Kuantumrun

GÖRÜNTÜ KREDİSİ: Kuantumrun

Dijital depolama devrimi: Bilgisayarların Geleceği P3

David Tal, Yayıncı, Fütürist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Salı, 09/15/2020 - 15:43

Bunu okuyan çoğunuz muhtemelen mütevazi disketi hatırlıyorsunuzdur ve 1.44 MB'lık sağlam disk alanıdır. Bazılarınız, bir okul projesi sırasında, korkunç 8 MB'lık alana sahip ilk USB flash sürücüyü çıkardığında, muhtemelen o arkadaşınızı kıskandınız. Günümüzde, sihir gitti ve bıktık. Bir terabayt bellek, 2018 masaüstü bilgisayarların çoğunda standart olarak gelir ve Kingston artık bir terabaytlık USB sürücü bile satmaktadır.

Bir okul raporu, seyahat fotoğrafı, grubunuzun mixtape'i veya Whistler'da kayak yaparken bir GoPro videosu olsun, her zamankinden daha fazla dijital içerik tüketip oluşturduğumuz için depolama konusundaki takıntımız yıldan yıla büyüyor. Ortaya çıkan Nesnelerin İnterneti gibi diğer eğilimler, yalnızca dünyanın ürettiği veri dağını hızlandıracak ve dijital depolama talebine daha fazla roket yakıtı ekleyecektir.

Bu nedenle, veri depolamayı doğru bir şekilde tartışmak için, yakın zamanda bu bölümü ikiye bölerek düzenlemeye karar verdik. Bu yarı, veri depolamadaki teknolojik yenilikleri ve bunun ortalama dijital tüketiciler üzerindeki etkisini kapsayacaktır. Bu arada, bir sonraki bölüm bulutta yaklaşan devrimi ele alacak.

İşlem hattındaki veri depolama yenilikleri

(TL;DR - Aşağıdaki bölüm, her zamankinden daha büyük miktarda verinin daha küçük ve daha verimli depolama sürücülerine depolanmasını sağlayacak yeni teknolojinin ana hatlarını vermektedir. Teknolojiyi umursamıyorsanız, bunun yerine daha geniş kapsamlı bilgi almak istiyorsanız, veri depolamayla ilgili eğilimler ve etkiler, ardından bir sonraki alt başlığa geçmenizi öneririz.)

Birçoğunuz Moore Yasasını duymuşsunuzdur (yoğun bir tümleşik devredeki transistörlerin sayısının kabaca her iki yılda bir ikiye katlandığı gözlemi), ancak bilgisayar işinin depolama tarafında, Kryder Yasası var - temel olarak, sıkıştırma yeteneğimiz. küçülen sabit disklere her zamankinden daha fazla bit de her 18 ayda bir kabaca ikiye katlanıyor. Bu, 1,500 yıl önce 5MB için 35$ harcayan kişinin şimdi 600TB disk için 6$ harcayabileceği anlamına geliyor.

Bu dudak uçuklatan bir ilerleme ve yakın zamanda durmayacak.

Aşağıdaki liste, dijital depolama üreticilerinin depolamaya aç toplumumuzu tatmin etmek için kullanacakları yakın ve uzun vadeli yeniliklere kısa bir bakış niteliğindedir.

Daha iyi sabit disk sürücüleri. 2020'lerin başına kadar üreticiler, biz artık daha yoğun sabit diskler üretemeyecek duruma gelene kadar, daha fazla bellek kapasitesi sağlayarak geleneksel sabit disk sürücüleri (HDD) oluşturmaya devam edecekler. HDD teknolojisinin bu son on yılına öncülük etmek için icat edilen teknikler şunları içerir: Shingled Manyetik Kayıt (SMR), ardından İki Boyutlu Manyetik Kayıt (TDMR) ve potansiyel olarak Isı Destekli Manyetik Kayıt (HAMR).

