Tout fournisseur de cloud propose un service de stockage des données. Cela peut inclure des stockages froids et chauds, Ice-cold, etc. Il est assez pratique de stocker des informations dans le cloud. Mais comment les gens stockaient-ils des données il y a 10, 20 ou 50 ans ? Cloud4Y a traduit un article intéressant qui traite justement de ce sujet.
Un octet de données peut être stocké de différentes manières, car de nouveaux supports d'information plus performants et rapides apparaissent constamment. Un octet est une unité de stockage et de traitement des informations numériques, qui se compose de huit bits. Un bit peut enregistrer soit 0 soit 1.
Dans le cas des cartes perforées, un bit est stocké comme la présence ou l'absence d'un trou à un emplacement déterminé sur la carte. Si l'on remonte un peu plus loin dans le passé, à la machine analytique de Babbage, les registres stockant des nombres se composaient de roues dentées. Dans les dispositifs de stockage magnétiques, tels que les bandes et les disques, un bit est représenté par la polarité d'une certaine zone de film magnétique. Dans la mémoire dynamique à accès aléatoire moderne (DRAM), un bit est souvent représenté par une charge électrique à deux niveaux, stockée dans un dispositif qui accumulate de l'énergie électrique dans un champ électrique. Une capacité chargée ou déchargée stocke un bit de données.
En juin 1956 a inventé le mot pour désigner un groupe de bits utilisés pour coder un seul symbole . Parlons un peu du codage des caractères. Commençons par le code standard américain pour l'échange d'informations, ou ASCII (ASCII, en anglais American standard code for information interchange). L'ASCII était basé sur l'alphabet anglais, donc chaque lettre, chiffre et symbole (a-z, A-Z, 0-9, +, -, /, ", !, etc.) étaient représentés sous forme de nombres entiers de 7 bits allant de 32 à 127. Ce n'était pas vraiment très « convivial » pour d'autres langues. Pour supporter d'autres langues, Unicode a élargi l'ASCII. Dans Unicode, chaque caractère est représenté sous forme de point de code, ou symbole, par exemple, la lettre minuscule j — U+006A, où U désigne Unicode, suivi du nombre hexadécimal.
UTF-8 est une norme pour la représentation des caractères sous forme de huit bits, permettant de stocker chaque point de code dans la plage de 0 à 127 dans un octet. Si l'on se souvient d'ASCII, cela fonctionne assez bien pour les caractères anglais, mais les caractères d'autres langues sont souvent exprimés sur deux octets ou plus. UTF-16 est la norme pour représenter les caractères sous forme de 16 bits, tandis qu'UTF-32 est la norme pour les représenter sous forme de 32 bits. Dans ASCII, chaque caractère est un octet, alors que dans Unicode, ce qui n'est souvent pas exactement vrai, un caractère peut occuper 1, 2, 3 octets ou plus. Cet article utilisera différents regroupements de bits. Le nombre de bits dans un octet varie en fonction de la conception du support.
Dans cet article, nous allons entreprendre un voyage dans le temps à travers divers supports d'information afin de plonger dans l'histoire du stockage des données. Nous ne nous efforcerons pas d'explorer en profondeur chaque support d'information qui a jamais été inventé. Voici un article informatif amusant, qui ne prétend en aucun cas avoir une valeur encyclopédique.
Commençons. Supposons que nous ayons un octet de données à stocker : la lettre j, ou sous forme d'octet codé 6a, ou en binaire 01001010. Au cours de notre voyage dans le temps, cet octet de données sera utilisé dans certaines technologies de stockage qui seront décrites.
1951
Notre histoire commence en 1951 avec le lecteur de bande UNIVAC UNISERVO pour l'ordinateur UNIVAC 1. C'était le premier lecteur de bande conçu pour un ordinateur commercial. La bande était fabriquée à partir d'une fine bande de bronze nickelé de 12,65 mm de large (appelée Vicalloy) et mesurait près de 366 mètres de long. Nos octets de données pouvaient être stockés à une vitesse de 7 200 caractères par seconde sur la bande, se déplaçant à une vitesse de 2,54 mètres par seconde. À ce stade de l'histoire, vous pouviez mesurer la vitesse de l'algorithme de stockage par la distance parcourue par la bande.
1952
Nous allons avancer d'un an, au 21 mai 1952, lorsque IBM a annoncé la sortie de sa première unité de bande magnétique, l'IBM 726. Désormais, notre octet de données peut être transféré d'une bande métallique UNISERVO à une bande magnétique IBM. Ce nouveau domicile s'est avéré très confortable pour notre petit octet de données, car la bande peut contenir jusqu'à 2 millions de chiffres. Cette bande magnétique à 7 pistes se déplaçait à une vitesse de 1,9 mètre par seconde avec un débit de 12 500 ou 7500 (appelés à l'époque groupes de copie) par seconde. Pour référence : un article moyen sur Habr contient environ 10 000 caractères.
