Για αρκετές δεκαετίες, η πρόοδος στην τεχνολογία αποθήκευσης μετρήθηκε κυρίως από την άποψη της χωρητικότητας αποθήκευσης και της ταχύτητας ανάγνωσης/εγγραφής δεδομένων. Με την πάροδο του χρόνου, αυτές οι παράμετροι αξιολόγησης έχουν συμπληρωθεί από τεχνολογίες και μεθοδολογίες που κάνουν τις μονάδες HDD και SSD πιο έξυπνες, πιο ευέλικτες και ευκολότερες στη διαχείριση. Κάθε χρόνο, οι κατασκευαστές δίσκων παραδοσιακά υπαινίσσονται ότι η αγορά μεγάλων δεδομένων θα αλλάξει και το 2020 δεν αποτελεί εξαίρεση. Οι ηγέτες πληροφορικής αναζητούν ολοένα και περισσότερο αποτελεσματικούς τρόπους αποθήκευσης και διαχείρισης τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων και δεσμεύονται για άλλη μια φορά να αλλάξουν την πορεία των συστημάτων αποθήκευσης. Σε αυτό το άρθρο, έχουμε συλλέξει τις πιο προηγμένες τεχνολογίες για την αποθήκευση πληροφοριών και θα μιλήσουμε επίσης για τις έννοιες των φουτουριστικών συσκευών αποθήκευσης που δεν έχουν βρει ακόμη τη φυσική τους εφαρμογή.
Δίκτυα αποθήκευσης καθορισμένα από λογισμικό
Όσον αφορά την αυτοματοποίηση, την ευελιξία και την αυξημένη χωρητικότητα αποθήκευσης σε συνδυασμό με την αυξημένη αποδοτικότητα του προσωπικού, όλο και περισσότερες επιχειρήσεις εξετάζουν το ενδεχόμενο να στραφούν στα λεγόμενα δίκτυα αποθήκευσης που ορίζονται από λογισμικό ή SDS (Software-Defined Storage).
Το βασικό χαρακτηριστικό της τεχνολογίας SDS είναι ο διαχωρισμός του υλικού από το λογισμικό: σημαίνει δηλαδή . Επιπλέον, σε αντίθεση με τα συμβατικά συστήματα αποθήκευσης που συνδέονται με το δίκτυο (NAS) ή τα συστήματα δικτύου περιοχής αποθήκευσης (SAN), το SDS έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί σε οποιοδήποτε τυπικό σύστημα x86. Αρκετά συχνά, ο στόχος της ανάπτυξης ενός SDS είναι η βελτίωση των λειτουργικών εξόδων (OpEx) ενώ απαιτείται λιγότερη διοικητική προσπάθεια.
Η χωρητικότητα των μονάδων HDD θα αυξηθεί στα 32 TB
Οι παραδοσιακές μαγνητικές συσκευές αποθήκευσης δεν έχουν πεθάνει, αλλά απλώς βιώνουν μια τεχνολογική αναγέννηση. Οι σύγχρονοι σκληροί δίσκοι μπορούν ήδη να προσφέρουν στους χρήστες έως και 16 TB αποθήκευσης δεδομένων. Μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια, αυτή η χωρητικότητα θα διπλασιαστεί. Ταυτόχρονα, οι μονάδες σκληρού δίσκου θα συνεχίσουν να είναι ο πιο προσιτός χώρος αποθήκευσης τυχαίας πρόσβασης και θα διατηρήσουν την υπεροχή τους στην τιμή ανά gigabyte χώρου στο δίσκο για πολλά χρόνια ακόμα.
Η αύξηση της χωρητικότητας θα βασίζεται σε ήδη γνωστές τεχνολογίες:
- Κινητήρες ηλίου (το ήλιο μειώνει την αεροδυναμική οπισθέλκουσα και τον στροβιλισμό, επιτρέποντας την εγκατάσταση περισσότερων μαγνητικών πλακών στον ηλεκτροκινητήρα, η παραγωγή θερμότητας και η κατανάλωση ισχύος δεν αυξάνονται)
- Θερμομαγνητικές μονάδες δίσκου (ή HAMR HDD, η εμφάνιση του οποίου αναμένεται το 2021 και βασίζεται στην αρχή της εγγραφής δεδομένων μικροκυμάτων, όταν ένα τμήμα του δίσκου θερμαίνεται με λέιζερ και επαναμαγνητίζεται).
