Po několik desetiletí byl pokrok v technologii ukládání měřen především z hlediska kapacity úložiště a rychlosti čtení/zápisu dat. Postupem času byly tyto parametry hodnocení doplněny technologiemi a metodikami, díky nimž jsou HDD a SSD disky chytřejší, flexibilnější a snadněji spravovatelné. Každý rok výrobci disků tradičně naznačují, že trh s velkými daty se změní, a rok 2020 není výjimkou. IT lídři stále více hledají efektivní způsoby, jak ukládat a spravovat obrovské množství dat, a znovu se zavazují změnit směr úložných systémů. V tomto článku jsme shromáždili nejpokročilejší technologie pro ukládání informací a budeme hovořit také o konceptech futuristických úložných zařízení, která teprve musí najít svou fyzickou implementaci.
Softwarově definované úložné sítě
Pokud jde o automatizaci, flexibilitu a zvýšenou kapacitu úložiště ve spojení se zvýšenou efektivitou zaměstnanců, stále více podniků zvažuje přechod na takzvané softwarově definované úložné sítě nebo SDS (Software-Defined Storage).
Klíčovým rysem technologie SDS je oddělení hardwaru od softwaru: to znamená . Navíc, na rozdíl od konvenčních systémů NAS (Network-Attached Storage) nebo SAN (Storage Area Network), je SDS navržen tak, aby běžel na jakémkoli standardním x86 systému. Docela často je cílem nasazení SDS zlepšit provozní náklady (OpEx) a zároveň vyžadovat méně administrativního úsilí.
Kapacita HDD disků se zvýší na 32 TB
Tradiční magnetická paměťová zařízení nejsou vůbec mrtvá, ale právě zažívají technologickou renesanci. Moderní HDD již mohou uživatelům nabídnout až 16 TB datového úložiště. Během příštích pěti let se tato kapacita zdvojnásobí. Pevné disky zároveň budou i nadále nejdostupnějším úložištěm s náhodným přístupem a po mnoho let si udrží své prvenství v ceně za gigabajt diskového prostoru.
Navýšení kapacity bude založeno na již známých technologiích:
- Héliové pohony (helium snižuje aerodynamický odpor a turbulence, což umožňuje instalaci více magnetických desek do pohonu; tvorba tepla a spotřeba energie se nezvyšují);
- Termomagnetické mechaniky (neboli HAMR HDD, jehož vzhled se očekává v roce 2021 a je postaven na principu mikrovlnného záznamu dat, kdy je část disku ohřívána laserem a remagnetizována);
- HDD založený na dlaždicovém záznamu (neboli SMR disky, kde jsou datové stopy umístěny na sobě, v dlaždicovém formátu; to zajišťuje vysokou hustotu záznamu informací).
Héliové disky jsou žádané zejména v cloudových datových centrech a HDD SMR jsou optimální pro ukládání velkých archivů a datových knihoven, zpřístupňují a aktualizují data, která nejsou vyžadována příliš často. Jsou také ideální pro vytváření záloh.
Disky NVMe budou ještě rychlejší
První SSD disky byly k základním deskám připojeny přes rozhraní SATA nebo SAS, tato rozhraní však byla vyvinuta před více než 10 lety pro magnetické HDD disky. Moderní protokol NVMe je mnohem výkonnější komunikační protokol určený pro systémy, které poskytují vysokou rychlost zpracování dat. V důsledku toho na přelomu let 2019–2020 vidíme vážný pokles cen NVMe SSD, které jsou dostupné pro jakoukoli třídu uživatelů. V podnikovém segmentu jsou řešení NVMe oceňována zejména těmi podniky, které potřebují analyzovat velká data v reálném čase.
Společnosti jako Kingston a Samsung již ukázaly, co mohou podnikoví uživatelé očekávat v roce 2020: všichni čekáme na NVMe SSD s podporou PCIe 4.0, která přidají datovému centru ještě vyšší rychlost zpracování dat. Deklarovaný výkon novinek je 4,8 GB/s a to zdaleka není limit. Další generace bude schopen poskytnout propustnost 7 GB/s.
