Mitu aastakümmet on salvestustehnoloogia edusamme mõõdetud eelkõige mälumahu ja andmete lugemis-/kirjutuskiiruse järgi. Aja jooksul on neid hindamisparameetreid täiendatud tehnoloogiate ja metoodikatega, mis muudavad HDD- ja SSD-draivid nutikamaks, paindlikumaks ja hõlpsamini hallatavaks. Igal aastal vihjavad draivitootjad traditsiooniliselt, et suurandmete turg muutub ja 2020. aasta pole erand. IT-juhid otsivad üha enam tõhusaid viise tohutute andmemahtude salvestamiseks ja haldamiseks ning lubavad taas salvestussüsteemide käiku muuta. Selles artiklis oleme kogunud teabe salvestamiseks kõige arenenumad tehnoloogiad ja räägime ka futuristlike salvestusseadmete kontseptsioonidest, mis pole veel oma füüsilist teostust leidnud.
Tarkvaraga määratud salvestusvõrgud
Kui rääkida automatiseerimisest, paindlikkusest ja suurenenud salvestusmahust koos suurenenud personali efektiivsusega, siis üha enam ettevõtteid kaalub üleminekut nn tarkvarapõhisele salvestusvõrkudele ehk SDS-ile (Software-Defined Storage).
SDS-tehnoloogia põhijooneks on riistvara eraldamine tarkvarast: see tähendab . Lisaks, erinevalt tavapärastest võrguga ühendatud salvestussüsteemidest (NAS) või salvestuspiirkonna võrgu (SAN) süsteemidest, on SDS loodud töötama mis tahes standardsetes x86-süsteemides. Üsna sageli on SDS-i juurutamise eesmärk parandada tegevuskulusid (OpEx), nõudes samal ajal vähem halduskoormust.
HDD-draivide maht suureneb 32 TB-ni
Traditsioonilised magnetsalvestusseadmed ei ole sugugi surnud, vaid on alles tehnoloogilist renessanssi. Tänapäevased kõvakettad suudavad juba praegu pakkuda kasutajatele kuni 16 TB andmesalvestusruumi. Järgmise viie aasta jooksul see võimsus kahekordistub. Samal ajal on kõvakettadraivid jätkuvalt kõige taskukohasemad juhusliku juurdepääsuga salvestusruumid ja säilitavad kettaruumi gigabaidi hinna osas oma ülimuslikkuse veel palju aastaid.
Tootmisvõimsuse suurendamine põhineb juba tuntud tehnoloogiatel:
- Heeliumajamid (heelium vähendab aerodünaamilist takistust ja turbulentsi, võimaldades ajamisse paigaldada rohkem magnetplaate; soojuse teke ja voolutarve ei suurene);
- Termomagnetajamid (ehk HAMR HDD, mille ilmumist on oodata 2021. aastal ja mis on üles ehitatud mikrolaineandmete salvestamise põhimõttel, kui ketta osa kuumutatakse laseriga ja magnetiseeritakse ümber);
- Paanitud salvestusel põhinev kõvaketas (või SMR-draivid, kus andmerajad on paigutatud üksteise peale, plaaditud formaadis; see tagab teabe salvestamise suure tiheduse).
Heeliumidraivid on eriti nõutud pilvandmekeskustes ning SMR-kõvakettad on optimaalsed suurte arhiivide ja andmekogude hoidmiseks, andmetele juurdepääsuks ja nende värskendamiseks, mida ei vajata väga sageli. Need sobivad ideaalselt ka varukoopiate tegemiseks.
NVMe draivid muutuvad veelgi kiiremaks
Esimesed SSD-draivid ühendati emaplaatidega SATA- või SAS-liidese kaudu, kuid need liidesed töötati välja enam kui 10 aastat tagasi magnetiliste kõvaketaste jaoks. Kaasaegne NVMe-protokoll on palju võimsam sideprotokoll, mis on loodud süsteemide jaoks, mis pakuvad suurt andmetöötluskiirust. Selle tulemusel näeme 2019.–2020. aasta vahetusel NVMe SSD-de tõsist hinnalangust, mis muutuvad kättesaadavaks igale kasutajaklassile. Ettevõtete segmendis hindavad NVMe lahendusi eriti need ettevõtted, kes peavad suurandmeid reaalajas analüüsima.
Sellised ettevõtted nagu Kingston ja Samsung on juba näidanud, mida ettevõttekasutajad 2020. aastal oodata võivad: me kõik ootame PCIe 4.0 toega NVMe SSD-sid, mis lisaksid andmekeskusele veelgi suurema andmetöötluskiiruse. Uute toodete deklareeritud jõudlus on 4,8 GB/s ja see pole kaugeltki piir. Järgmised põlvkonnad suudab pakkuda läbilaskevõimet 7 GB/s.
