لعدة عقود، تم قياس التقدم في تكنولوجيا التخزين في المقام الأول من حيث سعة التخزين وسرعة قراءة / كتابة البيانات. وبمرور الوقت، تم استكمال معايير التقييم هذه بتقنيات ومنهجيات تجعل محركات الأقراص الثابتة HDD وSSD أكثر ذكاءً وأكثر مرونة وأسهل في الإدارة. في كل عام، يلمح مصنعو محركات الأقراص تقليديًا إلى أن سوق البيانات الضخمة سيتغير، وعام 2020 ليس استثناءً. يبحث قادة تكنولوجيا المعلومات بشكل متزايد عن طرق فعالة لتخزين وإدارة كميات هائلة من البيانات، ويتعهدون مرة أخرى بتغيير مسار أنظمة التخزين. في هذه المقالة، قمنا بجمع التقنيات الأكثر تقدمًا لتخزين المعلومات، وسنتحدث أيضًا عن مفاهيم أجهزة التخزين المستقبلية التي لم يتم تطبيقها فعليًا بعد.
شبكات التخزين المعرفة بالبرمجيات
عندما يتعلق الأمر بالأتمتة والمرونة وزيادة سعة التخزين إلى جانب زيادة كفاءة الموظفين، يفكر المزيد والمزيد من المؤسسات في التحول إلى ما يسمى بشبكات التخزين المحددة بالبرمجيات أو SDS (التخزين المحدد بالبرمجيات).
السمة الرئيسية لتقنية SDS هي فصل الأجهزة عن البرامج: أي أنها تعني . بالإضافة إلى ذلك، على عكس أنظمة التخزين المتصلة بالشبكة التقليدية (NAS) أو أنظمة شبكة منطقة التخزين (SAN)، تم تصميم SDS للعمل على أي نظام x86 قياسي. في كثير من الأحيان، يكون الهدف من نشر SDS هو تحسين نفقات التشغيل (OpEx) مع الحاجة إلى جهد إداري أقل.
ستزداد سعة محركات الأقراص الثابتة إلى 32 تيرابايت
أجهزة التخزين المغناطيسية التقليدية لم تمت على الإطلاق، ولكنها تشهد فقط نهضة تكنولوجية. يمكن لمحركات الأقراص الصلبة الحديثة أن توفر للمستخدمين ما يصل إلى 16 تيرابايت من مساحة تخزين البيانات. وعلى مدى السنوات الخمس المقبلة، ستتضاعف هذه القدرة. وفي الوقت نفسه، ستظل محركات الأقراص الثابتة هي أكثر وسائل تخزين الوصول العشوائي بأسعار معقولة وستحتفظ بأولويتها في السعر لكل جيجابايت من مساحة القرص لسنوات عديدة قادمة.
ستعتمد زيادة السعة على التقنيات المعروفة بالفعل:
- محركات الهيليوم (يقلل الهيليوم من السحب الديناميكي الهوائي والاضطراب، مما يسمح بتثبيت المزيد من الألواح المغناطيسية في المحرك؛ ولا يزيد توليد الحرارة واستهلاك الطاقة)؛
- محركات الأقراص الحرارية المغناطيسية (أو HAMR HDD، التي من المتوقع ظهورها في عام 2021 وهي مبنية على مبدأ تسجيل بيانات الموجات الدقيقة، عندما يتم تسخين جزء من القرص بالليزر وإعادة مغنطته)؛
- محرك الأقراص الثابتة (HDD) المعتمد على التسجيل المتجانب (أو محركات الأقراص SMR، حيث يتم وضع مسارات البيانات فوق بعضها البعض، في تنسيق متجانب؛ وهذا يضمن كثافة عالية لتسجيل المعلومات).
محركات أقراص الهيليوم مطلوبة بشكل خاص في مراكز البيانات السحابية، وتعد محركات الأقراص الصلبة SMR مثالية لتخزين الأرشيفات الكبيرة ومكتبات البيانات، والوصول إلى البيانات التي لا تكون مطلوبة في كثير من الأحيان وتحديثها. كما أنها مثالية لإنشاء نسخ احتياطية.
