Depuis plusieurs décennies, les progrès de la technologie de stockage se mesurent principalement en termes de capacité de stockage et de vitesse de lecture/écriture des données. Au fil du temps, ces paramètres d'évaluation ont été complétés par des technologies et des méthodologies qui rendent les disques durs et SSD plus intelligents, plus flexibles et plus faciles à gérer. Chaque année, les fabricants de disques laissent traditionnellement entendre que le marché du Big Data va changer, et 2020 ne fait pas exception. Les responsables informatiques recherchent de plus en plus de moyens efficaces pour stocker et gérer d'énormes quantités de données et s'engagent une fois de plus à changer le cours des systèmes de stockage. Dans cet article, nous avons rassemblé les technologies les plus avancées pour stocker des informations et parlerons également des concepts de dispositifs de stockage futuristes qui n'ont pas encore trouvé leur implémentation physique.
Réseaux de stockage définis par logiciel
Lorsqu'il s'agit d'automatisation, de flexibilité et d'augmentation de la capacité de stockage, associées à une efficacité accrue du personnel, de plus en plus d'entreprises envisagent de passer aux réseaux de stockage dits logiciels ou SDS (Software-Defined Storage).
La caractéristique clé de la technologie SDS est la séparation du matériel et du logiciel : cela signifie . De plus, contrairement aux systèmes de stockage en réseau (NAS) ou de réseau de stockage (SAN) conventionnels, SDS est conçu pour fonctionner sur n'importe quel système x86 standard. Bien souvent, l’objectif du déploiement d’un SDS est d’améliorer les dépenses d’exploitation (OpEx) tout en nécessitant moins d’efforts administratifs.
La capacité des disques durs passera à 32 To
Les dispositifs de stockage magnétiques traditionnels ne sont pas morts du tout, mais connaissent simplement une renaissance technologique. Les disques durs modernes peuvent déjà offrir aux utilisateurs jusqu'à 16 To de stockage de données. Au cours des cinq prochaines années, cette capacité doublera. Dans le même temps, les disques durs continueront d'être le stockage à accès aléatoire le plus abordable et conserveront leur primauté en termes de prix par gigaoctet d'espace disque pendant de nombreuses années.
L’augmentation de capacité s’appuiera sur des technologies déjà connues :
- Entraînements à l'hélium (l'hélium réduit la traînée aérodynamique et les turbulences, permettant d'installer davantage de plaques magnétiques dans l'entraînement ; la génération de chaleur et la consommation d'énergie n'augmentent pas) ;
- Les lecteurs thermomagnétiques (ou HAMR HDD, dont l'apparition est attendue en 2021 et repose sur le principe de l'enregistrement de données par micro-ondes, lorsqu'une section du disque est chauffée par un laser et remagnétisée) ;
- Disque dur basé sur l'enregistrement en mosaïque (ou lecteurs SMR, où les pistes de données sont placées les unes sur les autres, dans un format en mosaïque ; cela garantit une haute densité d'enregistrement d'informations).
Les disques à l'hélium sont particulièrement demandés dans les centres de données cloud, et les disques durs SMR sont optimaux pour stocker de grandes archives et bibliothèques de données, accéder et mettre à jour des données qui ne sont pas nécessaires très souvent. Ils sont également idéaux pour créer des sauvegardes.
Les disques NVMe deviendront encore plus rapides
Les premiers disques SSD étaient connectés aux cartes mères via l'interface SATA ou SAS, mais ces interfaces ont été développées il y a plus de 10 ans pour les disques durs magnétiques. Le protocole NVMe moderne est un protocole de communication beaucoup plus puissant conçu pour les systèmes offrant une vitesse de traitement des données élevée. En conséquence, au tournant de l’année 2019-2020, nous constatons une baisse importante des prix des SSD NVMe, qui deviennent accessibles à toutes les catégories d’utilisateurs. Dans le segment des entreprises, les solutions NVMe sont particulièrement appréciées par les entreprises qui ont besoin d'analyser le Big Data en temps réel.
Des entreprises comme Kingston et Samsung ont déjà montré à quoi les utilisateurs professionnels peuvent s'attendre en 2020 : nous attendons tous que les SSD NVMe compatibles PCIe 4.0 ajoutent encore plus de vitesse de traitement des données au centre de données. Les performances déclarées des nouveaux produits sont de 4,8 Go/s, et c'est loin d'être la limite. Les prochaines générations sera capable de fournir un débit de 7 Go/s.