La bande IBM 726 comptait sept pistes, dont six étaient utilisées pour stocker des informations et une pour le contrôle de parité. Une bobine pouvait contenir jusqu'à 400 mètres de bande de 1,25 cm de large. Le débit de données atteignait théoriquement 12,5 milliers de caractères par seconde ; la densité d'enregistrement était de 40 bits par centimètre. Ce système utilisait une méthode de « canal sous vide », où la boucle de bande circulait entre deux points. Cela permettait à la bande de démarrer et de s'arrêter en quelques fractions de seconde. Cela a été réalisé grâce à la mise en place de longues colonnes sous vide entre les bobines de bande et les têtes de lecture/écriture pour absorber les augmentations soudaines de tension dans la bande, sans quoi la bande se serait généralement déchirée. Un anneau en plastique amovible à l'arrière de la bobine de bande offrait une protection contre l'écriture. Sur une bobine de bande, on pouvait stocker environ 1,1 .
Rappelez-vous des cassettes VHS. Que fallait-il faire pour revoir un film ? Remonter la bande ! Combien de fois avez-vous tourné la cassette autour d'un crayon pour ne pas gaspiller les piles et éviter la bande déchirée ou enroulée ? On peut en dire autant des bandes utilisées pour les ordinateurs. Les programmes ne pouvaient tout simplement pas sauter une section de bande ou accéder aléatoirement aux données, ils pouvaient lire et écrire les données de manière strictement séquentielle.
1956
Si l'on avance de quelques années, en 1956, l'ère du stockage sur disques magnétiques a commencé avec l'achèvement par IBM du développement du système informatique RAMAC 305, qui sera fourni par la société Zellerbach Paper. . Ce computer a été le premier à utiliser un disque dur à tête mobile. Le stockage disk RAMAC était composé de cinquante disques métalliques magnétiques d'un diamètre de 60,96 cm, capables de stocker environ cinq millions de caractères de données, 7 bits par caractère, et de tourner à une vitesse de 1200 tours par minute. La capacité de stockage était d'environ 3,75 mégaoctets.
RAMAC permettait d'accéder en temps réel à de grandes quantités de données, contrairement aux bandes magnétiques ou aux cartes perforées. IBM a commercialisé RAMAC comme un appareil capable de stocker l'équivalent de 64 000 . Auparavant, RAMAC avait introduit le concept de traitement continu des transactions au fur et à mesure de leur réalisation, afin que les données puissent être extraites immédiatement, tant qu'elles étaient encore fraîches. L'accès à nos données sur RAMAC pouvait maintenant s'effectuer à la vitesse de 100 000 . Auparavant, en utilisant des bandes, nous devions enregistrer et lire des données de manière séquentielle, et nous ne pouvions pas sauter au hasard à différentes sections de la bande. L'accès aléatoire aux données en temps réel était véritablement révolutionnaire à l'époque.
1963
Voyons-nous en 1963, lorsque le DECtape a été présenté. Son nom vient de la société Digital Equipment Corporation, connue sous le nom de DEC. Le DECtape était bon marché et fiable, ce qui lui a permis d'être utilisé dans de nombreuses générations d'ordinateurs DEC. C'était une bande de 19 mm, laminée et emprisonnée entre deux couches de mylar sur une bobine de quatre pouces (10,16 cm).
Contrairement à ses prédécesseurs lourds et volumineux, la bande DECtape pouvait être transportée à la main. Cela en faisait une excellente option pour les ordinateurs personnels. Contrairement aux analogues à 7 pistes, le DECtape avait 6 pistes de données, 2 pistes d'étiquettes et 2 pour les impulsions d'horloge. Les données étaient enregistrées à une vitesse de 350 bits par pouce (138 bits par cm). Notre octet de données, qui est de 8 bits mais peut être étendu à 12, pouvait être transmis sur le DECtape à la vitesse de 8325 mots de 12 bits par seconde à une vitesse de bande de 93 (±12) pouces par . C'est 8 % de plus de chiffres par seconde que sur la bande métallique UNISERVO en 1952.
1967
Quatre ans plus tard, en 1967, une petite équipe d'IBM a commencé à travailler sur le lecteur de disque IBM sous le code de . Alors, l'équipe a reçu la tâche de développer un moyen fiable et économique de charger des microcodes dans IBM System/370. Par la suite, le projet a été redéployé et réorienté pour charger le microcode dans le contrôleur de l'IBM 3330 Direct Access Storage Facility, sous le nom de code Merlin.
