На працягу некалькіх дзесяцігоддзяў прагрэс у тэхналогіях захоўвання інфармацыі вымяраўся, перш за ўсё, з пункту гледжання ёмістасці назапашвальнікаў і хуткасці чытання/запісы дадзеных. З часам да гэтых параметраў ацэнкі дадаліся тэхналогіі і метадалогіі, якія робяць HDD-і SSD-назапашвальнікі разумнейшыя, гнутчэй і прасцей у кіраванні. Кожны год вытворцы назапашвальнікаў традыцыйна намякаюць на тое, што рынак вялікіх дадзеных зменіцца, і 2020 год - не выключэнне. IT-лідэры ўзмоцнена шукаюць эфектыўныя спосабы захоўвання велізарных струменяў дадзеных і кіраванні імі, а, такім чынам, ізноў абяцаюць змяніць ранейшы курс развіцця сістэм захоўвання. У дадзеным артыкуле мы сабралі самыя перадавыя тэхналогіі размяшчэння інфармацыі, а таксама раскажам аб канцэпцыях футурыстычных назапашвальнікаў, якім яшчэ толькі трэба будзе здабыць сваю фізічную рэалізацыю.
Праграмна-вызначаныя сеткі захоўвання дадзеных
Калі казаць пра працэсы аўтаматызацыі, гнуткасці і павелічэнні ёмістасці захоўвання інфармацыі разам з падвышэннем эфектыўнасці працы персанала, усё больш прадпрыемстваў разглядае магчымасць пераходу на так званыя праграмна-вызначаныя сеткі захоўвання ці SDS (Software-Defined Storage).
Ключавая фішка тэхналогіі SDS заключаецца ў аддзяленні апаратнай часткі ад софтвернай: гэта значыць маецца на ўвазе . Да таго ж, у адрозненне ад звычайных сістэм захоўвання з сеткавым падлучэннем (NAS) ці сетак захоўвання дадзеных (SAN), SDS прызначаны для працы ў любой стандартнай сістэме x86. Даволі часта мэта разгортвання SDS складаецца ў тым, каб палепшыць аперацыйныя выдаткі (OpEx), патрабуючы менш адміністрацыйных намаганняў.
Ёмістасць HDD-назапашвальнікаў вырасце да 32 Тбайт
Традыцыйныя магнітныя назапашвальнікі зусім не памерлі, а ўсяго толькі перажываюць тэхналагічны рэнесанс. Сучасныя HDD ужо могуць прапанаваць карыстальнікам да 16 Тбайт для захоўвання дадзеных. На працягу наступных пяці гадоў - гэтая ёмістасць вырасце ўдвая. Пры гэтым назапашвальнікі на цвёрдых магнітных дысках па-ранейшаму застануцца самым даступным сховішчам адвольнага доступу і захаваюць за сабой першынство ў кошце за гігабайт дыскавай прасторы яшчэ на шмат гадоў.
Нарошчванне ёмістасці будзе адбывацца на аснове ўжо вядомых тэхналогій:
- Геліевыя назапашвальнікі (гелій зніжае аэрадынамічны супраціў і турбулентнасць, дазваляючы ўсталяваць у назапашвальнік больш магнітных пласцін; пры гэтым цеплавылучэнне і энергаспажыванне не павялічваецца);
- Тэрмамагнітныя назапашвальнікі (або HAMR HDD, з'яўленне якіх чакаецца ў 2021 годзе і пабудавана на прынцыпе мікрахвалевага запісу дадзеных, калі ўчастак дыска награваецца лазерам і перамагнічваецца);
- HDD на базе чарапічнага запісу (або SMR-назапашвальнікі, дзе размяшчэнне дарожак з дадзенымі адбываецца сябар над сябрам, у фармаце чарапічнага мура; гэта і забяспечвае высокую шчыльнасць запісу інфармацыі).
Геліевыя назапашвальнікі асабліва запатрабаваны ў хмарных дата-цэнтрах, а SMR HDD аптымальныя для захоўвання вялікіх архіваў і бібліятэк дадзеных, доступ і абнаўленне дадзеных, у якіх патрабуюцца не асоба часта. Таксама яны ідэальна падыходзяць для стварэння рэзервовых дзід.
