dahil para gumana ang mga teknolohiyang ito, kakailanganin nilang magkaroon ng computing power at storage capacity upang maunawaan ang kanilang kapaligiran at maka-react sa real time nang walang patuloy na pag-asa sa cloud. Tuklasin namin ang konseptong ito nang higit pa sa kabanata lima ng seryeng ito.

Panghuli, ang mga Internet ng mga bagay (ipinaliwanag nang buo sa aming Kinabukasan ng Internet series) ay magreresulta sa bilyun-bilyon hanggang trilyong sensor na sumusubaybay sa paggalaw o katayuan ng bilyun-bilyon hanggang trilyong bagay. Ang napakalaking dami ng data na gagawin ng hindi mabilang na mga sensor na ito ay mangangailangan ng epektibong kapasidad sa pag-iimbak bago ito mabisang maproseso ng mga supercomputer na sasakupin namin malapit sa pagtatapos ng seryeng ito.

Lahat-sa-lahat, habang ang karaniwang tao ay lalong magbabawas ng kanilang pangangailangan para sa personal na pagmamay-ari, digital storage hardware, lahat ng tao sa planeta ay makikinabang pa rin nang hindi direkta mula sa walang katapusang kapasidad ng imbakan na iaalok ng mga digital storage na teknolohiya sa hinaharap. Siyempre, tulad ng ipinahiwatig sa naunang, ang kinabukasan ng imbakan ay nasa cloud, ngunit bago natin maisip ang paksang iyon, kailangan muna nating maunawaan ang mga komplimentaryong rebolusyon na nangyayari sa pagpoproseso (microchip) na bahagi ng negosyo ng computer—ang paksa ng susunod na kabanata.