Katı hal sabit diskleri. Yukarıda belirtilen geleneksel sabit disk sürücüsünün yerine katı hal sabit sürücü (SATA SSD) gelir. HDD'lerin aksine, SSD'lerin dönen diskleri yoktur - aslında hiçbir hareketli parçaları yoktur. Bu, SSD'lerin öncekilerden çok daha hızlı, daha küçük boyutlarda ve daha fazla dayanıklılıkla çalışmasına olanak tanır. SSD'ler bugünün dizüstü bilgisayarlarında zaten bir standarttır ve çoğu yeni masaüstü modelinde yavaş yavaş standart donanım haline gelmektedir. Ve başlangıçta HDD'lerden çok daha pahalı olsa da, fiyat HDD'lerden daha hızlı düşüyor, bu da satışlarının 2020'lerin ortalarında doğrudan HDD'leri geçebileceği anlamına geliyor.

Üreticilerin SATA SSD'lerden SATA sürücülerinin en az altı katı bant genişliğine sahip PCIe SSD'lere geçiş yapmaları ve büyümeleriyle birlikte, yeni nesil SSD'ler de yavaş yavaş tanıtılıyor.

Flash bellek 3D oluyor. Ancak amaç hız ise, hiçbir şey her şeyi bellekte saklamaktan daha iyi olamaz.

HDD'ler ve SSD'ler, uzun süreli belleğinizle karşılaştırılabilirken, flash daha çok kısa süreli belleğinize benzer. Ve tıpkı beyniniz gibi, bir bilgisayarın da çalışması için geleneksel olarak her iki depolama türüne de ihtiyacı vardır. Genellikle rastgele erişimli bellek (RAM) olarak adlandırılan geleneksel kişisel bilgisayarlar, her biri 4 ila 8 GB arasında iki RAM çubuğuyla birlikte gelir. Bu arada, Samsung gibi en çok kazananlar, artık her biri 2.5 GB kapasiteli 128D bellek kartları satıyor; bu, hardcore oyuncular için harika, ancak yeni nesil süper bilgisayarlar için daha pratik.

Bu bellek kartlarıyla ilgili zorluk, sabit disklerin karşılaştığı aynı fiziksel kısıtlamalarla karşılaşmalarıdır. Daha da kötüsü, daha küçük transistörler RAM'in içinde olur, zamanla daha kötü performans gösterirler - transistörlerin silinmesi ve doğru bir şekilde yazılması zorlaşır ve sonunda, yeni RAM çubukları ile değiştirilmelerini zorlayan bir performans duvarına çarparlar. Bunun ışığında, şirketler yeni nesil hafıza kartlarını oluşturmaya başlıyor:

3D NAND. Intel, Samsung, Micron, Hynix ve Taiwan Semiconductor gibi şirketler geniş çapta benimsenmesi için baskı yapıyor. 3D NAND, transistörleri bir çipin içinde üç boyuta istifleyen.
Dirençli Rastgele Erişim Belleği (RRAM). Bu teknoloji, bellek bitlerini (0s ve 1s) depolamak için elektrik yükü yerine direnç kullanır.
3D çipler. Bu, bir sonraki seri bölümünde daha ayrıntılı olarak tartışılacaktır, ancak kısaca, 3D çipler bilgi işlem ve veri depolamayı dikey olarak yığılmış katmanlarda birleştirmeyi, böylece işlem hızlarını iyileştirmeyi ve enerji tüketimini azaltmayı hedefliyor.
Faz Değişim Belleği (PCM). PCM'lerin arkasındaki teknoloji temel olarak kalkojenit camı ısıtır ve soğutur, her biri ikili 0 ve 1'i temsil eden benzersiz elektrik dirençlerine sahip kristalize ve kristalize olmayan durumlar arasında kaydırır. güç kapalıyken bile verileri tutabilir (geleneksel RAM'in aksine).
Spin-Transfer Tork Rastgele Erişim Belleği (STT-RAM). kapasitesini birleştiren güçlü bir Frankenstein DRAM hızı ile SRAM, geliştirilmiş uçucu olmayan ve neredeyse sınırsız dayanıklılık ile birlikte.
3D XPoint. Bu teknoloji ile bilgi depolamak için transistörlere güvenmek yerine, 3D Xpoint birbiri üzerine yığılmış bir "selektör" tarafından koordine edilen mikroskobik bir tel ağı kullanır. Mükemmelleştirildiğinde, 3D Xpoint kalıcı olduğundan, NAND flash'tan binlerce kat daha hızlı ve DRAM'den 10 kat daha yoğun çalışacağından, bu endüstride devrim yaratabilir.

