Durante varias décadas, el progreso en la tecnología de almacenamiento se ha medido principalmente en términos de capacidad de almacenamiento y velocidad de lectura/escritura de datos. Con el tiempo, estos parámetros de evaluación se han complementado con tecnologías y metodologías que hacen que las unidades HDD y SSD sean más inteligentes, flexibles y fáciles de administrar. Cada año, los fabricantes de unidades tradicionalmente insinúan que el mercado de big data cambiará, y 2020 no es una excepción. Los líderes de TI buscan cada vez más formas eficientes de almacenar y gestionar cantidades masivas de datos y, una vez más, se comprometen a cambiar el curso de los sistemas de almacenamiento. En este artículo, hemos recopilado las tecnologías más avanzadas para almacenar información y también hablaremos sobre los conceptos de dispositivos de almacenamiento futuristas que aún no han encontrado su implementación física.
Redes de almacenamiento definidas por software
Cuando se trata de automatización, flexibilidad y mayor capacidad de almacenamiento junto con una mayor eficiencia del personal, cada vez más empresas están considerando cambiar a las llamadas redes de almacenamiento definidas por software o SDS (Software-Defined Storage).
La característica clave de la tecnología SDS es la separación del hardware del software: es decir, significa . Además, a diferencia de los sistemas convencionales de almacenamiento conectado a la red (NAS) o de red de área de almacenamiento (SAN), SDS está diseñado para ejecutarse en cualquier sistema x86 estándar. Muy a menudo, el objetivo de implementar una SDS es mejorar los gastos operativos (OpEx) y al mismo tiempo requerir menos esfuerzo administrativo.
La capacidad de los discos HDD aumentará a 32 TB
Los dispositivos de almacenamiento magnético tradicionales no están muertos en absoluto, sino que simplemente están experimentando un renacimiento tecnológico. Los discos duros modernos ya pueden ofrecer a los usuarios hasta 16 TB de almacenamiento de datos. En los próximos cinco años, esta capacidad se duplicará. Al mismo tiempo, las unidades de disco duro seguirán siendo el almacenamiento de acceso aleatorio más asequible y conservarán su primacía en el precio por gigabyte de espacio en disco durante muchos años.
El aumento de capacidad se basará en tecnologías ya conocidas:
- Unidades de helio (el helio reduce la resistencia aerodinámica y la turbulencia, lo que permite instalar más placas magnéticas en la unidad; la generación de calor y el consumo de energía no aumentan);
- Unidades termomagnéticas (o HAMR HDD, cuya aparición se espera para 2021 y se basa en el principio de grabación de datos por microondas, cuando una sección del disco se calienta con un láser y se remagnetiza);
- HDD basado en grabación en mosaico (o unidades SMR, donde las pistas de datos se colocan una encima de la otra, en formato de mosaico; esto garantiza una alta densidad de grabación de información).
Las unidades de helio tienen una demanda especial en los centros de datos en la nube, y las unidades de disco duro SMR son óptimas para almacenar grandes archivos y bibliotecas de datos, acceder y actualizar datos que no se necesitan con mucha frecuencia. También son ideales para crear copias de seguridad.
Las unidades NVMe serán aún más rápidas
Las primeras unidades SSD se conectaban a las placas base a través de la interfaz SATA o SAS, pero estas interfaces se desarrollaron hace más de 10 años para unidades HDD magnéticas. El protocolo NVMe moderno es un protocolo de comunicación mucho más potente diseñado para sistemas que proporcionan una alta velocidad de procesamiento de datos. Como resultado, a principios de 2019-2020 vemos una importante caída en los precios de los SSD NVMe, que están disponibles para cualquier clase de usuarios. En el segmento corporativo, las soluciones NVMe son especialmente valoradas por aquellas empresas que necesitan analizar big data en tiempo real.
Empresas como Kingston y Samsung ya han demostrado lo que los usuarios empresariales pueden esperar en 2020: todos estamos esperando que los SSD NVMe habilitados para PCIe 4.0 agreguen aún más velocidad de procesamiento de datos al centro de datos. El rendimiento declarado de los nuevos productos es de 4,8 GB/s y está lejos del límite. Próximas generaciones podrá proporcionar un rendimiento de 7 GB/s.