Aujourd'hui, notre byte peut être stocké sur des disquettes Mylar à revêtement magnétique, uniquement en lecture, connues aujourd'hui sous le nom de disquettes. Au moment de son lancement, le produit a été appelé IBM 23FD Floppy Disk Drive System. Les disques pouvaient contenir 80 kilooctets de données. Contrairement aux disques durs, l'utilisateur pouvait facilement transporter la disquette dans sa coque de protection d'un disque à l'autre. Plus tard, en 1973, IBM a lancé une disquette réinscriptible, qui est ensuite devenue un .
1969
En 1969, à bord du vaisseau spatial Apollo 11, qui a amené les astronautes américains sur la Lune et retour, l'ordinateur de bord AGC (Apollo Guidance Computer) avec sa « mémoire à cordes » a été lancé. Cette mémoire à cordes était faite à la main et pouvait contenir 72 kilooctets de données. La fabrication de la mémoire à cordes était laborieuse, lente et nécessitait des compétences similaires au tissage ; le tissage du programme dans la mémoire à cordes pouvait prendre . Mais c'était l'outil approprié pour l'époque, lorsqu'il était important d'inscrire un maximum dans un espace extrêmement limité. Lorsque le fil passait par l'un des brins circulaires, il représentait 1. Le fil qui entourait le brin représentait 0. Notre byte de données demandait à une personne plusieurs minutes de tissage dans la corde.
1977
En 1977, le Commodore PET a été lancé — le premier (réussi) ordinateur personnel. Le PET utilisait le Commodore 1530 Datasette, ce qui signifie données plus cassette. Le PET convertissait les données en signaux audio analogiques qui étaient ensuite stockés sur des . Cela a permis de créer une solution de stockage des données économique et fiable, bien que très lente. Notre petit byte de données pouvait être transmis à une vitesse d'environ 60-70 bytes par . Les cassettes pouvaient contenir environ 100 kilooctets sur un côté de 30 minutes, avec deux côtés par bande. Par exemple, sur un côté de la cassette, on pouvait placer environ deux images de 55 Ko. Les Datasette étaient également utilisés dans le Commodore VIC-20 et le Commodore 64.
1978
Un an plus tard, en 1978, MCA et Philips ont présenté le LaserDisc sous le nom de « Discovision ». Le film « Les Dents de la mer » a été le premier film vendu sur LaserDisc aux États-Unis. La qualité audio et vidéo était bien meilleure que celle des concurrents, mais le disque laser était trop cher pour la plupart des consommateurs. Contrairement aux cassettes VHS, sur lesquelles les gens pouvaient enregistrer des programmes télévisés, le LaserDisc ne permettait pas d'enregistrement. Les LaserDiscs fonctionnaient avec de la vidéo analogique, un son stéréo FM analogique et de la modulation par impulsion codée Un an plus tard, en 1979, Alan Shugart et Finis Connor ont fondé la société Seagate Technology avec l'idée de réduire la taille du disque dur à celle d'une disquette de 5 ¼ pouces, qui était à l'époque la norme. Leur premier produit en 1980 a été le disque dur Seagate ST506 - le premier disque dur pour ordinateurs compacts. Le disque contenait cinq mégaoctets de données, soit cinq fois plus que la disquette standard à l'époque. Les fondateurs ont réussi à atteindre leur objectif - réduire le disque à la taille d'une disquette de 5 ¼ pouces. Le nouvel appareil de stockage de données était une plaque métallique rigide recouverte des deux côtés d'une fine couche de matériau magnétique pour le stockage des données. Nos octets de données pouvaient être écrits sur le disque à une vitesse de 625 kilooctets par
1979
. C'est à peu près ce gif .
1981
l'industrie connaissons le sentier de l'Oregon s'est devenu la partie la plus importante de mon enfance.
1984
Peu après, en 1984, il a été annoncé la sortie du CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) avec des données uniquement en lecture. Ce sont des CD-ROM d'une capacité de 550 mégaoctets des entreprises Sony et Philips. Le format a évolué à partir des CD audio numériques, ou CD-DA, qui étaient utilisés pour distribuer de la musique. Le CD-DA a été développé par Sony et Philips en 1982, sa capacité était de 74 minutes. Selon la légende, lorsque Sony et Philips négociaient le standard CD-DA, l'un des quatre membres a insisté pour que cela puisse la "Neuvième Symphonie". Le premier produit sorti sur CD a été "L'Encyclopédie électronique Grolier", publiée en 1985. L'encyclopédie contenait neuf millions de mots, ce qui ne représentait que 12% de l'espace disque disponible, soit 553 . Nous aurions eu plus que suffisamment d'espace pour l'encyclopédie et un octet de données. Peu après, en 1985, les entreprises informatiques ont collaboré pour établir une norme pour les disques afin que n'importe quel ordinateur puisse en lire les informations.
1984
Également en 1984, Fujio Masuoka a développé un nouveau type de mémoire à porte flottante, appelée mémoire flash, capable d'être effacée et réécrite plusieurs fois.