Společně se specifikací NVMe-oF (neboli NVMe over Fabrics) budou organizace schopny vytvářet vysoce výkonné úložné sítě s minimální latencí, které budou silně konkurovat datovým centrům DAS (neboli úložiště s přímým připojením). Zároveň s využitím NVMe-oF jsou I/O operace zpracovávány efektivněji, přičemž latence je srovnatelná se systémy DAS. Analytici předpovídají, že nasazení systémů běžících na protokolu NVMe-oF se v roce 2020 rapidně zrychlí.
Bude konečně fungovat paměť QLC?
Quad Level Cell (QLC) NAND flash paměti budou na trhu také získávat stále větší oblibu. QLC byl představen v roce 2019, a proto byl na trhu minimálně přijat. To se v roce 2020 změní, zejména mezi společnostmi, které přijaly technologii LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL), aby překonaly inherentní výzvy QLC.
Podle prognóz analytiků se růst prodejů SSD disků založených na článcích QLC zvýší o 10 %, zatímco TLC řešení „zachytí“ 85 % trhu. Ať už si někdo může říkat cokoli, QLC SSD je stále ve výkonu ve srovnání s TLC SSD a v příštích pěti letech se nestane základem datových center.
Zároveň se očekává, že v roce 2020 porostou náklady na NAND flash paměti, takže například prodejce SSD řadičů Phison sází na to, že rostoucí ceny nakonec dotlačí spotřebitelský trh SSD směrem k 4bitové flash paměti -QLC NAND. Mimochodem, Intel plánuje uvést na trh 144vrstvá QLC řešení (místo 96vrstvých produktů). No... zdá se, že směřujeme k další marginalizaci HDD.
Paměť SCM: rychlost blízká DRAM
Široké přijetí paměti SCM (Storage Class Memory) se předpovídá již několik let a rok 2020 by mohl být výchozím bodem, kdy se tyto předpovědi konečně naplní. Paměťové moduly Intel Optane, Toshiba XL-Flash a Samsung Z-SSD již sice vstoupily na podnikový trh, ale jejich vzhled nevyvolal ohromující reakci.
Zařízení Intel kombinuje vlastnosti rychlé, ale nestabilní paměti DRAM s pomalejším, ale trvalým úložištěm NAND. Tato kombinace si klade za cíl zlepšit schopnost uživatelů pracovat s velkými datovými sadami a poskytovat jak rychlost DRAM, tak kapacitu NAND. Paměť SCM není jen rychlejší než alternativy založené na NAND: je desetkrát rychlejší. Latence je mikrosekundy, nikoli milisekundy.
Odborníci na trh poznamenávají, že datová centra plánující použití SCM budou omezena skutečností, že tato technologie bude fungovat pouze na serverech využívajících procesory Intel Cascade Lake. To však podle jejich názoru nebude kamenem úrazu, jak zastavit vlnu upgradů stávajících datových center s cílem poskytovat vysoké rychlosti zpracování.
Z předvídatelné reality do vzdálené budoucnosti
Pro většinu uživatelů úložiště dat nezahrnuje pocit „kapacitního Armagedonu“. Ale přemýšlejte o tom: 3,7 miliardy lidí, kteří v současné době používají internet, generuje každý den asi 2,5 bilionu bajtů dat. K uspokojení této potřeby je zapotřebí stále více datových center.
Podle statistik je svět do roku 2025 připraven zpracovat 160 Zetabytů dat ročně (to je více bytů než hvězdy v pozorovatelném Vesmíru). Je pravděpodobné, že v budoucnu budeme muset pokrýt každý čtvereční metr planety Země datovými centry, jinak se korporace prostě nebudou schopny přizpůsobit tak vysokému nárůstu informací. Nebo... se budete muset vzdát některých dat. Existuje však několik potenciálně zajímavých technologií, které by mohly vyřešit rostoucí problém přetížení informacemi.
Struktura DNA jako základ pro budoucí ukládání dat
Nejen IT korporace hledají nové způsoby ukládání a zpracování informací, ale také mnoho vědců. Globálním úkolem je zajistit uchování informací po tisíce let. Výzkumníci z ETH Zurich ve Švýcarsku se domnívají, že řešení musí být nalezeno v organickém systému ukládání dat, který existuje v každé živé buňce: DNA. A co je nejdůležitější, tento systém byl „vynalezen“ dlouho před příchodem počítače.
