Useiden vuosikymmenten ajan tallennustekniikan kehitystä on mitattu ensisijaisesti tallennuskapasiteetilla ja tiedon luku-/kirjoitusnopeudella. Ajan mittaan näitä arviointiparametreja on täydennetty teknologioilla ja menetelmillä, jotka tekevät HDD- ja SSD-asemista älykkäämpiä, joustavampia ja helpompia hallita. Asemien valmistajat vihjaavat joka vuosi perinteisesti, että big data-markkinat muuttuvat, eikä 2020 ole poikkeus. IT-johtajat etsivät yhä enemmän tehokkaita tapoja tallentaa ja hallita valtavia tietomääriä, ja he lupaavat jälleen muuttaa tallennusjärjestelmien kulkua. Tässä artikkelissa olemme koonneet edistyneimmät tekniikat tietojen tallentamiseen ja puhumme myös futurististen tallennuslaitteiden käsitteistä, jotka eivät ole vielä löytäneet fyysistä toteutustaan.
Ohjelmiston määrittämät tallennusverkot
Mitä tulee automaatioon, joustavuuteen ja tallennuskapasiteetin kasvuun yhdistettynä henkilöstön tehokkuuden lisääntymiseen, yhä useammat yritykset harkitsevat siirtymistä niin sanottuihin ohjelmistokohtaisiin tallennusverkkoihin tai SDS:ään (Software-Defined Storage).
SDS-tekniikan keskeinen piirre on laitteiston erottaminen ohjelmistosta: se tarkoittaa . Lisäksi toisin kuin perinteiset verkkoon liitetyt tallennusjärjestelmät (NAS) tai tallennusalueverkko (SAN) -järjestelmät, SDS on suunniteltu toimimaan kaikissa standardeissa x86-järjestelmissä. Melko usein SDS:n käyttöönoton tavoitteena on parantaa käyttökustannuksia (OpEx) samalla, kun se vaatii vähemmän hallinnollista vaivaa.
Kiintolevyasemien kapasiteetti kasvaa 32 Tt:aan
Perinteiset magneettiset tallennuslaitteet eivät ole ollenkaan kuolleita, vaan ne ovat vasta kokemassa teknologista renessanssia. Nykyaikaiset kiintolevyt voivat jo tarjota käyttäjille jopa 16 Tt tallennustilaa. Seuraavien viiden vuoden aikana tämä kapasiteetti kaksinkertaistuu. Samanaikaisesti kiintolevyasemat ovat edelleen edullisin suorakäyttöinen tallennusväline ja säilyttävät ensisijaisuutensa levytilan gigatavua kohden vielä monta vuotta.
Kapasiteetin lisäys perustuu jo tunnettuihin teknologioihin:
- Heliumkäytöt (helium vähentää aerodynaamista vastusta ja turbulenssia, jolloin taajuusmuuttajaan voidaan asentaa enemmän magneettilevyjä; lämmöntuotanto ja virrankulutus eivät kasva);
- Lämpömagneettiset asemat (tai HAMR HDD, jonka odotetaan ilmestyvän vuonna 2021 ja on rakennettu mikroaaltotietojen tallennuksen periaatteelle, kun levyn osaa lämmitetään laserilla ja magnetoidaan uudelleen);
- Kiintolevy, joka perustuu laatoitettuun tallennukseen (tai SMR-asemat, joissa dataraidat on sijoitettu päällekkäin, laattamuodossa; tämä varmistaa tiedon tallennuksen suuren tiheyden).
Helium-asemat ovat erityisen kysyttyjä pilvipalvelukeskuksissa, ja SMR-kiintolevyt sopivat optimaalisesti suurten arkistojen ja tietokirjastojen tallentamiseen sekä harvoin tarpeellisten tietojen käsittelyyn ja päivittämiseen. Ne ovat myös ihanteellisia varmuuskopioiden luomiseen.