Başka bir deyişle, "HDD'ler ve SSD'ler uzun süreli belleğinizle karşılaştırılabilir, oysa flash daha çok kısa süreli belleğinize benzer" dediğimizi hatırlıyor musunuz? Eh, 3D Xpoint her ikisini de halledecek ve bunu her ikisinden de ayrı ayrı yapmaktan daha iyi yapacak.

Hangi seçeneğin galip geldiğine bakılmaksızın, tüm bu yeni flash bellek biçimleri daha fazla bellek kapasitesi, hız, dayanıklılık ve güç verimliliği sunacaktır.

Uzun vadeli depolama yenilikleri. Bu arada, hızın büyük miktarda verinin korunmasından daha az önemli olduğu kullanım durumları için şu anda yeni ve teorik teknolojiler geliştirilmektedir:

teyp sürücüleri. 60 yılı aşkın bir süre önce icat edilen bizler, başlangıçta vergi ve sağlık belgelerini arşivlemek için teyp sürücüleri kullandık. Bugün, bu teknoloji, teorik zirvesine yakın bir yerde mükemmelleştiriliyor. IBM rekor kırdı 330 terabayt sıkıştırılmamış veriyi (~330 milyon kitap) elinizin boyutundaki bir teyp kartuşuna arşivleyerek.
DNA saklama. Washington Üniversitesi ve Microsoft Research'ten araştırmacılar bir sistem geliştirdi DNA moleküllerini kullanarak dijital verileri kodlamak, depolamak ve almak. Bir kez mükemmelleştirildiğinde, bu sistem bir gün bilgileri mevcut veri depolama teknolojilerinden milyonlarca kat daha kompakt bir şekilde arşivleyebilir.
Kilobayt yeniden yazılabilir atomik bellek. Düz bir bakır levha üzerinde tek tek klor atomlarını manipüle ederek, bilim adamları yazdı İnç kare başına 1 terabitte 500 kilobaytlık bir mesaj—piyasadaki en verimli sabit diskten yaklaşık olarak 100 kat daha fazla bilgi.
5D veri depolama. Southampton Üniversitesi'nin öncülük ettiği bu özel depolama sistemi, 360 TB/disk veri kapasitesi, 1,000°C'ye kadar termal kararlılık ve oda sıcaklığında neredeyse sınırsız bir ömre (13.8°C'de 190 milyar yıl) sahiptir. Başka bir deyişle, 5D veri depolama, müzelerde ve kütüphanelerde arşiv kullanımları için ideal olacaktır.

Yazılım Tanımlı Depolama Altyapısı (SDS). Yeniliği gören yalnızca depolama donanımı değil, aynı zamanda onu çalıştıran yazılım da heyecan verici bir gelişme sürecinden geçiyor. GBF(SDS) çoğunlukla, verilerin merkezi olarak depolandığı ve bireysel, bağlı cihazlar aracılığıyla erişildiği büyük şirket bilgisayar ağlarında veya bulut depolama hizmetlerinde kullanılır. Temel olarak bir ağdaki toplam veri depolama kapasitesi miktarını alır ve bunu ağ üzerinde çalışan çeşitli hizmetler ve cihazlar arasında ayırır. Mevcut (yeni yerine) depolama donanımını daha verimli kullanmak için her zaman daha iyi SDS sistemleri kodlanmaktadır.

Gelecekte depolamaya ihtiyacımız olacak mı?

Tamam, yani depolama teknolojisi önümüzdeki birkaç on yılda çok fazla gelişecek. Ama düşünmemiz gereken şey şu ki, bu ne fark eder ki?