Junto con la especificación NVMe-oF (o NVMe over Fabrics), las organizaciones podrán crear redes de almacenamiento de alto rendimiento con una latencia mínima que competirán fuertemente con los centros de datos DAS (o almacenamiento conectado directamente). Al mismo tiempo, al utilizar NVMe-oF, las operaciones de E/S se procesan de manera más eficiente, mientras que la latencia es comparable a la de los sistemas DAS. Los analistas predicen que la implementación de sistemas que funcionan con el protocolo NVMe-oF se acelerará rápidamente en 2020.
¿Funcionará finalmente la memoria QLC?
La memoria flash NAND de celda de nivel cuádruple (QLC) también tendrá una creciente popularidad en el mercado. QLC se introdujo en 2019 y, por lo tanto, ha tenido una adopción mínima en el mercado. Esto cambiará en 2020, especialmente entre las empresas que han adoptado la tecnología LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) para superar los desafíos inherentes de QLC.
Según las previsiones de los analistas, el crecimiento de las ventas de unidades SSD basadas en celdas QLC aumentará un 10%, mientras que las soluciones TLC “capturarán” el 85% del mercado. Digan lo que digan, QLC SSD todavía está muy por detrás en rendimiento en comparación con TLC SSD y no se convertirá en la base de los centros de datos en los próximos cinco años.
Al mismo tiempo, se espera que el costo de la memoria flash NAND aumente en 2020, por lo que el proveedor de controladores SSD Phison, por ejemplo, apuesta a que el aumento de los precios eventualmente empujará al mercado de SSD de consumo hacia la memoria flash NAND QLC de 4 bits. Por cierto, Intel planea lanzar soluciones QLC de 144 capas (en lugar de productos de 96 capas). Bueno... parece que nos dirigimos a una mayor marginación de los HDD.
Memoria SCM: velocidad cercana a la DRAM
La adopción generalizada de la memoria SCM (Storage Class Memory) se viene prediciendo desde hace varios años, y 2020 podría ser el punto de partida para que estas predicciones finalmente se hagan realidad. Si bien los módulos de memoria Intel Optane, Toshiba XL-Flash y Samsung Z-SSD ya ingresaron al mercado empresarial, su aparición no ha causado una reacción abrumadora.
El dispositivo de Intel combina las características de una DRAM rápida pero inestable con un almacenamiento NAND más lento pero persistente. Esta combinación tiene como objetivo mejorar la capacidad de los usuarios para trabajar con grandes conjuntos de datos, proporcionando tanto velocidad DRAM como capacidad NAND. La memoria SCM no sólo es más rápida que las alternativas basadas en NAND: es diez veces más rápida. La latencia es de microsegundos, no de milisegundos.
Los expertos del mercado señalan que los centros de datos que planean utilizar SCM estarán limitados por el hecho de que esta tecnología solo funcionará en servidores que utilicen procesadores Intel Cascade Lake. Sin embargo, en su opinión, esto no será un obstáculo para detener la ola de actualizaciones de los centros de datos existentes para proporcionar altas velocidades de procesamiento.
De la realidad previsible al futuro lejano
Para la mayoría de los usuarios, el almacenamiento de datos no implica una sensación de “Armagedón capacitivo”. Pero piénselo: los 3,7 millones de personas que actualmente utilizan Internet generan alrededor de 2,5 quintillones de bytes de datos cada día. Para satisfacer esta necesidad, se necesitan cada vez más centros de datos.
Según las estadísticas, hasta 2025 el mundo estará preparado para procesar 160 zetabytes de datos al año (más bytes que estrellas en el universo observable). Es probable que en el futuro tengamos que cubrir cada metro cuadrado del planeta Tierra con centros de datos; de lo contrario, las corporaciones simplemente no podrán adaptarse a un crecimiento tan alto de la información. O... tendrás que ceder algunos datos. Sin embargo, existen varias tecnologías potencialmente interesantes que podrían resolver el creciente problema de la sobrecarga de información.
Estructura del ADN como base para el futuro almacenamiento de datos.
No sólo las corporaciones de TI buscan nuevas formas de almacenar y procesar información, sino también muchos científicos. La tarea global es garantizar la preservación de la información durante miles de años. Investigadores de ETH Zurich, Suiza, creen que la solución debe encontrarse en un sistema de almacenamiento de datos orgánico que existe en cada célula viva: el ADN. Y lo más importante es que este sistema fue "inventado" mucho antes de la llegada de la computadora.