ستصبح محركات أقراص NVMe أسرع
تم توصيل محركات أقراص SSD الأولى باللوحات الأم عبر واجهة SATA أو SAS، ولكن تم تطوير هذه الواجهات منذ أكثر من 10 سنوات لمحركات الأقراص الصلبة المغناطيسية. يعد بروتوكول NVMe الحديث بروتوكول اتصال أقوى بكثير مصمم للأنظمة التي توفر سرعة معالجة عالية للبيانات. ونتيجة لذلك، في مطلع 2019-2020، نشهد انخفاضًا خطيرًا في أسعار محركات أقراص NVMe SSD، والتي أصبحت متاحة لأي فئة من المستخدمين. في قطاع الشركات، تحظى حلول NVMe بتقدير خاص من قبل تلك المؤسسات التي تحتاج إلى تحليل البيانات الضخمة في الوقت الفعلي.
لقد أظهرت شركات مثل Kingston وSamsung بالفعل ما يمكن أن يتوقعه مستخدمو المؤسسات في عام 2020: نحن جميعًا ننتظر محركات أقراص NVMe SSD التي تدعم PCIe 4.0 لإضافة المزيد من سرعة معالجة البيانات إلى مركز البيانات. الأداء المعلن للمنتجات الجديدة هو 4,8 جيجابايت/ثانية، وهذا بعيد عن الحد الأقصى. الأجيال القادمة سوف تكون قادرة على توفير إنتاجية قدرها 7 جيجابايت / ثانية.
جنبًا إلى جنب مع مواصفات NVMe-oF (أو NVMe over Fabrics)، ستتمكن المؤسسات من إنشاء شبكات تخزين عالية الأداء مع الحد الأدنى من الكمون الذي سيتنافس بقوة مع مراكز بيانات DAS (أو التخزين المتصل المباشر). وفي الوقت نفسه، باستخدام NVMe-oF، تتم معالجة عمليات الإدخال/الإخراج بشكل أكثر كفاءة، في حين أن زمن الوصول مشابه لأنظمة DAS. ويتوقع المحللون أن نشر الأنظمة التي تعمل على بروتوكول NVMe-oF سوف يتسارع بسرعة في عام 2020.
هل ستعمل ذاكرة QLC أخيرًا؟
ستشهد ذاكرة فلاش NAND رباعية المستوى (QLC) أيضًا شعبية متزايدة في السوق. تم تقديم QLC في عام 2019، وبالتالي لم يتم اعتماده إلا في السوق. سوف يتغير هذا في عام 2020، خاصة بين الشركات التي اعتمدت تقنية LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) للتغلب على التحديات الكامنة في QLC.
وفقًا لتوقعات المحللين، سيزداد نمو مبيعات محركات أقراص SSD المستندة إلى خلايا QLC بنسبة 10٪، في حين أن حلول TLC "ستستحوذ" على 85٪ من السوق. بغض النظر عما قد يقوله المرء، فإن QLC SSD لا يزال متخلفًا كثيرًا في الأداء مقارنةً بـ TLC SSD ولن يصبح الأساس لمراكز البيانات في السنوات الخمس المقبلة.
في الوقت نفسه، من المتوقع أن ترتفع تكلفة ذاكرة فلاش NAND في عام 2020، لذلك يراهن بائع وحدات تحكم SSD Phison، على سبيل المثال، على أن ارتفاع الأسعار سيدفع في النهاية سوق SSD الاستهلاكي نحو ذاكرة فلاش 4 بت -QLC NAND. بالمناسبة، تخطط إنتل لإطلاق حلول QLC ذات 144 طبقة (بدلاً من المنتجات ذات 96 طبقة). حسنًا... يبدو أننا نتجه نحو مزيد من التهميش لمحركات الأقراص الصلبة.
ذاكرة SCM: سرعة قريبة من DRAM
لقد تم التنبؤ بالاعتماد الواسع النطاق لذاكرة فئة التخزين (SCM) منذ عدة سنوات، ويمكن أن يكون عام 2020 نقطة البداية لتحقيق هذه التوقعات أخيرًا. على الرغم من أن وحدات الذاكرة Intel Optane وToshiba XL-Flash وSamsung Z-SSD قد دخلت بالفعل سوق المؤسسات، إلا أن مظهرها لم يسبب رد فعل ساحقًا.