Faisons une pause sur la mémoire flash utilisant un transistor à porte flottante. Les transistors sont des portes électriques qui peuvent être activées ou désactivées individuellement. Comme chaque transistor peut être dans deux états différents ( actif et inactif), il peut stocker deux chiffres différents : 0 et 1. La porte flottante se réfère à la deuxième porte ajoutée au transistor central. Cette deuxième porte est isolée par une fine couche d'oxyde. Ces transistors utilisent une faible tension appliquée à la porte du transistor pour indiquer s'il est allumé ou éteint, ce qui se traduit par 0 ou 1.
Avec des transistors flottants, lorsque la tension appropriée est appliquée à travers la couche d'oxyde, les électrons passent à travers et se coincent dans les transistors. Ainsi, même lorsque l'alimentation est coupée, les électrons restent piégés. Lorsque les transistors flottants ne contiennent pas d'électrons, ils représentent 1, et lorsqu'ils sont chargés, ils représentent 0. L'inverse de ce processus et l'application d'une tension appropriée à travers la couche d'oxyde dans la direction opposée permettent aux électrons de passer à travers les transistors flottants et de restaurer le transistor à son état d'origine. Par conséquent, les cellules sont rendues programmables et . Notre byte peut être programmé dans le transistor, sous la forme 01001010, avec des électrons piégés dans les transistors flottants pour représenter des zéros.
La conception de Masuoka était un peu plus accessible, mais moins flexible que le PROM effaçable électriquement (EEPROM), car elle nécessitait plusieurs groupes de cellules devant être effacées ensemble, mais cela se justifiait également par sa rapidité.
À cette époque, Masuoka travaillait chez Toshiba. Finalement, il quitta l'entreprise pour travailler à l'Université de Tohoku, car il n'était pas satisfait de l'absence de reconnaissance pour son travail. Masuoka a poursuivi Toshiba pour obtenir des compensations. En 2006, il a reçu 87 millions de yuans, soit l'équivalent de 758 000 dollars américains. Cela semble encore peu, compte tenu de l'impact qu'a eu la mémoire flash dans l'industrie.
Puisque nous parlons de mémoire flash, il vaut également la peine de mentionner la différence entre la mémoire flash NOR et NAND. Comme nous le savons déjà grâce à Masuoka, la mémoire flash stocke des informations dans des cellules de mémoire composées de transistors à porte flottante. Les noms des technologies sont directement liés à la façon dont les cellules de mémoire sont organisées.
Dans la mémoire flash NOR, les cellules de mémoire individuelles sont connectées en parallèle, offrant un accès aléatoire. Cette architecture permet de réduire le temps de lecture nécessaire pour l'accès aléatoire aux instructions du microprocesseur. La mémoire flash NOR est idéale pour des applications à faible densité qui sont principalement en lecture seule. C'est pourquoi la plupart des CPU chargent leur firmware généralement à partir de la mémoire flash NOR. Masuoka et ses collègues ont présenté l'invention de la mémoire flash NOR en 1984 et de la mémoire flash NAND en .
Les développeurs de la mémoire NAND Flash ont renoncé à l'accès aléatoire pour obtenir une taille de cellule de mémoire plus petite. Cela donne une taille de puce plus réduite et un coût inférieur par bit. L'architecture de la mémoire flash NAND est constituée de transistors mémoire connectés en série, composés de huit parties. Grâce à cela, une haute densité de stockage est atteinte, une taille de cellule de mémoire plus petite et des vitesses d'écriture et d'effacement des données plus rapides, car elle peut programmer simultanément les blocs de données. Cela est rendu possible par la nécessité de réécrire des données lorsque celles-ci ne sont pas enregistrées de manière séquentielle et que les données existent déjà dans .
1991
Passons à 1991, lorsque le prototype du disque à état solide (SSD) a été créé par la société SanDisk, alors connue sous le nom de . Le design comprenait un tableau de mémoire flash, des puces de mémoire non volatiles et un contrôleur intelligent pour la détection automatique et la correction des cellules défectueuses. La capacité du disque était de 20 mégaoctets avec un facteur de forme de 2,5 pouces, et son coût était estimé à environ 1000 dollars américains. Ce disque a été utilisé par IBM dans l'ordinateur .