Ortalama bir kişi, artık en yeni masaüstü bilgisayar modellerinde bulunan terabaytlık depolama alanını asla kullanmaz. Ve iki ila dört yıl içinde, bir sonraki akıllı telefonunuz, cihazınızı bahar temizliğine gerek kalmadan bir yıllık fotoğraf ve videoları toplamak için yeterli depolama alanına sahip olacak. Tabii ki, bilgisayarlarında büyük miktarda veri biriktirmeyi seven bir azınlık var, ancak geri kalanımız için, aşırı, özel mülkiyete ait disk depolama alanına olan ihtiyacımızı azaltan bir dizi eğilim var.

Akış hizmetleri. Bir zamanlar müzik koleksiyonlarımız plak, sonra kaset ve sonra CD'leri toplamayı içeriyordu. 90'larda şarkılar, binlerce kişi tarafından (önce torrentler aracılığıyla, ardından giderek daha çok iTunes gibi dijital mağazalar aracılığıyla) istiflenmek üzere MP3'lere dijitalleştirildi. Artık, ev bilgisayarınızda veya telefonunuzda bir müzik koleksiyonu depolamak ve düzenlemek zorunda kalmak yerine, Spotify ve Apple Music gibi hizmetler aracılığıyla sonsuz sayıda şarkıyı aktarabilir ve her yerde dinleyebiliriz.

Bu ilerleme, önce müziğin evde kapladığı fiziksel alanı, ardından bilgisayarınızdaki dijital alanı azalttı. Artık bunların tümü, istediğiniz tüm müziğe her yerde/her zaman ucuz ve kullanışlı erişim sağlayan harici bir hizmetle değiştirilebilir. Tabii ki, bunu okuyan çoğunuzun muhtemelen hala ortalıkta birkaç CD'si var, çoğunuzun bilgisayarında sağlam bir MP3 koleksiyonu olacak, ancak yeni nesil bilgisayar kullanıcıları bilgisayarlarını yapabilecekleri müzikle doldurarak zamanlarını boşa harcamayacaklar. çevrimiçi özgürce erişin.

Açıkçası, müzik hakkında az önce söylediğim her şeyi kopyalayın ve filme ve televizyona uygulayın (merhaba, Netflix!) ve kişisel depolama tasarrufları artmaya devam ediyor.

sosyal medya. Müzik, film ve TV şovları kişisel bilgisayarlarımızı gitgide daha az tıkarken, bir sonraki en büyük dijital içerik biçimi kişisel resimler ve videolar. Yine fiziki olarak resim ve video üretiyorduk, sonuçta tavan arasında toz biriktiriyorduk. Daha sonra resimlerimiz ve videolarımız dijital hale geldi, ancak bilgisayarlarımızın alt erişimlerinde tekrar toz toplamak için. Sorun da bu: Çektiğimiz fotoğraf ve videoların çoğuna nadiren bakıyoruz.

Ancak sosyal medya ortaya çıktıktan sonra, Flickr ve Facebook gibi siteler bize, önemsediğimiz bir insan ağıyla sonsuz sayıda resim paylaşma ve bu resimleri (ücretsiz olarak) kendi kendini organize eden bir klasör sisteminde veya zaman çizelgesinde saklama yeteneği verdi. Bu sosyal unsur, minyatür, son teknoloji telefon kameralarıyla birleştiğinde, ortalama bir insan tarafından üretilen resim ve video sayısını büyük ölçüde artırırken, aynı zamanda fotoğrafları özel bilgisayarlarımızda saklama alışkanlığımızı da azaltarak, onları çevrimiçi, özel olarak saklamaya teşvik etti. veya halka açık olarak.

Bulut ve işbirliği hizmetleri. Son iki nokta göz önüne alındığında, yalnızca mütevazı metin belgesi (ve birkaç diğer niş veri türü) kalır. Bu belgeler, az önce tartıştığımız multimedya ile karşılaştırıldığında, genellikle o kadar küçüktür ki, bunları bilgisayarınızda depolamak hiçbir zaman sorun olmaz.