يجمع جهاز Intel بين خصائص ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) السريعة ولكن غير المستقرة مع تخزين NAND الأبطأ ولكن المستمر. ويهدف هذا المزيج إلى تحسين قدرة المستخدمين على العمل مع مجموعات كبيرة من البيانات، مما يوفر سرعة DRAM وسعة NAND. ذاكرة SCM ليست فقط أسرع من البدائل المستندة إلى NAND: إنها أسرع بعشر مرات. زمن الوصول هو ميكروثانية، وليس ميلي ثانية.
يشير خبراء السوق إلى أن مراكز البيانات التي تخطط لاستخدام SCM ستكون محدودة بحقيقة أن هذه التقنية ستعمل فقط على الخوادم التي تستخدم معالجات Intel Cascade Lake. ومع ذلك، في رأيهم، لن يكون هذا حجر عثرة أمام وقف موجة التحديثات لمراكز البيانات الحالية من أجل توفير سرعات معالجة عالية.
من الواقع المنظور إلى المستقبل البعيد
بالنسبة لمعظم المستخدمين، لا يتضمن تخزين البيانات إحساسًا بـ "هرمجدون السعوية". لكن فكر في الأمر: إن 3,7 مليار شخص يستخدمون الإنترنت حاليًا يولدون حوالي 2,5 كوينتيليون بايت من البيانات يوميًا. ولتلبية هذه الحاجة، هناك حاجة إلى المزيد والمزيد من مراكز البيانات.
وفقًا للإحصاءات، بحلول عام 2025، سيكون العالم جاهزًا لمعالجة 160 زيتابايت من البيانات سنويًا (وهذا عدد بايتات أكثر من عدد النجوم الموجودة في الكون المرئي). من المحتمل أنه سيتعين علينا في المستقبل تغطية كل متر مربع من كوكب الأرض بمراكز البيانات، وإلا فلن تتمكن الشركات ببساطة من التكيف مع مثل هذا النمو المرتفع في المعلومات. أو... سيتعين عليك التخلي عن بعض البيانات. ومع ذلك، هناك العديد من التقنيات المثيرة للاهتمام والتي يمكن أن تحل المشكلة المتزايدة المتمثلة في الحمل الزائد للمعلومات.
بنية الحمض النووي كأساس لتخزين البيانات في المستقبل
لا تبحث شركات تكنولوجيا المعلومات فقط عن طرق جديدة لتخزين المعلومات ومعالجتها، بل يبحث أيضًا العديد من العلماء. المهمة العالمية هي ضمان الحفاظ على المعلومات لآلاف السنين. يعتقد باحثون من ETH Zurich، سويسرا، أن الحل يجب أن يوجد في نظام تخزين البيانات العضوية الموجود في كل خلية حية: الحمض النووي. والأهم من ذلك أن هذا النظام "تم اختراعه" قبل وقت طويل من ظهور الكمبيوتر.
إن خيوط الحمض النووي معقدة للغاية ومضغوطة وكثيفة بشكل لا يصدق كحاملات معلومات: وفقًا للعلماء، يمكن تسجيل 455 إكسابايت من البيانات في جرام واحد من الحمض النووي، حيث يعادل 1 إي بايت مليار جيجا بايت. لقد مكنت التجارب الأولى بالفعل من تسجيل 83 كيلو بايت من المعلومات في الحمض النووي، وبعد ذلك أعرب روبرت جراس، مدرس في قسم الكيمياء والعلوم البيولوجية، عن فكرة أنه في العقد الجديد يحتاج المجال الطبي إلى الاتحاد بشكل أوثق مع هيكل تكنولوجيا المعلومات للتطورات المشتركة في مجال تقنيات التسجيل وتخزين البيانات.
ووفقا للعلماء، فإن أجهزة تخزين البيانات العضوية المعتمدة على سلاسل الحمض النووي يمكنها تخزين المعلومات لمدة تصل إلى مليون سنة وتوفيرها بدقة عند الطلب الأول. من المحتمل أنه في غضون بضعة عقود، ستكافح معظم محركات الأقراص للحصول على هذه الفرصة على وجه التحديد: القدرة على تخزين البيانات بشكل موثوق وواسع لفترة طويلة.