NVMe-asemat tulevat entistä nopeammiksi
Ensimmäiset SSD-asemat liitettiin emolevyihin SATA- tai SAS-liitännän kautta, mutta nämä rajapinnat kehitettiin yli 10 vuotta sitten magneettisille kiintolevyasemille. Nykyaikainen NVMe-protokolla on paljon tehokkaampi tiedonsiirtoprotokolla, joka on suunniteltu järjestelmille, jotka tarjoavat suuren tiedonkäsittelyn nopeuden. Seurauksena on, että vaihteessa 2019-2020 näemme NVMe SSD -levyjen hintojen vakavan laskun, ja ne ovat tulossa kaikkien käyttäjäryhmien saataville. Yrityssegmentissä NVMe-ratkaisuja arvostavat erityisesti ne yritykset, joiden on analysoitava big dataa reaaliajassa.
Yritykset, kuten Kingston ja Samsung, ovat jo osoittaneet, mitä yrityskäyttäjät voivat odottaa vuonna 2020: odotamme kaikki PCIe 4.0 -yhteensopivia NVMe SSD -levyjä, jotka lisäävät datakeskukseen entistä enemmän tiedonkäsittelynopeutta. Uusien tuotteiden ilmoitettu suorituskyky on 4,8 Gt/s, ja tämä on kaukana rajasta. Seuraavat sukupolvet pystyy tarjoamaan 7 Gt/s nopeuden.
Yhdessä NVMe-oF (tai NVMe over Fabrics) -spesifikaation kanssa organisaatiot voivat luoda korkean suorituskyvyn tallennusverkkoja minimaalisella viiveellä, jotka kilpailevat voimakkaasti DAS- (tai Direct-attached storage) -palvelinkeskusten kanssa. Samaan aikaan NVMe-oF:n avulla I/O-toiminnot käsitellään tehokkaammin, kun taas latenssi on verrattavissa DAS-järjestelmiin. Analyytikot ennustavat, että NVMe-oF-protokollalla toimivien järjestelmien käyttöönotto kiihtyy nopeasti vuonna 2020.
Toimiiko QLC-muisti vihdoin?
Quad Level Cell (QLC) NAND-flash-muisti tulee myös näkemään kasvavaa suosiota markkinoilla. QLC otettiin käyttöön vuonna 2019, ja siksi se on ollut markkinoilla vain vähän. Tämä muuttuu vuonna 2020, etenkin yrityksissä, jotka ovat ottaneet käyttöön LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) -teknologian voittaakseen QLC:n luontaiset haasteet.
Analyytikoiden ennusteiden mukaan QLC-kennoihin perustuvien SSD-asemien myynnin kasvu kasvaa 10 %, kun taas TLC-ratkaisut ”valtaavat” 85 % markkinoista. Sanotaanpa mitä tahansa, QLC SSD on edelleen kaukana suorituskyvyssä TLC SSD:stä, eikä siitä tule datakeskusten perustaa seuraavan viiden vuoden aikana.
Samaan aikaan NAND-flash-muistin hinnan odotetaan nousevan vuonna 2020, joten esimerkiksi SSD-ohjainten toimittaja Phison veikkaa, että hintojen nousu ajaa kuluttajan SSD-markkinat lopulta kohti 4-bittistä flash -QLC NAND -muistia. Muuten, Intel aikoo tuoda markkinoille 144-kerroksisia QLC-ratkaisuja (96-kerroksisten tuotteiden sijaan). No... näyttää siltä, että olemme matkalla kohti kiintolevyjen syrjäytymistä.
SCM-muisti: nopeus lähellä DRAM-muistia
SCM (Storage Class Memory) -muistin laajaa käyttöönottoa on ennustettu useiden vuosien ajan, ja vuosi 2020 saattaa olla lähtökohta näiden ennusteiden vihdoin toteutumiselle. Intel Optane-, Toshiba XL-Flash- ja Samsung Z-SSD -muistimoduulit ovat jo tulleet yritysmarkkinoille, mutta niiden ulkonäkö ei ole aiheuttanut ylivoimaista reaktiota.