Ancak giderek mobil hale gelen dünyamızda, hareket halindeyken dokümanlara erişmeye yönelik artan bir talep var. Ve yine burada, müzikle tartıştığımız aynı ilerleme burada gerçekleşiyor - ilk önce belgeleri disketler, CD'ler ve USB'ler kullanarak taşıdık, şimdi daha kullanışlı ve tüketici odaklı kullanıyoruz bulut depolama Google Drive ve Dropbox gibi, çevrimiçi olarak güvenli bir şekilde erişmemiz için belgelerimizi harici bir veri merkezinde saklayan hizmetler. Bunun gibi hizmetler, belgelerimize herhangi bir yerden, herhangi bir zamanda, herhangi bir cihazdan veya işletim sisteminden erişmemize ve bunları paylaşmamıza olanak tanır.

Adil olmak gerekirse, akış hizmetlerini, sosyal medyayı ve bulut hizmetlerini kullanmak, her şeyi buluta taşıyacağımız anlamına gelmiyor - bazı şeyleri aşırı derecede gizli ve güvenli tutmayı tercih ediyoruz - ancak bu hizmetler azaldı ve kesmeye devam edecek. yıldan yıla sahip olmamız gereken toplam fiziksel veri depolama alanı miktarı.

Neden katlanarak daha fazla depolama önemlidir?

Ortalama bir birey daha fazla dijital depolamaya daha az ihtiyaç duysa da, Kryder Yasasını ileriye taşıyan büyük güçler var.

Öncelikle, her biri milyonlarca bireyin dijital bilgilerini tehlikeye atan bir dizi teknoloji ve finansal hizmet şirketindeki neredeyse yıllık güvenlik ihlalleri listesi nedeniyle, veri gizliliği konusundaki endişeler haklı olarak halk arasında artıyor. Bireysel ihtiyaçlara bağlı olarak, bu, buluta bağlı kalmaktan kaçınmak için kişisel kullanım için daha büyük ve daha ucuz veri depolama seçeneklerine yönelik kamu talebini artırabilir. Geleceğin bireyleri, büyük teknoloji şirketlerinin sahip olduğu sunuculara bağlı olmak yerine, harici olarak bağlanmak için evlerinin içinde özel veri depolama sunucuları bile kurabilirler.

Bir diğer husus, veri depolama sınırlamalarının şu anda biyoteknolojiden yapay zekaya kadar birçok sektörde ilerlemeyi engellediğidir. Büyük verinin toplanmasına ve işlenmesine bağlı olan sektörler, yeni ürün ve hizmetler geliştirmek için her zamankinden daha büyük miktarda veri depolamak zorunda.

Ardından, 2020'lerin sonunda, Nesnelerin İnterneti (IoT), otonom araçlar, robotlar, artırılmış gerçeklik ve benzeri yeni nesil "uç teknolojiler", depolama teknolojisine yatırımı teşvik edecek. Bunun nedeni, bu teknolojilerin çalışması için, çevrelerini anlamak ve buluta sürekli bir bağımlılık olmaksızın gerçek zamanlı olarak tepki vermek için bilgi işlem gücüne ve depolama kapasitesine sahip olmaları gerekmesidir. Bu kavramı daha ayrıntılı olarak keşfediyoruz. beşinci Bölüm bu serinin.

Son olarak, Şeylerin İnternet (tamamen açıklanmaktadır İnternetin Geleceği serisi), milyarlarca ila trilyonlarca şeyin hareketini veya durumunu izleyen milyarlarca ila trilyonlarca sensörle sonuçlanacaktır. Bu sayısız sensörün üreteceği muazzam miktarda veri, bu serinin sonlarına doğru ele alacağımız süper bilgisayarlar tarafından etkin bir şekilde işlenmeden önce etkin depolama kapasitesi gerektirecektir.

Sonuç olarak, ortalama bir insan kişisel olarak sahip olduğu dijital depolama donanımına olan ihtiyacını giderek azaltacak olsa da, gezegendeki herkes geleceğin dijital depolama teknolojilerinin sunacağı sonsuz depolama kapasitesinden dolaylı olarak faydalanmaya devam edecek. Elbette, daha önce de ima edildiği gibi, depolamanın geleceği bulutta yatıyor, ancak bu konuya derinlemesine dalmadan önce, bilgisayar işinin işleme (mikroçip) tarafında meydana gelen tamamlayıcı devrimleri anlamamız gerekiyor. sonraki bölümün konusu.