1994
L'un de mes supports d'information préférés depuis l'enfance était les disques Zip. En 1994, la société Iomega a lancé le Zip Disk, une cartouche de 100 mégaoctets au format 3,5 pouces, légèrement plus épaisse qu'une disquette standard de 3,5 pouces. Les versions ultérieures des disques pouvaient stocker jusqu'à 2 gigaoctets. L'avantage de ces disques est qu'ils avaient la taille d'une disquette, mais pouvaient contenir un volume de données beaucoup plus important. Nos octets de données pouvaient être enregistrés sur un disque Zip à une vitesse de 1,4 mégaoctet par seconde. À titre de comparaison, à l'époque, les disquettes de 1,44 mégaoctet en 3,5 pouces étaient écrites à une vitesse d'environ 16 kilooctets par seconde. Sur le disque Zip, les têtes lisent/écrivent les données sans contact,
1994
La même année, SanDisk a présenté le CompactFlash, qui était largement utilisé dans les caméscopes numériques. Comme pour les CD, la vitesse du CompactFlash est basée sur des notations « x », telles que 8x, 20x, 133x, etc. La vitesse maximale de transfert de données est calculée sur la base de la vitesse de lecture d'un CD audio original, soit 150 Ko par seconde. La formule de transfert s'écrit R = Kx150 Ko/s, où R est le taux de transfert et K est le taux nominal. Ainsi, pour un CompactFlash 133x, notre octet de données sera enregistré à 133x150 Ko/s, soit environ 19 950 Ko/s ou 19,95 Mo/s. L'Association CompactFlash a été fondée en 1995 dans le but de créer une norme industrielle pour les cartes mémoire basées sur la mémoire flash.
1997
Quelques années plus tard, en 1997, un CD réinscriptible (CD-RW) a été lancé. Ce disque optique était utilisé pour stocker des données ainsi que pour copier et transférer des fichiers sur différents dispositifs. Les CD pouvaient être réinscrits environ 1000 fois, ce qui n'était pas un facteur limitant à l'époque, car les utilisateurs réécrivaient rarement des données.
Les CD-RW reposent sur une technologie de changement de la capacité réfléchissante de la surface. Dans le cas des CD-RW, des décalages de phase dans un revêtement spécial, composé d'argent, de tellure et d'indium, déterminent la capacité de réfléchir ou non le faisceau de lecture, ce qui correspond à 0 ou 1. Lorsque la connexion est dans un état cristallin, elle est translucide, ce qui signifie 1. Lorsque la connexion fond dans un état amorphe, elle devient opaque et non réfléchissante, ce qui 0. Ainsi, nous pourrions écrire notre octet de données comme 01001010.
Les DVD ont finalement conquis la majeure partie du marché des CD-RW.
1999
Passons à 1999, lorsque IBM a présenté les plus petits disques durs du monde à l'époque : les micro-disques IBM de 170 et 340 Mo. Ce furent de petits disques durs de 2,54 cm, conçus pour être installés dans des emplacements CompactFlash Type II. L'idée était de créer un dispositif qui fonctionnerait comme le CompactFlash, mais avec une capacité de mémoire plus grande. Cependant, ils ont rapidement été remplacés par des clés USB, puis par des cartes CompactFlash plus grandes lorsqu'elles sont devenues disponibles. Comme d'autres disques durs, les micro-disques étaient mécaniques et contenaient de petits disques tournants.
2000
Un an plus tard, en 2000, des clés USB ont été introduites. Ces clés étaient composées de mémoire flash enfermée dans un petit format avec une interface USB. Selon la version de l'interface USB utilisée, la vitesse pouvait varier. USB 1.1 est limité à 1,5 mégabit par seconde, tandis que l'USB 2.0 peut traiter jusqu'à 35 mégabits par seconde. , et l'USB 3.0 — 625 mégabits par seconde. Les premières clés USB de type C 3.1 ont été annoncées en mars 2015 et avaient une vitesse de lecture/écriture de 530 mégabits par seconde. Contrairement aux disquettes et aux disques optiques, les clés USB sont plus difficiles à rayer, mais elles offrent les mêmes capacités de stockage, ainsi que de transmission et de sauvegarde de fichiers. Les lecteurs de disquettes et de CD ont rapidement été remplacés par des ports USB.
2005
En 2005, les fabricants de disques durs (HDD) ont commencé à livrer des produits utilisant l'enregistrement magnétique perpendiculaire, ou PMR. Il est assez intéressant de noter que cela s'est produit en même temps qu'Apple a annoncé que l'iPod Nano utiliserait de la mémoire flash au lieu de disques durs de 1 pouce dans l'iPod Mini.
Un disque dur typique contient un ou plusieurs plateaux recouverts d'un film sensible au magnétisme, composé de minuscules grains magnétiques. Les données sont enregistrées lorsque la tête d'écriture magnétique passe légèrement au-dessus du plateau en rotation. Cela est très similaire à un tourne-disque traditionnel, la seule différence étant que dans un tourne-disque, la aiguille est en contact physique avec le disque. Au fur et à mesure que les plateaux tournent, l'air qui les touche crée une légère brise. De la même manière que l'air sur l'aile d'un avion génère une portance, l'air génère une portance sur la tête de surface aérodynamique. . La tête change rapidement la magnétisation d'une région magnétique de grains de sorte que son pôle magnétique pointe vers le haut ou vers le bas, représentant 1 ou 0.