Koos NVMe-oF (või NVMe over Fabrics) spetsifikatsiooniga saavad organisatsioonid luua minimaalse latentsusajaga suure jõudlusega salvestusvõrke, mis konkureerivad tugevalt DAS-i (või Direct-attached storage) andmekeskustega. Samal ajal töödeldakse NVMe-oF-i kasutades I/O toiminguid tõhusamalt, samas kui latentsusaeg on võrreldav DAS-süsteemidega. Analüütikud ennustavad, et NVMe-oF protokollil töötavate süsteemide kasutuselevõtt kiireneb 2020. aastal kiiresti.
Kas QLC-mälu hakkab lõpuks tööle?
Quad Level Cell (QLC) NAND-välkmälu muutub turul üha populaarsemaks. QLC tutvustati 2019. aastal ja seetõttu on see turul vähe kasutusele võetud. See muutub 2020. aastal, eriti ettevõtetes, kes on kasutusele võtnud LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) tehnoloogia, et ületada QLC-le omased väljakutsed.
Analüütikute prognooside kohaselt kasvab QLC-rakkudel põhinevate SSD-draivide müügikasv 10%, samas kui TLC-lahendused “hüütavad” 85% turust. Mida iganes öelda, on QLC SSD jõudluses TLC SSD-ga võrreldes ikka veel kõvasti maas ja sellest ei saa järgmise viie aasta jooksul andmekeskuste aluseks.
Samal ajal eeldatakse, et 2020. aastal NAND-välkmälu hind tõuseb, nii et näiteks SSD-kontrolleri müüja Phison kihlatab, et hinnatõusud viivad tarbijate SSD-turu lõpuks 4-bitise välkmälu -QLC NAND-mälu suunas. Muide, Intelil on plaanis turule tuua 144-kihilised QLC-lahendused (96-kihiliste toodete asemel). Noh... tundub, et oleme teel HDD-de edasise marginaliseerimise poole.
SCM-mälu: DRAM-ile lähedane kiirus
SCM (Storage Class Memory) mälu laialdast kasutuselevõttu on ennustatud juba mitu aastat ja 2020. aasta võib olla nende ennustuste lõpuks täitumise lähtepunkt. Kuigi Intel Optane, Toshiba XL-Flash ja Samsung Z-SSD mälumoodulid on juba ettevõtete turule sisenenud, pole nende välimus tekitanud ülekaalukat reaktsiooni.
Inteli seade ühendab kiire, kuid ebastabiilse DRAM-i omadused aeglasema, kuid püsiva NAND-salvestusega. Selle kombinatsiooni eesmärk on parandada kasutajate võimet töötada suurte andmekogudega, pakkudes nii DRAM-i kiirust kui ka NAND-i mahtu. SCM-mälu pole mitte ainult NAND-põhistest alternatiividest kiirem: see on kümme korda kiirem. Latentsusaeg on mikrosekundid, mitte millisekundid.
Turueksperdid märgivad, et SCM-i kasutada kavatsevaid andmekeskusi piirab asjaolu, et see tehnoloogia töötab ainult serverites, mis kasutavad Intel Cascade Lake'i protsessoreid. Siiski ei saa see nende hinnangul komistuskiviks peatada olemasolevate andmekeskuste uuenduslainet, et tagada kõrge töötlemiskiirus.
Ettenähtavast reaalsusest kaugesse tulevikku
Enamiku kasutajate jaoks ei kaasne andmete salvestamine "mahtuvusliku Armageddoni" tunnet. Kuid mõelge sellele: 3,7 miljardit inimest, kes praegu Internetti kasutavad, genereerivad iga päev umbes 2,5 kvintiljonit baiti andmeid. Selle vajaduse rahuldamiseks on vaja üha rohkem andmekeskusi.
Statistika kohaselt on maailm aastaks 2025 valmis töötlema 160 Zetabaiti andmeid aastas (see on rohkem baite kui tähed vaadeldavas universumis). Tõenäoliselt peame tulevikus katma andmekeskustega iga ruutmeetri planeedil Maa, vastasel juhul ei suuda ettevõtted lihtsalt nii suure infokasvuga kohaneda. Või... peate mõnest andmetest loobuma. Siiski on mitmeid potentsiaalselt huvitavaid tehnoloogiaid, mis võiksid lahendada kasvava teabe ülekülluse probleemi.
DNA struktuur tulevase andmete salvestamise aluseks
Informatsiooni salvestamiseks ja töötlemiseks ei otsi uusi viise mitte ainult IT-ettevõtted, vaid ka paljud teadlased. Ülemaailmne ülesanne on tagada teabe säilimine tuhandeid aastaid. Šveitsi ETH Zürichi teadlased usuvad, et lahendus tuleb leida orgaanilisest andmesalvestussüsteemist, mis on olemas igas elusrakus: DNA. Ja mis kõige tähtsam, see süsteem leiutati ammu enne arvuti tulekut.