- Ο σκληρός δίσκος βασίζεται σε εγγραφή με πλακίδια (ή μονάδες SMR, όπου τα κομμάτια δεδομένων τοποθετούνται το ένα πάνω στο άλλο, σε μορφή πλακιδίων· αυτό εξασφαλίζει υψηλή πυκνότητα εγγραφής πληροφοριών).
Οι μονάδες ηλίου είναι ιδιαίτερα περιζήτητες στα κέντρα δεδομένων cloud και οι σκληροί δίσκοι SMR είναι οι βέλτιστοι για αποθήκευση μεγάλων αρχείων και βιβλιοθηκών δεδομένων, πρόσβαση και ενημέρωση δεδομένων που δεν απαιτούνται πολύ συχνά. Είναι επίσης ιδανικά για τη δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας.
Οι μονάδες δίσκου NVMe θα γίνουν ακόμα πιο γρήγοροι
Οι πρώτες μονάδες SSD συνδέθηκαν με μητρικές κάρτες μέσω της διεπαφής SATA ή SAS, αλλά αυτές οι διεπαφές αναπτύχθηκαν πριν από περισσότερα από 10 χρόνια για μαγνητικούς δίσκους HDD. Το σύγχρονο πρωτόκολλο NVMe είναι ένα πολύ πιο ισχυρό πρωτόκολλο επικοινωνίας σχεδιασμένο για συστήματα που παρέχουν υψηλή ταχύτητα επεξεργασίας δεδομένων. Ως αποτέλεσμα, στο τέλος του 2019-2020 βλέπουμε μια σοβαρή πτώση των τιμών για τους SSD NVMe, οι οποίοι γίνονται διαθέσιμοι σε οποιαδήποτε κατηγορία χρηστών. Στον εταιρικό τομέα, οι λύσεις NVMe εκτιμώνται ιδιαίτερα από εκείνες τις επιχειρήσεις που πρέπει να αναλύσουν μεγάλα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο.
Εταιρείες όπως η Kingston και η Samsung έχουν ήδη δείξει τι μπορούν να περιμένουν οι εταιρικοί χρήστες το 2020: όλοι περιμένουμε τους NVMe SSD με δυνατότητα PCIe 4.0 για να προσθέσουν ακόμη μεγαλύτερη ταχύτητα επεξεργασίας δεδομένων στο κέντρο δεδομένων. Η δηλωμένη απόδοση των νέων προϊόντων είναι 4,8 GB/s, και αυτό απέχει πολύ από το όριο. Οι επόμενες γενιές θα μπορεί να παρέχει απόδοση 7 GB/s.
Μαζί με την προδιαγραφή NVMe-oF (ή NVMe over Fabrics), οι οργανισμοί θα μπορούν να δημιουργούν δίκτυα αποθήκευσης υψηλής απόδοσης με ελάχιστο λανθάνοντα χρόνο που θα ανταγωνίζονται ισχυρά τα κέντρα δεδομένων DAS (ή Direct-attached storage). Ταυτόχρονα, χρησιμοποιώντας το NVMe-oF, οι λειτουργίες I/O επεξεργάζονται πιο αποτελεσματικά, ενώ η καθυστέρηση είναι συγκρίσιμη με τα συστήματα DAS. Οι αναλυτές προβλέπουν ότι η ανάπτυξη συστημάτων που τρέχουν με το πρωτόκολλο NVMe-oF θα επιταχυνθεί γρήγορα το 2020.
Θα λειτουργήσει τελικά η μνήμη QLC;
Η μνήμη flash Quad Level Cell (QLC) NAND θα έχει επίσης αυξανόμενη δημοτικότητα στην αγορά. Το QLC εισήχθη το 2019 και ως εκ τούτου είχε ελάχιστη υιοθέτηση στην αγορά. Αυτό θα αλλάξει το 2020, ειδικά μεταξύ των εταιρειών που έχουν υιοθετήσει την τεχνολογία LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) για να ξεπεράσουν τις εγγενείς προκλήσεις του QLC.