Le prédécesseur de la PMR était l'enregistrement magnétique longitudinal, ou LMR. La densité d'enregistrement de la PMR peut dépasser celle de la LMR de plus de trois fois. La principale différence entre la PMR et la LMR réside dans le fait que la structure des grains et l'orientation magnétique des données enregistrées sur les supports PMR sont de type colonne, et non longitudinale. La PMR présente une meilleure stabilité thermique et un rapport signal-bruit (SNR) amélioré grâce à une meilleure séparation des grains et à une uniformité accrue. Elle se distingue également par une meilleure écriture grâce à des champs de tête plus puissants et un meilleur alignement magnétique du support. Comme pour la LMR, les limitations fondamentales de la PMR sont basées sur la stabilité thermique des bits de données enregistrés par le magnétisme et la nécessité d'avoir un SNR suffisant pour lire les informations enregistrées.
2007
En 2007, le premier disque dur d'une capacité de 1 To a été annoncé par Hitachi Global Storage Technologies. Le Hitachi Deskstar 7K1000 utilisait cinq plateaux de 200 Go en format 3,5 pouces et tournait à la vitesse de tr/min. C'est un énorme progrès par rapport au premier disque dur au monde, l'IBM RAMAC 350, qui avait une capacité d'environ 3,75 mégaoctets. Oh, comme nous avons progressé en 51 ans ! Mais attendez, il y a encore autre chose.
2009
En 2009, des travaux techniques ont été lancés pour créer une mémoire vive non volatile, ou . La mémoire non volatile (NVM) est un type de mémoire qui peut stocker des données de façon permanente, contrairement à la mémoire volatile qui nécessite une alimentation constante pour conserver les données. L'NVMe répond à la nécessité d'une interface évolutive pour le contrôleur hôte des composants périphériques basés sur des disques à semi-conducteurs prenant en charge la technologie PCIe, d'où son nom NVMe. Plus de 90 entreprises ont rejoint le groupe de travail pour le développement du projet. Tout cela était basé sur les résultats des travaux visant à définir spécifications de l'interface de mémoire non volatile pour le contrôleur hôte (NVMHCIS). Les meilleurs disques NVMe d'aujourd'hui peuvent traiter environ 3500 mégaoctets par seconde en lecture et 3300 mégaoctets par seconde en écriture. Écrire un octet de données j, avec lequel nous avons commencé, peut se faire très rapidement comparé à quelques minutes à tisser manuellement de la mémoire en corde pour l'ordinateur de guidage Apollo.
Le présent et l'avenir
de la mémoire de classe de stockage
Maintenant que nous avons voyagé dans le temps (haha !), examinons l'état actuel de la mémoire Storage Class Memory. SCM, tout comme NVM, est non volatile, mais SCM offre également des performances supérieures ou comparables à celles de la mémoire principale, ainsi que . L'objectif de SCM est de résoudre certains des problèmes de cache d'aujourd'hui, tels qu'une faible densité de mémoire statique à accès aléatoire (SRAM). Avec la mémoire dynamique (DRAM), nous pouvons obtenir une meilleure densité, mais cela se fait au détriment d'un accès plus lent. La DRAM souffre également de la nécessité d'une alimentation continue pour rafraîchir la mémoire. Clarifions cela un peu. L'alimentation est nécessaire, car la charge électrique des condensateurs s'épuise progressivement, c'est-à-dire qu'en l'absence d'intervention, les données sur la puce seront bientôt perdues. Pour éviter cette fuite, la DRAM nécessite un circuit externe de rafraîchissement de la mémoire qui réécrit périodiquement les données dans les condensateurs, les restaurant à leur charge initiale.
La mémoire à changement de phase (Phase-change memory, PCM)
Nous avons précédemment examiné comment le phase-change se produit pour les CD-RW. PCM est similaire. Le matériau utilisé pour le changement de phase est généralement Ge-Sb-Te, également connu sous le nom de GST, qui peut exister dans deux états différents : amorphe et cristallin. L'état amorphe a une résistance plus élevée, représentant 0, que l'état cristallin, représentant 1. En attribuant aux valeurs de données des résistances intermédiaires, la PCM peut être utilisée pour stocker plusieurs états sous forme de .
La mémoire à accès aléatoire par couple de transfert de spin (STT-RAM)
La STT-RAM se compose de deux couches ferromagnétiques magnétiques permanentes, séparées par un diélectrique, c'est-à-dire un isolant qui peut transmettre une force électrique sans conduction. Elle stocke des bits de données basés sur la différence des orientations magnétiques. Une couche magnétique, appelée la couche fixe, a une orientation magnétique fixe, tandis que l'autre couche magnétique, appelée couche libre, a une orientation magnétique qui est contrôlée par le courant passant. Pour 1, les orientations magnétiques des deux couches sont alignées. Pour 0, les deux couches ont des orientations magnétiques opposées.