Intelin laitteessa yhdistyvät nopean mutta epävakaan DRAM-muistin ominaisuudet hitaampaan mutta jatkuvaan NAND-tallennustilaan. Tämän yhdistelmän tavoitteena on parantaa käyttäjien kykyä työskennellä suurten tietojoukkojen kanssa tarjoamalla sekä DRAM-nopeuden että NAND-kapasiteetin. SCM-muisti ei ole vain nopeampi kuin NAND-pohjaiset vaihtoehdot: se on kymmenen kertaa nopeampi. Latenssi on mikrosekuntia, ei millisekuntia.
Markkinaasiantuntijat huomauttavat, että SCM:n käyttöä suunnittelevia palvelinkeskuksia rajoittaa se, että tämä tekniikka toimii vain palvelimilla, joissa käytetään Intel Cascade Lake -suorittimia. Heidän mielestään tämä ei kuitenkaan ole kompastuskivi pysäyttämään olemassa olevien datakeskusten päivitysaaltoa korkean käsittelynopeuden tarjoamiseksi.
Ennakoitavasta todellisuudesta kaukaiseen tulevaisuuteen
Useimmille käyttäjille tiedon tallennus ei sisällä "kapasitiivisen Armageddonin" tunnetta. Mutta ajattele sitä: ne 3,7 miljardia ihmistä, jotka tällä hetkellä käyttävät Internetiä, tuottavat noin 2,5 miljardia tavua dataa päivittäin. Tämän tarpeen täyttämiseksi tarvitaan yhä enemmän datakeskuksia.
Tilastojen mukaan vuoteen 2025 mennessä maailma on valmis käsittelemään 160 Zetabyyttiä dataa vuodessa (se on enemmän tavua kuin tähdet havaittavassa universumissa). On todennäköistä, että tulevaisuudessa joudumme peittämään kaikki maapallon neliömetrit datakeskuksilla, muuten yritykset eivät yksinkertaisesti pysty sopeutumaan näin suureen tiedon kasvuun. Tai... joudut luopumaan joistakin tiedoista. On kuitenkin olemassa useita mahdollisesti mielenkiintoisia teknologioita, jotka voivat ratkaista kasvavan tiedon ylikuormituksen ongelman.
DNA-rakenne pohjana tulevalle tiedon tallennukselle
IT-yritykset eivät etsi uusia tapoja tallentaa ja käsitellä tietoa, vaan myös monet tutkijat. Globaalina tehtävänä on varmistaa tiedon säilyminen tuhansia vuosia. Sveitsin ETH Zürichin tutkijat uskovat, että ratkaisu on löydettävä orgaanisesta tiedontallennusjärjestelmästä, joka on jokaisessa elävässä solussa: DNA. Ja mikä tärkeintä, tämä järjestelmä "keksittiin" kauan ennen tietokoneen tuloa.
DNA-säikeet ovat erittäin monimutkaisia, kompakteja ja uskomattoman tiheitä tiedon välittäjinä: tutkijoiden mukaan grammaan DNA:ta voidaan tallentaa 455 eksatavua tietoa, jossa 1 etavu vastaa miljardia gigatavua. Ensimmäiset kokeet ovat mahdollistaneet jo 83 KB:n tiedon tallentamisen DNA:han, minkä jälkeen kemian ja biologian laitoksen opettaja Robert Grass ilmaisi ajatuksen, että uudella vuosikymmenellä lääketieteen alan tulee tiiviimmin yhdistyä IT-rakenne yhteistä kehitystyötä varten tallennusteknologian ja tietojen tallennuksen alalla.
Tutkijoiden mukaan DNA-ketjuihin perustuvat orgaaniset tiedontallennuslaitteet voisivat tallentaa tietoa jopa miljoonaksi vuodeksi ja toimittaa ne tarkasti ensimmäisestä pyynnöstä. On mahdollista, että muutaman vuosikymmenen kuluttua useimmat asemat kamppailevat juuri tästä mahdollisuudesta: kyvystä tallentaa tietoja luotettavasti ja kapasiteetin pitkään.