NVMe-назапашвальнікі стануць яшчэ хутчэй
Першыя SSD-назапашвальнікі падлучаліся да сістэмных плат праз інтэрфейс SATA або SAS, але распрацаваны гэтыя інтэрфейсы ўжо больш за 10 гадоў таму для магнітных HDD-дыскаў. Сучасны ж пратакол NVMe з'яўляецца значна больш магутным пратаколам сувязі, прызначаным для сістэм, якія забяспечваюць высокую хуткасць апрацоўкі дадзеных. Як вынік, на мяжы 2019-2020 гады мы бачым сур'ёзнае падзенне коштаў на NVMe SSD, якія становяцца даступнымі для любога класа карыстальнікаў. У карпаратыўным сегменце NVMe-рашэнні асабліва шануюцца тымі прадпрыемствамі, якім неабходна ажыццяўленне аналізу вялікіх дадзеных у рэальным часе.
Такія кампаніі, як Kingston і Samsung ужо паказалі, на што могуць разлічваць карпаратыўныя карыстачы ў 2020 году: мы ўсё чакаем з'яўленні NVMe SSD з падтрымкай PCIe 4.0, якія дазваляюць дадаць ЦОД яшчэ больш хуткасці пры працы з дадзенымі. Заяўленая прадукцыйнасць навінак складае 4,8 Гбайт / с, і гэта далёка не мяжа. Наступныя пакаленні змогуць забяспечыць прапускную здольнасць на ўзроўні 7 Гбайт/с.
Разам са спецыфікацыяй NVMe-oF (ці NVMe over Fabrics) арганізацыі змогуць ствараць высокапрадукцыйныя сеткі захоўвання дадзеных з мінімальнымі затрымкамі, якія складуць важкую канкурэнцыю ЦАД з прамым падключэннем DAS (або Direct-attached storage). Пры гэтым з выкарыстаннем NVMe-oF аперацыі ўводу/высновы апрацоўваюцца больш эфектыўна, у той час як затрымка параўнальная з DAS-сістэмамі. Аналітыкі прадказваюць, што разгортванне сістэм, якія працуюць па пратаколе NVMe-oF імкліва паскорыцца ў 2020 годзе.
QLC-памяць нарэшце-то "стрэліць"?
Флэш-памяць NAND Quad Level Cell (QLC), таксама будзе дэманстраваць якая расце папулярнасць на рынку. QLC была ўведзена ў 2019 годзе і таму мела мінімальнае распаўсюджванне на рынку. Гэта зменіцца ў 2020 годзе, асабліва сярод кампаній, якія ўкаранілі тэхналогію LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) для пераадолення ўласцівых QLC праблем.
Паводле прагнозаў аналітыкаў, рост продажаў SSD-назапашвальнікаў на базе QLC-ячэек павялічыцца на 10%, у той час як TLC-рашэнні "захопяць" 85% рынку. Як ні круці, а QLC SSD усё яшчэ моцна адстае ў прадукцыйнасці ў параўнанні з TLC SSD і не стане асновай для ЦАД у бліжэйшыя гадоў пяць.
У той жа час, чакаецца, што кошт флэш-памяці NAND у 2020 годзе вырасце, таму пастаўшчык кантролераў SSD Phison, напрыклад, робіць стаўку на тое, што павышэнне коштаў, у канчатковым выніку, падштурхне спажывецкі рынак цвёрдацельных назапашвальнікаў да выкарыстання 4-бітнай флэш. -памяці QLC NAND. Дарэчы, Intel плануе запусціць у продаж 144-слойныя QLC-рашэнні (замест 96-слойных прадуктаў). Што ж…, здаецца, нас чакае далейшая маргіналізацыя HDD.
SCM-памяць: хуткасць, блізкая да DRAM
Шырокае распаўсюджванне SCM-памяці (Storage Class Memory) прадказвалася некалькі гадоў, і 2020 год можа стаць адпраўной кропкай, у якой гэтыя прадказанні спраўдзяцца. У той час як модулі памяці Intel Optane, Toshiba XL-Flash і Samsung Z-SSD ужо выйшлі на карпаратыўны рынак, іх з'яўленне не выклікала ашаламляльнай рэакцыі.