Σύμφωνα με τις προβλέψεις των αναλυτών, η αύξηση των πωλήσεων των μονάδων SSD που βασίζονται σε κυψέλες QLC θα αυξηθεί κατά 10%, ενώ οι λύσεις TLC θα «αιχμαλωτίσουν» το 85% της αγοράς. Ό,τι και να πει κανείς, ο QLC SSD εξακολουθεί να είναι πολύ πίσω σε απόδοση σε σύγκριση με τον TLC SSD και δεν θα γίνει η βάση για κέντρα δεδομένων τα επόμενα πέντε χρόνια.
Ταυτόχρονα, το κόστος της μνήμης flash NAND αναμένεται να αυξηθεί το 2020, επομένως ο πωλητής ελεγκτών SSD Phison, για παράδειγμα, στοιχηματίζει ότι οι αυξανόμενες τιμές θα ωθήσουν τελικά την καταναλωτική αγορά SSD προς τη μνήμη flash-QLC NAND 4-bit. Παρεμπιπτόντως, η Intel σχεδιάζει να κυκλοφορήσει λύσεις QLC 144 επιπέδων (αντί για προϊόντα 96 επιπέδων). Λοιπόν... φαίνεται ότι οδεύουμε προς περαιτέρω περιθωριοποίηση των HDD.
Μνήμη SCM: ταχύτητα κοντά στη DRAM
Η ευρεία υιοθέτηση της μνήμης SCM (Storage Class Memory) είχε προβλεφθεί εδώ και αρκετά χρόνια και το 2020 θα μπορούσε να είναι η αφετηρία για να πραγματοποιηθούν επιτέλους αυτές οι προβλέψεις. Ενώ οι μονάδες μνήμης Intel Optane, Toshiba XL-Flash και Samsung Z-SSD έχουν ήδη εισέλθει στην αγορά των επιχειρήσεων, η εμφάνισή τους δεν έχει προκαλέσει συντριπτική αντίδραση.
Η συσκευή της Intel συνδυάζει τα χαρακτηριστικά της γρήγορης αλλά ασταθούς μνήμης DRAM με πιο αργή αλλά επίμονη αποθήκευση NAND. Αυτός ο συνδυασμός στοχεύει να βελτιώσει την ικανότητα των χρηστών να εργάζονται με μεγάλα σύνολα δεδομένων, παρέχοντας ταχύτητα DRAM και χωρητικότητα NAND. Η μνήμη SCM δεν είναι απλώς ταχύτερη από τις εναλλακτικές που βασίζονται σε NAND: είναι δέκα φορές πιο γρήγορη. Η καθυστέρηση είναι μικροδευτερόλεπτα, όχι χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Οι ειδικοί της αγοράς σημειώνουν ότι τα κέντρα δεδομένων που σχεδιάζουν να χρησιμοποιούν SCM θα περιοριστούν από το γεγονός ότι αυτή η τεχνολογία θα λειτουργεί μόνο σε διακομιστές που χρησιμοποιούν επεξεργαστές Intel Cascade Lake. Ωστόσο, κατά τη γνώμη τους, αυτό δεν θα αποτελέσει εμπόδιο για να σταματήσει το κύμα αναβαθμίσεων σε υπάρχοντα κέντρα δεδομένων προκειμένου να παρέχονται υψηλές ταχύτητες επεξεργασίας.
Από την προβλέψιμη πραγματικότητα στο μακρινό μέλλον
Για τους περισσότερους χρήστες, η αποθήκευση δεδομένων δεν περιλαμβάνει την αίσθηση του «χωρητικού Αρμαγεδδώνα». Σκεφτείτε το όμως: τα 3,7 δισεκατομμύρια άνθρωποι που χρησιμοποιούν αυτήν τη στιγμή το Διαδίκτυο παράγουν περίπου 2,5 εκατομμύριο byte δεδομένων κάθε μέρα. Για να καλυφθεί αυτή η ανάγκη, χρειάζονται όλο και περισσότερα κέντρα δεδομένων.
Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, μέχρι το 2025 ο κόσμος είναι έτοιμος να επεξεργαστεί 160 Zetabytes δεδομένων ετησίως (δηλαδή περισσότερα byte από τα αστέρια στο παρατηρήσιμο Σύμπαν). Είναι πιθανό ότι στο μέλλον θα πρέπει να καλύπτουμε κάθε τετραγωνικό μέτρο του πλανήτη Γη με κέντρα δεδομένων, διαφορετικά οι εταιρείες απλά δεν θα είναι σε θέση να προσαρμοστούν σε μια τόσο υψηλή ανάπτυξη πληροφοριών. Ή... θα πρέπει να εγκαταλείψετε κάποια δεδομένα. Ωστόσο, υπάρχουν αρκετές δυνητικά ενδιαφέρουσες τεχνολογίες που θα μπορούσαν να λύσουν το αυξανόμενο πρόβλημα της υπερφόρτωσης πληροφοριών.
Η δομή του DNA ως βάση για μελλοντική αποθήκευση δεδομένων
Όχι μόνο οι εταιρείες πληροφορικής αναζητούν νέους τρόπους αποθήκευσης και επεξεργασίας πληροφοριών, αλλά και πολλοί επιστήμονες. Το παγκόσμιο καθήκον είναι να διασφαλιστεί η διατήρηση των πληροφοριών για χιλιάδες χρόνια. Ερευνητές από το ETH Ζυρίχης της Ελβετίας πιστεύουν ότι η λύση πρέπει να βρεθεί σε ένα οργανικό σύστημα αποθήκευσης δεδομένων που υπάρχει σε κάθε ζωντανό κύτταρο: το DNA. Και το πιο σημαντικό, αυτό το σύστημα «εφευρέθηκε» πολύ πριν από την εμφάνιση του υπολογιστή.
Οι κλώνοι DNA είναι πολύ περίπλοκοι, συμπαγείς και απίστευτα πυκνοί ως φορείς πληροφοριών: σύμφωνα με τους επιστήμονες, 455 Exabyte δεδομένων μπορούν να καταγραφούν σε ένα γραμμάριο DNA, όπου 1 Ebyte ισοδυναμεί με ένα δισεκατομμύριο gigabyte. Τα πρώτα πειράματα κατέστησαν ήδη δυνατή την καταγραφή 83 KB πληροφοριών στο DNA, μετά την οποία ένας καθηγητής στο Τμήμα Χημείας και Βιολογικών Επιστημών, ο Robert Grass, εξέφρασε την ιδέα ότι στη νέα δεκαετία ο ιατρικός τομέας πρέπει να ενωθεί πιο στενά με τη δομή ΤΠ για κοινές εξελίξεις στον τομέα των τεχνολογιών καταγραφής και αποθήκευσης δεδομένων.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, οργανικές συσκευές αποθήκευσης δεδομένων που βασίζονται σε αλυσίδες DNA θα μπορούσαν να αποθηκεύσουν πληροφορίες για έως και ένα εκατομμύριο χρόνια και να τις παρέχουν με ακρίβεια με το πρώτο αίτημα. Είναι πιθανό σε μερικές δεκαετίες, οι περισσότεροι δίσκοι να αγωνίζονται για αυτήν ακριβώς την ευκαιρία: την ικανότητα αξιόπιστης και χωρητικότητας αποθήκευσης δεδομένων για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Οι Ελβετοί δεν είναι οι μόνοι που εργάζονται σε συστήματα αποθήκευσης που βασίζονται στο DNA. Αυτό το ερώτημα έχει τεθεί από το 1953, όταν ο Φράνσις Κρικ ανακάλυψε τη διπλή έλικα του DNA. Αλλά εκείνη τη στιγμή, η ανθρωπότητα απλά δεν είχε αρκετές γνώσεις για τέτοια πειράματα. Η παραδοσιακή σκέψη στην αποθήκευση DNA έχει επικεντρωθεί στη σύνθεση νέων μορίων DNA. αντιστοίχιση μιας ακολουθίας δυαδικών ψηφίων με μια ακολουθία τεσσάρων ζευγών βάσεων DNA και δημιουργία αρκετών μορίων ώστε να αντιπροσωπεύουν όλους τους αριθμούς που πρέπει να αποθηκευτούν. Έτσι, το καλοκαίρι του 2019, μηχανικοί της εταιρείας CATALOG κατάφεραν να καταγράψουν 16 GB αγγλόφωνης Wikipedia σε DNA που δημιουργήθηκε από συνθετικά πολυμερή. Το πρόβλημα είναι ότι αυτή η διαδικασία είναι αργή και δαπανηρή, κάτι που αποτελεί σημαντικό σημείο συμφόρησης όσον αφορά την αποθήκευση δεδομένων.