Las cadenas de ADN son portadoras de información muy complejas, compactas e increíblemente densas: según los científicos, en un gramo de ADN se pueden registrar 455 exabytes de datos, mientras que 1 Ebyte equivale a mil millones de gigabytes. Los primeros experimentos ya permitieron registrar 83 KB de información en el ADN, tras lo cual el profesor del Departamento de Química y Ciencias Biológicas, Robert Grass, expresó la idea de que en la nueva década el campo de la medicina debe unirse más estrechamente con la estructura informática para desarrollos conjuntos en el ámbito de las tecnologías de grabación y almacenamiento de datos.
Según los científicos, los dispositivos de almacenamiento de datos orgánicos basados en cadenas de ADN podrían almacenar información durante hasta un millón de años y proporcionarla con precisión a la primera solicitud. Es posible que dentro de unas décadas la mayoría de las unidades luchen precisamente por esta oportunidad: la capacidad de almacenar datos de manera confiable y con capacidad durante mucho tiempo.
Los suizos no son los únicos que trabajan en sistemas de almacenamiento basados en el ADN. Esta cuestión se ha planteado desde 1953, cuando Francis Crick descubrió la doble hélice del ADN. Pero en ese momento la humanidad simplemente no tenía suficientes conocimientos para tales experimentos. El pensamiento tradicional sobre el almacenamiento de ADN se ha centrado en la síntesis de nuevas moléculas de ADN; hacer coincidir una secuencia de bits con una secuencia de cuatro pares de bases de ADN y crear suficientes moléculas para representar todos los números que deben almacenarse. Así, en el verano de 2019, los ingenieros de la empresa CATALOG lograron grabar 16 GB de Wikipedia en inglés en ADN creado a partir de polímeros sintéticos. El problema es que este proceso es lento y costoso, lo que supone un importante cuello de botella cuando se trata de almacenamiento de datos.
No sólo el ADN...: dispositivos de almacenamiento molecular
Investigadores de la Universidad de Brown (EE.UU.) afirman que la molécula de ADN no es la única opción para el almacenamiento molecular de datos durante hasta un millón de años. Los metabolitos de bajo peso molecular también pueden actuar como almacenamiento orgánico. Cuando la información se escribe en un conjunto de metabolitos, las moléculas comienzan a interactuar entre sí y producen nuevas partículas eléctricamente neutras que contienen los datos registrados en ellas.
Por cierto, los investigadores no se detuvieron ahí y ampliaron el conjunto de moléculas orgánicas, lo que permitió aumentar la densidad de los datos registrados. Leer dicha información es posible mediante análisis químicos. Lo único negativo es que la implementación de un dispositivo de almacenamiento orgánico de este tipo aún no es posible en la práctica fuera de las condiciones de laboratorio. Esto es sólo desarrollo para el futuro.
Memoria óptica 5D: una revolución en el almacenamiento de datos
Otro repositorio experimental pertenece a desarrolladores de la Universidad de Southampton, Inglaterra. En un esfuerzo por crear un sistema de almacenamiento digital innovador que pueda durar millones de años, los científicos han desarrollado un proceso para registrar datos en un pequeño disco de cuarzo que se basa en el registro de pulsos de femtosegundos. El sistema de almacenamiento está diseñado para archivar y almacenar en frío grandes volúmenes de datos y se describe como almacenamiento de cinco dimensiones.
¿Por qué cinco dimensiones? El hecho es que la información está codificada en varias capas, incluidas las habituales tres dimensiones. A estas dimensiones se añaden dos más: el tamaño y la orientación de los nanopuntos. La capacidad de datos que se puede registrar en una miniunidad de este tipo es de hasta 100 petabytes y la vida útil de almacenamiento es de 13,8 millones de años a temperaturas de hasta 190°C. La temperatura máxima de calentamiento que puede soportar el disco es de 982 °C. En definitiva… ¡es prácticamente eterno!
El trabajo de la Universidad de Southampton ha llamado recientemente la atención de Microsoft, cuyo programa de almacenamiento en la nube, Project Silica, pretende repensar las tecnologías de almacenamiento actuales. Según las previsiones "pequeñas y blandas", para 2023 más de 100 zetabytes de información se almacenarán en las nubes, por lo que incluso los sistemas de almacenamiento a gran escala se enfrentarán a dificultades.
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Fuente: habr.com