DNA ahelad on infokandjatena väga keerulised, kompaktsed ja uskumatult tihedad: teadlaste sõnul saab ühe grammi DNA kohta salvestada 455 eksabaiti andmeid, kus 1 ebait võrdub miljardi gigabaidiga. Esimesed katsed on võimaldanud DNA-sse salvestada juba 83 KB informatsiooni, misjärel avaldas keemia- ja bioloogiateaduste osakonna õppejõud Robert Grass mõtet, et uuel kümnendil tuleb meditsiinivaldkonnal tihedamalt ühineda IT-struktuur ühisarendusteks salvestustehnoloogiate ja andmesalvestuse valdkonnas.
Teadlaste hinnangul suudavad DNA-ahelatel põhinevad orgaanilised andmesalvestusseadmed salvestada teavet kuni miljon aastat ja edastada seda esimesel nõudmisel täpselt. Võimalik, et mõne aastakümne pärast võitleb enamik draive just selle võimaluse nimel: võime usaldusväärselt ja mahukalt andmeid pikka aega salvestada.
Šveitslased pole ainsad, kes DNA-põhiste salvestussüsteemide kallal töötavad. Seda küsimust on tõstatatud alates 1953. aastast, mil Francis Crick avastas DNA kaksikheeliksi. Kuid tol hetkel polnud inimkonnal sellisteks katseteks piisavalt teadmisi. Traditsiooniline mõtlemine DNA säilitamisel on keskendunud uute DNA molekulide sünteesile; bittide järjestuse sobitamine neljast DNA aluspaarist koosneva järjestusega ja piisava hulga molekulide loomine, et esindada kõiki salvestamist vajavaid numbreid. Nii õnnestus ettevõtte CATALOG inseneridel 2019. aasta suvel salvestada sünteetilistest polümeeridest loodud DNA-sse 16 GB ingliskeelset Vikipeediat. Probleem on selles, et see protsess on aeglane ja kallis, mis on andmete salvestamisel oluline kitsaskoht.
Mitte ainult DNA...: molekulaarsed salvestusseadmed
Browni ülikooli (USA) teadlased ütlevad, et DNA molekul pole ainus võimalus andmete molekulaarseks säilitamiseks kuni miljon aastat. Madala molekulmassiga metaboliidid võivad toimida ka orgaanilise säilitajana. Kui informatsioon kirjutatakse metaboliitide komplekti, hakkavad molekulid üksteisega suhtlema ja tootma uusi elektriliselt neutraalseid osakesi, mis sisaldavad neisse salvestatud andmeid.
Muide, teadlased ei piirdunud sellega ja laiendasid orgaaniliste molekulide komplekti, mis võimaldas suurendada salvestatud andmete tihedust. Sellise teabe lugemine on võimalik keemilise analüüsi abil. Ainus negatiivne on see, et sellise orgaanilise salvestusseadme rakendamine pole praktikas veel võimalik väljaspool laboritingimusi. See on vaid areng tulevikuks.
5D optiline mälu: revolutsioon andmete salvestamises
Teine eksperimentaalne hoidla kuulub Inglismaalt Southamptoni ülikooli arendajatele. Püüdes luua uuenduslikku digitaalset salvestussüsteemi, mis võib kesta miljoneid aastaid, on teadlased välja töötanud protsessi andmete salvestamiseks väikesele kvartskettale, mis põhineb femtosekundiliste impulsside salvestamisel. Salvestussüsteem on mõeldud suurte andmemahtude arhiveerimiseks ja külmsalvestuseks ning seda kirjeldatakse kui viiemõõtmelist salvestust.
Miks viiemõõtmeline? Fakt on see, et teave on kodeeritud mitmes kihis, sealhulgas tavalises kolmes mõõtmes. Nendele mõõtmetele on lisatud veel kaks - suurus ja nanopunktide orientatsioon. Sellisele minikettale salvestatav andmemaht on kuni 100 petabaiti ja säilivusaeg kuni 13,8°C temperatuuril 190 miljardit aastat. Maksimaalne kuumutustemperatuur, mida ketas talub, on 982 °C. Ühesõnaga... see on praktiliselt igavene!
Southamptoni ülikooli töö on hiljuti pälvinud Microsofti tähelepanu, kelle pilvesalvestusprogrammi Project Silica eesmärk on praegused salvestustehnoloogiad ümber mõelda. “Väike-pehmete” prognooside kohaselt salvestatakse 2023. aastaks pilvedesse üle 100 Zetabaidi informatsiooni, nii et isegi suuremahulised salvestussüsteemid seisavad silmitsi raskustega.
Kingston Technology toodete kohta lisateabe saamiseks külastage ettevõtte ametlikku veebisaiti.
Allikas: www.habr.com