Řetězce DNA jsou velmi složité, kompaktní a neuvěřitelně husté jako nosiče informací: podle vědců lze v gramu DNA zaznamenat 455 exabajtů dat, přičemž 1 bajt odpovídá miliardě gigabajtů. První experimenty již umožnily zaznamenat 83 KB informací do DNA, načež učitel katedry chemie a biologických věd Robert Grass vyslovil myšlenku, že v nové dekádě se lékařský obor potřebuje těsněji sjednotit s IT struktura pro společný vývoj v oblasti záznamových technologií a ukládání dat.
Podle vědců by zařízení pro ukládání organických dat založená na řetězcích DNA mohla uchovávat informace až milion let a přesně je poskytnout na první žádost. Je možné, že za několik desetiletí bude většina disků bojovat právě o tuto příležitost: o schopnost spolehlivě a prostorně ukládat data po dlouhou dobu.
Švýcaři nejsou jediní, kdo pracuje na úložných systémech založených na DNA. Tato otázka se objevuje od roku 1953, kdy Francis Crick objevil dvojitou šroubovici DNA. Jenže v tu chvíli lidstvo na takové experimenty prostě nemělo dostatek znalostí. Tradiční myšlení v ukládání DNA se soustředilo na syntézu nových molekul DNA; spárování sekvence bitů se sekvencí čtyř párů bází DNA a vytvoření dostatečného množství molekul, které reprezentují všechna čísla, která je třeba uložit. V létě 2019 se tak inženýrům ze společnosti CATALOG podařilo nahrát 16 GB anglické Wikipedie do DNA vytvořené ze syntetických polymerů. Problém je v tom, že tento proces je pomalý a nákladný, což je významné úzké hrdlo, pokud jde o ukládání dat.
Nejen DNA...: molekulární úložná zařízení
Vědci z Brown University (USA) tvrdí, že molekula DNA není jedinou možností pro molekulární uchování dat až na milion let. Metabolity s nízkou molekulovou hmotností mohou také fungovat jako organické úložiště. Když je informace zapsána do sady metabolitů, molekuly začnou vzájemně interagovat a produkovat nové elektricky neutrální částice, které obsahují data v nich zaznamenaná.
Mimochodem, výzkumníci se tam nezastavili a rozšířili sadu organických molekul, což umožnilo zvýšit hustotu zaznamenaných dat. Čtení takových informací je možné pomocí chemické analýzy. Jediným negativem je, že implementace takového organického skladovacího zařízení není zatím v praxi možná, mimo laboratorní podmínky. To je jen vývoj do budoucna.
5D optická paměť: revoluce v ukládání dat
Další experimentální úložiště patří vývojářům z University of Southampton v Anglii. Ve snaze vytvořit inovativní digitální úložný systém, který může trvat miliony let, vyvinuli vědci proces pro záznam dat na malý křemenný disk, který je založen na záznamu femtosekundových pulzů. Úložný systém je určen pro archivaci a chlazení velkých objemů dat a je označován jako pětirozměrné úložiště.
Proč pětirozměrný? Faktem je, že informace jsou zakódovány v několika vrstvách, včetně obvyklých tří rozměrů. K těmto rozměrům se přidávají další dva – velikost a orientace nanobodů. Datová kapacita, kterou lze na takový minidisk zaznamenat, je až 100 petabajtů a životnost je 13,8 miliard let při teplotách až 190 °C. Maximální teplota ohřevu, kterou disk vydrží, je 982 °C. Zkrátka... je to prakticky věčné!
Práce University of Southampton nedávno upoutala pozornost společnosti Microsoft, jejíž program cloudových úložišť Project Silica má za cíl přehodnotit současné technologie úložiště. Podle „small-soft“ předpovědí bude do roku 2023 více než 100 Zetabytů informací uloženo v cloudech, takže i velké úložné systémy budou čelit potížím.
Další informace o produktech Kingston Technology naleznete na oficiálních stránkách společnosti.
Zdroj: www.habr.com