Όχι μόνο DNA...: συσκευές μοριακής αποθήκευσης
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Brown (ΗΠΑ) λένε ότι το μόριο DNA δεν είναι η μόνη επιλογή για μοριακή αποθήκευση δεδομένων για έως και ένα εκατομμύριο χρόνια. Οι μεταβολίτες χαμηλού μοριακού βάρους μπορούν επίσης να λειτουργήσουν ως οργανική αποθήκευση. Όταν οι πληροφορίες γράφονται σε ένα σύνολο μεταβολιτών, τα μόρια αρχίζουν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και να παράγουν νέα ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια που περιέχουν τα δεδομένα που καταγράφονται σε αυτά.
Παρεμπιπτόντως, οι ερευνητές δεν σταμάτησαν εκεί και επέκτειναν το σύνολο των οργανικών μορίων, γεγονός που κατέστησε δυνατή την αύξηση της πυκνότητας των καταγεγραμμένων δεδομένων. Η ανάγνωση τέτοιων πληροφοριών είναι δυνατή μέσω χημικής ανάλυσης. Το μόνο αρνητικό είναι ότι η εφαρμογή μιας τέτοιας συσκευής οργανικής αποθήκευσης δεν είναι ακόμη δυνατή στην πράξη, εκτός εργαστηριακών συνθηκών. Αυτό είναι απλώς εξέλιξη για το μέλλον.
5D οπτική μνήμη: μια επανάσταση στην αποθήκευση δεδομένων
Ένα άλλο πειραματικό αποθετήριο ανήκει σε προγραμματιστές από το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον της Αγγλίας. Σε μια προσπάθεια να δημιουργήσουν ένα καινοτόμο σύστημα ψηφιακής αποθήκευσης που μπορεί να διαρκέσει για εκατομμύρια χρόνια, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια διαδικασία για την εγγραφή δεδομένων σε έναν μικροσκοπικό δίσκο χαλαζία που βασίζεται σε καταγραφή παλμών femtosecond. Το σύστημα αποθήκευσης έχει σχεδιαστεί για αρχειοθέτηση και αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων και περιγράφεται ως πενταδιάστατη αποθήκευση.
Γιατί πενταδιάστατο; Το γεγονός είναι ότι οι πληροφορίες κωδικοποιούνται σε πολλά επίπεδα, συμπεριλαμβανομένων των συνηθισμένων τριών διαστάσεων. Σε αυτές τις διαστάσεις προστίθενται δύο ακόμη—μέγεθος και προσανατολισμός νανοκουκκίδας. Η χωρητικότητα δεδομένων που μπορεί να καταγραφεί σε μια τέτοια μίνι μονάδα είναι έως και 100 Petabyte και η διάρκεια αποθήκευσης είναι 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια σε θερμοκρασίες έως 190°C. Η μέγιστη θερμοκρασία θέρμανσης που μπορεί να αντέξει ο δίσκος είναι 982 °C. Με λίγα λόγια... είναι πρακτικά αιώνιο!
Η εργασία του Πανεπιστημίου του Σαουθάμπτον τράβηξε πρόσφατα την προσοχή της Microsoft, της οποίας το πρόγραμμα αποθήκευσης cloud Project Silica στοχεύει να επανεξετάσει τις τρέχουσες τεχνολογίες αποθήκευσης. Σύμφωνα με προβλέψεις «μικρών-μαλακών», έως το 2023 περισσότερες από 100 Zetabyte πληροφοριών θα αποθηκεύονται στα σύννεφα, επομένως ακόμη και τα συστήματα αποθήκευσης μεγάλης κλίμακας θα αντιμετωπίσουν δυσκολίες.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα προϊόντα της Kingston Technology, επισκεφθείτε την επίσημη ιστοσελίδα της εταιρείας.
Πηγή: www.habr.com