Прылада Intel спалучае ў сабе характарыстыкі хуткай, але нестабільнай DRAM з павальнейшым, але сталым сховішчам NAND. Гэтая камбінацыя накіравана на павышэнне здольнасці карыстальнікаў працаваць з вялікімі масівамі дадзеных, забяспечваючы як хуткасць DRAM, так і ёмістасць NAND. SCM-памяць не проста хутчэй, чым альтэрнатывы на базе NAND: яна ў дзясяткі разоў хутчэй. Затрымка складае мікрасекунды, а не мілісекунды.
Эксперты рынка адзначаюць, што цэнтры апрацоўкі дадзеных, якія плануюць выкарыстоўваць SCM будуць абмежаваныя тым, што дадзеная тэхналогія будзе працаваць толькі на серверах з выкарыстаннем працэсараў Intel пакаленні Cascade Lake. Аднак, на іх думку, гэта не стане каменем спатыкнення, каб спыніць хвалю абнаўленняў існуючых ЦАД у мэтах забяспечыць высокія хуткасці апрацоўкі інфармацыі.
Ад агляднай рэальнасці да далёкай будучыні
Для большасці карыстальнікаў захоўванне дадзеных не спалучана з адчуваннем "ёмістнага Армагедона". Але толькі задумайцеся: 3,7 мільярда чалавек, якія ў цяперашні час карыстаюцца Інтэрнэтам, штодня генеруюць каля 2,5 квінтыльёна байтаў дадзеных. Для задавальнення гэтага запатрабавання неабходна ўсё больш цэнтраў апрацоўкі дадзеных.
Калі верыць статыстыцы, да 2025 года свет гатовы да апрацоўкі 160 Зетабайт дадзеных у год (гэта больш байтаў, чым зорак у агляднай Сусвету). Верагодна, што далей нам давядзецца пакрыць кожны квадратны метр планеты Зямля ЦАД'амі, інакш карпарацыі проста не змогуць падстроіцца пад такі высокі рост інфармацыі. Ці ж… давядзецца адмаўляцца ад некаторых дадзеных. Зрэшты, ёсць некалькі патэнцыйна цікавых тэхналогій, якія маглі б вырашыць нарастальную праблему інфармацыйнага перапаўнення.
Структура ДНК, як аснова для будучых сховішчаў даных
Не толькі IT-карпарацыі шукаюць новыя спосабы захоўвання і апрацоўкі інфармацыі, але і многія навуковыя дзеячы. Глабальная задача - забяспечыць захаванне інфармацыі на працягу тысячагоддзяў. Даследнікі са Швейцарскай вышэйшай тэхнічнай школы Цюрыха (ETH Zurich, Швейцарыя) мяркуюць, што рашэнне трэба шукаць у арганічнай сістэме захоўвання дадзеных, якая існуе ў кожнай жывой клетцы: у ДНК. І галоўнае – "прыдумана" гэтая сістэма задоўга да з'яўлення кампутара.
Ніткі ДНК вельмі складаныя, кампактныя і неверагодна шчыльныя, як носьбіты інфармацыі: па меркаванні навукоўцаў, у грамаў ДНК можна запісаць 455 Эксабайт дадзеных, дзе 1 Эбайт эквівалентны мільярду гігабайт. Першыя эксперыменты ўжо дазволілі ажыццявіць запіс 83 Кбайт інфармацыі ў ДНК, пасля чаго выкладчык кафедры хіміі і біялагічных навук, Роберт Грас, выказаў ідэю аб тым, што ў новым дзесяцігоддзі медыцынскай сферы трэба шчыльней аб'яднацца з IT-структурай для сумесных распрацовак у галіне тэхналогій запісу і захоўвання дадзеных.
Па меркаванні навукоўцаў, арганічныя назапашвальнікі дадзеных на базе ланцугоў ДНК змаглі б захоўваць інфармацыю да мільёна гадоў і беспамылкова падаваць яе па першым запыце. Не выключана, што праз некалькі дзесяцігоддзяў большасць назапашвальнікаў будуць дужацца менавіта за гэтую магчымасць: уменне надзейна і ёміста захоўваць дадзеныя на працягу працяглага часу.