Mémoire résistive à accès aléatoire (Resistive random access memory, ReRAM)
Une cellule ReRAM se compose de deux électrodes métalliques séparées par une couche d'oxyde métallique. Cela ressemble un peu au design de la mémoire flash Masuoka, où les électrons traversent la couche d’oxyde et se coincent dans des portes flottantes ou vice versa. Cependant, dans le cas de ReRAM, l'état de la cellule est déterminé en fonction de la concentration d'oxygène libre dans la couche d'oxyde métallique.
Bien que ces technologies soient prometteuses, elles présentent néanmoins des inconvénients. PCM et STT-RAM ont un temps de latence d'écriture élevé. Les latences de PCM sont dix fois supérieures à celles de la DRAM, tandis que celles de STT-RAM sont dix fois supérieures à celles de la SRAM. PCM et ReRAM ont une limite de durabilité d'écriture avant qu'une défaillance sérieuse ne se produise, ce qui signifie que l'élément de mémoire se bloque à .
En août 2015, Intel a annoncé le lancement d'Optane, son produit basé sur 3DXPoint. Optane prétend avoir des performances 1000 fois supérieures à celles des disques SSD NAND, bien que son prix soit quatre à cinq fois supérieur à celui de la mémoire flash. Optane prouve que la SCM n'est pas simplement une technologie expérimentale. Il sera intéressant de suivre l'évolution de ces technologies.
Disques durs (HDD)
Disque dur à hydrogène (HHDD)
Un disque dur à hydrogène est un disque dur haute capacité (HDD) rempli d'hélium et scellé hermétiquement lors de sa fabrication. Comme d'autres disques durs, comme mentionné précédemment, il ressemble à un lecteur avec un plateau en rotation recouvert de magnétisme. Les disques durs typiques contiennent simplement de l'air à l'intérieur de leur cavité, cependant cet air crée une certaine résistance lors de la rotation des plateaux.
Les ballons d'hélium s'envolent parce que l'hélium est plus léger que l'air. En fait, l'hélium représente 1/7 de la densité de l'air, ce qui réduit la force de freinage lors de la rotation des plateaux, entraînant une diminution de l'énergie nécessaire pour faire tourner les disques. Cependant, cette caractéristique est secondaire, la principale caractéristique distinctive de l'hélium étant qu'il permet de loger 7 plateaux dans le même format qui accueillait généralement seulement 5. Si nous rappelons l'analogie avec l'aile de notre avion, c'est un parfait parallèle. Étant donné que l'hélium réduit la résistance, la turbulence est éliminée.
Nous savons également que les ballons à hélium commencent à descendre après quelques jours, car l'hélium s'échappe. On peut en dire autant des disques durs. Il a fallu des années aux fabricants pour créer un conteneur empêchant la fuite d'hélium de son format pendant toute la durée de vie du disque. La société Backblaze a mené des expériences et a découvert que les disques durs à hélium avaient un taux de défaillance annuel de 1,03 %, tandis que pour les modèles standards, il était de 1,06 %. Bien sûr, cette différence est si minime qu'il est difficile d'en tirer une conclusion sérieuse. .
Un format rempli d'hélium peut contenir un disque dur encapsulé utilisant PMR, dont nous avons parlé plus haut, ou l'enregistrement magnétique à micro-ondes (MAMR) ou l'enregistrement magnétique thermique (HAMR). Toute technologie de stockage de données magnétique peut être associée à l'hélium au lieu de l'air. En 2014, HGST a combiné deux technologies avancées dans son disque dur à hélium de 10 To, qui utilisait l'enregistrement magnétique en couches géré par l'hôte, ou SMR (Shingled Magnetic Recording). Arrêtons-nous un moment sur le SMR, puis passons au MAMR et au HAMR.
La technologie d'enregistrement magnétique en couches
Nous avons précédemment examiné l'enregistrement magnétique perpendiculaire (PMR), qui était le prédécesseur du SMR. Contrairement au PMR, le SMR écrit de nouvelles pistes qui se chevauchent partiellement les pistes magnétiques précédemment enregistrées. Cela rend, à son tour, la piste précédente plus étroite, permettant une densité de pistes plus élevée. Le nom de la technologie fait référence au fait que les pistes qui se chevauchent ressemblent beaucoup à des tuiles sur un toit.
Le SMR entraîne un processus d'écriture beaucoup plus complexe, car l'écriture sur une piste écrase la piste adjacente. Cela ne se manifeste pas lorsque la surface du disque est vide et que les données sont séquentielles. Mais dès que vous écrivez sur une série de pistes qui contiennent déjà des données, les données adjacentes existantes sont effacées. Si la piste adjacente contient des données, elle doit être réécrite. C'est assez similaire à la mémoire flash NAND dont nous avons parlé précédemment.