Avec la spécification NVMe-oF (ou NVMe over Fabrics), les organisations seront en mesure de créer des réseaux de stockage hautes performances avec une latence minimale qui concurrenceront fortement les centres de données DAS (ou Direct-Attached Storage). Dans le même temps, grâce à NVMe-oF, les opérations d'E/S sont traitées plus efficacement, tandis que la latence est comparable à celle des systèmes DAS. Les analystes prédisent que le déploiement de systèmes fonctionnant sur le protocole NVMe-oF s'accélérera rapidement en 2020.
La mémoire QLC fonctionnera-t-elle enfin ?
La mémoire flash NAND Quad Level Cell (QLC) connaîtra également une popularité croissante sur le marché. QLC a été introduit en 2019 et a donc été peu adopté sur le marché. Cela va changer en 2020, en particulier parmi les entreprises qui ont adopté la technologie LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) pour surmonter les défis inhérents à QLC.
Selon les prévisions des analystes, la croissance des ventes de disques SSD basés sur des cellules QLC augmentera de 10 %, tandis que les solutions TLC « capteront » 85 % du marché. Quoi qu'on en dise, le SSD QLC est encore loin en termes de performances par rapport au SSD TLC et ne deviendra pas la base des centres de données dans les cinq prochaines années.
Dans le même temps, le coût de la mémoire flash NAND devrait augmenter en 2020, c'est pourquoi le fournisseur de contrôleurs SSD Phison, par exemple, parie que la hausse des prix finira par pousser le marché des SSD grand public vers la mémoire flash QLC NAND 4 bits. À propos, Intel prévoit de lancer des solutions QLC à 144 couches (au lieu de produits à 96 couches). Eh bien... il semble que nous nous dirigeons vers une marginalisation accrue des disques durs.
Mémoire SCM : vitesse proche de la DRAM
L’adoption généralisée de la mémoire SCM (Storage Class Memory) est prédite depuis plusieurs années, et 2020 pourrait être le point de départ pour que ces prédictions se réalisent enfin. Même si les modules de mémoire Intel Optane, Toshiba XL-Flash et Samsung Z-SSD sont déjà entrés sur le marché des entreprises, leur apparition n'a pas provoqué une réaction massive.
L'appareil d'Intel combine les caractéristiques d'une DRAM rapide mais instable avec un stockage NAND plus lent mais persistant. Cette combinaison vise à améliorer la capacité des utilisateurs à travailler avec de grands ensembles de données, en offrant à la fois la vitesse de la DRAM et la capacité NAND. La mémoire SCM n'est pas seulement plus rapide que les alternatives basées sur NAND : elle est dix fois plus rapide. La latence est de quelques microsecondes et non de quelques millisecondes.
Les experts du marché notent que les centres de données envisageant d'utiliser SCM seront limités par le fait que cette technologie ne fonctionnera que sur des serveurs utilisant des processeurs Intel Cascade Lake. Cependant, à leur avis, cela ne constituera pas un obstacle pour arrêter la vague de mises à niveau des centres de données existants afin d'offrir des vitesses de traitement élevées.
De la réalité prévisible au futur lointain
Pour la plupart des utilisateurs, le stockage de données n’implique pas une sensation d’« Armageddon capacitif ». Mais réfléchissez-y : les 3,7 milliards de personnes qui utilisent actuellement Internet génèrent chaque jour environ 2,5 quintillions d’octets de données. Pour répondre à ce besoin, de plus en plus de centres de données sont nécessaires.
Selon les statistiques, d'ici 2025, le monde sera prêt à traiter 160 zétaoctets de données par an (soit plus d'octets que d'étoiles dans l'Univers observable). Il est probable qu'à l'avenir, nous devrons couvrir chaque mètre carré de la planète Terre de centres de données, sinon les entreprises ne seront tout simplement pas en mesure de s'adapter à une telle croissance de l'information. Ou... vous devrez renoncer à certaines données. Il existe cependant plusieurs technologies potentiellement intéressantes qui pourraient résoudre le problème croissant de la surcharge d’informations.