Швейцарцы не адзіныя, хто працуе над стварэннем сістэм захоўвання на аснове ДНК. Гэтае пытанне ўздымалася яшчэ з 1953 года, калі Фрэнсіс Крык адкрыў падвойную спіраль ДНК. Але ў той момант чалавецтву проста не хапала ведаў для такіх эксперыментаў. Традыцыйнае мысленне ў галіне захоўвання дадзеных на аснове ДНК сфакусавана на сінтэзе новых малекул ДНК; супастаўленне паслядоўнасці бітаў з паслядоўнасцю чатырох пар падстаў ДНК і стварэнне дастатковай колькасці малекул для падання ўсіх лікаў, якія неабходна захаваць. Так, летам 2019 года інжынерам з кампаніі CATALOG удалося запісаць 16 Гбайт англамоўнай "Вікіпедыі" ў ДНК, створаную з сінтэтычных палімераў. Праблема заключаецца ў тым, што гэты працэс павольны і дарагі, што з'яўляецца істотным вузкім месцам, калі гаворка ідзе аб захоўванні дадзеных.
Не ДНК адзіным…: малекулярныя назапашвальнікі
Даследнікі з Універсітэта Браўна (Brown University, ЗША) заяўляюць, што малекула ДНК – не адзіны варыянт малекулярнага захоўвання дадзеных тэрмінам да мільёна гадоў. У якасці арганічнага сховішчы могуць выступаць і нізкамалекулярных метабаліты. Пры запісе інфармацыі ў набор метабалітаў, малекулы пачынаюць узаемадзейнічаць адзін з адным і вырабляць новыя па-электрычнаму нейтральныя часціцы, якія ўтрымліваюць запісаныя ў іх дадзеныя.
Дарэчы, даследнікі не спыніліся на гэтым і пашырылі набор арганічных малекул, што дазволіла павялічыць шчыльнасць якія запісваюцца дадзеных. Счытванне ж такой інфармацыі магчыма з дапамогай хімічнага аналізу. Адзіны мінус - рэалізацыя такога арганічнага назапашвальніка пакуль не ўяўляецца магчымай на практыцы, па-за лабараторных умоў. Гэта ўсяго толькі напрацоўка на будучыню.
5D-аптычная памяць: рэвалюцыя ў захоўванні дадзеных
Яшчэ адно эксперыментальнае сховішча належыць распрацоўнікам з Саўтгэмптанскім універсітэта (University of Southampton, Англія). У імкненні стварыць інавацыйную лічбавую сістэму захоўвання інфармацыі, якая зможа існаваць мільёны гадоў, навуковыя дзеячы распрацавалі працэс запісу дадзеных на малюсенькую кварцавую кружэлку, які заснаваны на фемтосекундным імпульсным запісе. Сістэма захоўвання прызначана для архівавання і халоднага захоўвання вялікіх аб'ёмаў дадзеных і апісваецца, як пяцімернае сховішча.
Чаму пяцімернае? Справа ў тым, што інфармацыя кадуецца ў некалькіх пластах, уключаючы звычайныя тры вымярэнні. Да гэтых вымярэнняў дадаюцца яшчэ два - памер і арыентацыя па нанаточках. Ёмістасць дадзеных, якія можна запісаць на такі міні-назапашвальнік, складае да 100 Петабайт, а тэрмін захоўвання - 13,8 млрд. гадоў пры тэмпературы да 190°C. Максімальная тэмпература нагрэву, якую можа вытрымаць дыск складае 982 °C. Карацей…, ён практычна вечны!
Нядаўна праца супрацоўнікаў Саўтгемптанскага ўніверсітэта прыцягнула ўвагу кампаніі Microsoft, чыя праграма хмарнага захоўвання дадзеных Project Silica накіраваная на пераасэнсаванне цяперашніх тэхналогій захоўвання дадзеных. Па прагнозах "дробнамяккіх" да 2023 года ў аблоках будзе захоўвацца больш за 100 Зетабайт інфармацыі, так што складанасці ўзнікнуць нават у буйнамаштабных сістэм захоўвання.
Для атрымання дадатковай інфармацыі аб прадуктах Kingston Technology звяртайцеся на афіцыйны сайт кампаніі.
Крыніца: habr.com