Les dispositifs SMR permettent de masquer cette complexité grâce à une gestion via un firmware, offrant ainsi une interface similaire à n'importe quel autre disque dur. En revanche, les dispositifs SMR gérés par l'hôte, sans adaptation spéciale des applications et des systèmes d'exploitation, ne permettront pas d'utiliser ces disques. L'hôte doit effectuer l'écriture sur les dispositifs de manière strictement séquentielle. Cela garantit que les performances des dispositifs sont 100 % prévisibles. La société Seagate a commencé à livrer des disques SMR en 2013, affirmant que leur densité avait augmenté de 25% par rapport à la densité PMR.
Enregistrement magnétique assisté par micro-ondes (MAMR)
L'enregistrement magnétique assisté par micro-ondes (MAMR) est une technologie de mémoire magnétique qui utilise une énergie similaire à celle du HAMR (que nous examinerons plus tard). Une partie importante du MAMR est l'oscillateur à couple de spin (STO) ou « générateur basé sur le couple de spins ». Le STO est situé à proximité immédiate de la tête d'écriture. Lorsqu'un courant est appliqué dans le STO, un champ électromagnétique circulaire est généré à une fréquence de 20 à 40 GHz grâce à la polarisation des spins des électrons.
Sous l'influence de ce champ dans le ferromagnétique utilisé pour le MAMR, un résonance se produit, entraînant la précession des moments magnétiques des domaines dans ce champ. En substance, le moment magnétique s'écarte de son axe et pour changer sa direction (inversion), la tête d'écriture nécessite beaucoup moins d'énergie.
L'utilisation de la technologie MAMR permet de prendre des substances ferromagnétiques avec une force coercitive plus élevée, ce qui permet de réduire la taille des domaines magnétiques sans craindre d'engendrer un effet superparamagnétique. Le générateur STO aide à réduire la taille de la tête d'écriture, ce qui permet d'enregistrer des informations sur des domaines magnétiques plus petits, augmentant ainsi la densité d'enregistrement.
La société Western Digital, également connue sous le nom de WD, a présenté cette technologie en 2017. Peu après, en 2018, la société Toshiba a également soutenu cette technologie. Alors que les entreprises WD et Toshiba cherchent à développer la technologie MAMR, la société Seagate parie sur le HAMR.
Enregistrement thermomagnétique (HAMR)
L'enregistrement magnétique assisté par chaleur (HAMR) est une technologie de stockage de données économes en énergie qui permet d'augmenter considérablement la capacité de données pouvant être stockées sur un dispositif magnétique, tel qu'un disque dur, grâce à l'utilisation de chaleur fournie par un laser pour aider à inscrire les données sur la surface du substrat du disque dur. Grâce à la chaleur, les bits de données sont placés beaucoup plus près les uns des autres sur le substrat, ce qui permet d'augmenter la densité et la capacité des données.
Cette technologie est assez difficile à mettre en œuvre. Un laser de 200 mW chauffe rapidement Malgré de nombreuses déclarations sceptiques, Seagate a présenté cette technologie pour la première fois en 2013. Les premiers disques ont commencé à être livrés en 2018.
Fin de la cassette, rembobine au début !
Nous avons commencé en 1951 et terminons cet article en regardant vers l'avenir de la technologie de stockage. Les solutions de stockage de données ont beaucoup évolué au fil du temps : des bandes papier aux mémoires métalliques et magnétiques, en passant par la mémoire à cordes, les disques tournants, les disques optiques, la mémoire flash et d'autres. Au fil des progrès, des dispositifs de stockage de données plus rapides, compacts et performants ont vu le jour.
Si l'on compare NVMe à la bande métallique UNISERVO de 1951, NVMe peut lire 486 111 % de chiffres en plus par seconde. Si l'on compare NVMe à mon favori d'enfance, les disques Zip, NVMe peut lire 213,623 % de chiffres en plus par seconde.
Comparé à la bande métallique UNISERVO de 1951, le NVMe peut lire 486 111 % de chiffres en plus par seconde. Comparé à mon favori d'enfance, les disques Zip, le NVMe peut lire 213,623 % de chiffres en plus par seconde.
La seule chose qui reste vraie, c'est l'utilisation de 0 et 1. Les moyens par lesquels nous faisons cela varient considérablement. J'espère qu'à la prochaine fois que vous graverez un CD-RW avec des chansons pour un ami ou que vous sauvegarderez une vidéo familiale dans un Optical Disc Archive, vous penserez à la façon dont la surface non réfléchissante traduit la valeur en 0, tandis qu'une surface réfléchissante traduit en 1. Ou si vous créez une mixtape sur cassette, souvenez-vous que c'est très lié au Datasette utilisé dans le Commodore PET. Enfin, n'oubliez pas d'être gentil et de rembobiner.
Merci et pour les morceaux délicieux (je ne peux rien y faire) tout au long de l'article !
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Source : habr.com