Sveitsiläiset eivät ole ainoita, jotka työskentelevät DNA-pohjaisten tallennusjärjestelmien parissa. Tämä kysymys on ollut esillä vuodesta 1953 lähtien, jolloin Francis Crick löysi DNA:n kaksoiskierteen. Mutta sillä hetkellä ihmiskunnalla ei yksinkertaisesti ollut tarpeeksi tietoa tällaisiin kokeisiin. Perinteinen ajattelu DNA-varastoinnin alalla on keskittynyt uusien DNA-molekyylien synteesiin; sovitetaan bittisekvenssi neljän DNA-emäsparin sekvenssiin ja luodaan tarpeeksi molekyylejä edustamaan kaikkia tallennettavia lukuja. Näin kesällä 2019 CATALOG-yrityksen insinöörit onnistuivat tallentamaan 16 Gt englanninkielistä Wikipediaa synteettisistä polymeereistä luotuun DNA:han. Ongelmana on, että tämä prosessi on hidas ja kallis, mikä on merkittävä pullonkaula tiedon tallennuksen kannalta.
Ei pelkästään DNA:ta...: molekyylimuistilaitteet
Brownin yliopiston (USA) tutkijat sanovat, että DNA-molekyyli ei ole ainoa vaihtoehto tietojen molekyyliseen tallentamiseen jopa miljoonaksi vuodeksi. Pienen molekyylipainon aineenvaihduntatuotteet voivat toimia myös orgaanisena varastona. Kun tietoa kirjoitetaan aineenvaihduntatuotteiden joukkoon, molekyylit alkavat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja tuottavat uusia sähköisesti neutraaleja hiukkasia, jotka sisältävät niihin tallennetun tiedon.
Muuten, tutkijat eivät pysähtyneet tähän ja laajensivat orgaanisten molekyylien joukkoa, mikä mahdollisti tallennettujen tietojen tiheyden lisäämisen. Tällaisten tietojen lukeminen on mahdollista kemiallisen analyysin avulla. Ainoa negatiivinen asia on, että tällaisen orgaanisen varastointilaitteen toteuttaminen ei ole vielä käytännössä mahdollista laboratorio-olosuhteiden ulkopuolella. Tämä on vain kehitystä tulevaisuutta varten.
5D-optinen muisti: vallankumous tietojen tallentamisessa
Toinen kokeellinen arkisto kuuluu kehittäjille Southamptonin yliopistosta Englannista. Yrittääkseen luoda innovatiivisen digitaalisen tallennusjärjestelmän, joka voi kestää miljoonia vuosia, tutkijat ovat kehittäneet prosessin tietojen tallentamiseksi pienelle kvartsilevylle, joka perustuu femtosekuntien pulssin tallennukseen. Tallennusjärjestelmä on suunniteltu suurten tietomäärien arkistointiin ja kylmäsäilytykseen, ja sitä kuvataan viisiulotteiseksi varastoimiseksi.
Miksi viisiulotteinen? Tosiasia on, että tiedot on koodattu useisiin kerroksiin, mukaan lukien tavalliset kolme ulottuvuutta. Näihin mittoihin lisätään kaksi muuta - koko ja nanopisteen suunta. Tällaiselle minilevylle tallennettava tietokapasiteetti on jopa 100 petabyyttiä, ja säilytysaika on 13,8 miljardia vuotta jopa 190 °C:n lämpötiloissa. Suurin lämmityslämpötila, jonka levy kestää, on 982 °C. Lyhyesti sanottuna... se on käytännössä ikuista!
Southamptonin yliopiston työ on äskettäin kiinnittänyt Microsoftin huomion, jonka pilvitallennusohjelma Project Silica tähtää nykyisten tallennustekniikoiden uudelleenarviointiin. ”Small-soft”-ennusteiden mukaan vuoteen 2023 mennessä yli 100 Zetabyyttiä tietoa tallennetaan pilviin, joten suuretkin tallennusjärjestelmät kohtaavat vaikeuksia.
Lisätietoja Kingston Technologyn tuotteista on yhtiön virallisella verkkosivustolla.
Lähde: will.com