السويسريون ليسوا الوحيدين الذين يعملون على أنظمة التخزين المعتمدة على الحمض النووي. لقد أثير هذا السؤال منذ عام 1953، عندما اكتشف فرانسيس كريك الحلزون المزدوج للحمض النووي. لكن في تلك اللحظة، لم يكن لدى البشرية ببساطة المعرفة الكافية لمثل هذه التجارب. لقد ركز التفكير التقليدي في تخزين الحمض النووي على تخليق جزيئات الحمض النووي الجديدة؛ مطابقة تسلسل من البتات مع تسلسل من أربعة أزواج من قواعد الحمض النووي وإنشاء جزيئات كافية لتمثيل جميع الأرقام التي يجب تخزينها. وهكذا، في صيف عام 2019، تمكن مهندسو شركة CATALOG من تسجيل 16 جيجابايت من ويكيبيديا باللغة الإنجليزية في الحمض النووي الذي تم إنشاؤه من البوليمرات الاصطناعية. المشكلة هي أن هذه العملية بطيئة ومكلفة، وهو ما يمثل عائقًا كبيرًا عندما يتعلق الأمر بتخزين البيانات.
ليس الحمض النووي وحده...: أجهزة التخزين الجزيئية
يقول باحثون من جامعة براون (الولايات المتحدة الأمريكية) إن جزيء الحمض النووي ليس هو الخيار الوحيد للتخزين الجزيئي للبيانات لمدة تصل إلى مليون سنة. يمكن أيضًا أن تعمل المستقلبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض كمخزن عضوي. عندما يتم كتابة المعلومات إلى مجموعة من المستقلبات، تبدأ الجزيئات بالتفاعل مع بعضها البعض وإنتاج جزيئات جديدة محايدة كهربائيا تحتوي على البيانات المسجلة فيها.
بالمناسبة، لم يتوقف الباحثون عند هذا الحد وقاموا بتوسيع مجموعة الجزيئات العضوية، مما جعل من الممكن زيادة كثافة البيانات المسجلة. قراءة هذه المعلومات ممكنة من خلال التحليل الكيميائي. العيب الوحيد هو أن تنفيذ جهاز التخزين العضوي هذا ليس ممكنًا بعد في الممارسة العملية، خارج ظروف المختبر. هذا مجرد تطوير للمستقبل.
الذاكرة الضوئية 5D: ثورة في تخزين البيانات
مستودع تجريبي آخر ينتمي إلى مطورين من جامعة ساوثهامبتون، إنجلترا. في محاولة لإنشاء نظام تخزين رقمي مبتكر يمكن أن يستمر لملايين السنين، طور العلماء عملية لتسجيل البيانات على قرص كوارتز صغير يعتمد على تسجيل نبض الفيمتو ثانية. تم تصميم نظام التخزين للأرشفة والتخزين البارد لكميات كبيرة من البيانات ويوصف بأنه تخزين خماسي الأبعاد.
لماذا خماسية الأبعاد؟ والحقيقة هي أن المعلومات مشفرة في عدة طبقات، بما في ذلك الأبعاد الثلاثة المعتادة. تمت إضافة بعدين آخرين إلى هذه الأبعاد: الحجم واتجاه النقطة النانوية. تصل سعة البيانات التي يمكن تسجيلها على محرك الأقراص الصغير هذا إلى 100 بيتابايت، ويبلغ عمر التخزين 13,8 مليار سنة عند درجات حرارة تصل إلى 190 درجة مئوية. أقصى درجة حرارة تسخين يمكن أن يتحملها القرص هي 982 درجة مئوية. باختصار... إنها عمليا أبدية!
وقد لفت عمل جامعة ساوثهامبتون مؤخراً انتباه شركة مايكروسوفت، التي يهدف برنامجها للتخزين السحابي، Project Silica، إلى إعادة التفكير في تقنيات التخزين الحالية. وفقًا للتوقعات "الصغيرة الناعمة"، بحلول عام 2023، سيتم تخزين أكثر من 100 زيتابايت من المعلومات في السحب، لذلك حتى أنظمة التخزين واسعة النطاق ستواجه صعوبات.
لمزيد من المعلومات حول منتجات كينغستون تكنولوجي، يرجى زيارة الموقع الرسمي للشركة.
المصدر: www.habr.com