La structure de l'ADN comme base pour le futur stockage de données
Non seulement les sociétés informatiques recherchent de nouvelles façons de stocker et de traiter les informations, mais également de nombreux scientifiques. La tâche mondiale est d’assurer la préservation des informations pendant des milliers d’années. Des chercheurs de l'ETH Zurich, en Suisse, estiment que la solution doit être trouvée dans un système de stockage de données organique présent dans chaque cellule vivante : l'ADN. Et surtout, ce système a été « inventé » bien avant l’avènement de l’ordinateur.
Les brins d'ADN sont des supports d'informations très complexes, compacts et incroyablement denses : selon les scientifiques, 455 exaoctets de données peuvent être enregistrés dans un gramme d'ADN, où 1 octet équivaut à un milliard de gigaoctets. Les premières expériences ont déjà permis d'enregistrer 83 Ko d'informations dans l'ADN, après quoi un professeur du Département de chimie et des sciences biologiques, Robert Grass, a exprimé l'idée que dans la nouvelle décennie, le domaine médical doit s'unir plus étroitement avec la structure informatique pour les développements communs dans le domaine des technologies d'enregistrement et du stockage de données.
Selon les scientifiques, les dispositifs de stockage de données organiques basés sur des chaînes d'ADN pourraient stocker des informations pendant un million d'années et les fournir avec précision à la première demande. Il est possible que dans quelques décennies, la plupart des disques se battent précisément pour cette opportunité : la capacité de stocker des données de manière fiable et de grande capacité pendant une longue période.
Les Suisses ne sont pas les seuls à travailler sur des systèmes de stockage basés sur l'ADN. Cette question se pose depuis 1953, lorsque Francis Crick découvre la double hélice de l'ADN. Mais à cette époque, l’humanité ne disposait tout simplement pas de suffisamment de connaissances pour de telles expériences. La pensée traditionnelle en matière de stockage de l’ADN s’est concentrée sur la synthèse de nouvelles molécules d’ADN ; faire correspondre une séquence de bits à une séquence de quatre paires de bases d'ADN et créer suffisamment de molécules pour représenter tous les nombres qui doivent être stockés. Ainsi, à l'été 2019, les ingénieurs de la société CATALOG ont réussi à enregistrer 16 Go de Wikipédia en anglais dans de l'ADN créé à partir de polymères synthétiques. Le problème est que ce processus est lent et coûteux, ce qui constitue un goulot d’étranglement important en matière de stockage de données.
Pas seulement l'ADN... : les dispositifs de stockage moléculaire
Des chercheurs de l'Université Brown (États-Unis) affirment que la molécule d'ADN n'est pas la seule possibilité de stockage moléculaire de données jusqu'à un million d'années. Les métabolites de faible poids moléculaire peuvent également servir de stockage organique. Lorsque des informations sont écrites dans un ensemble de métabolites, les molécules commencent à interagir les unes avec les autres et à produire de nouvelles particules électriquement neutres contenant les données qui y sont enregistrées.
D'ailleurs, les chercheurs ne se sont pas arrêtés là et ont élargi l'ensemble des molécules organiques, ce qui a permis d'augmenter la densité des données enregistrées. La lecture de ces informations est possible grâce à l’analyse chimique. Le seul point négatif est que la mise en œuvre d’un tel dispositif de stockage organique n’est pas encore possible en pratique, en dehors des conditions de laboratoire. Il s’agit simplement d’un développement pour l’avenir.
Mémoire optique 5D : une révolution dans le stockage de données
Un autre référentiel expérimental appartient aux développeurs de l'Université de Southampton, en Angleterre. Dans le but de créer un système de stockage numérique innovant pouvant durer des millions d'années, les scientifiques ont développé un processus d'enregistrement de données sur un petit disque de quartz basé sur l'enregistrement d'impulsions femtosecondes. Le système de stockage est conçu pour l'archivage et le stockage à froid de grands volumes de données et est décrit comme un stockage à cinq dimensions.
Pourquoi en cinq dimensions ? Le fait est que les informations sont codées en plusieurs couches, dont les trois dimensions habituelles. À ces dimensions, deux autres sont ajoutées : la taille et l’orientation des nanopoints. La capacité de données pouvant être enregistrée sur un tel mini-disque peut atteindre 100 pétaoctets et la durée de stockage est de 13,8 milliards d'années à des températures allant jusqu'à 190°C. La température de chauffage maximale à laquelle le disque peut résister est de 982 °C. Bref... c'est pratiquement éternel !
Les travaux de l'Université de Southampton ont récemment attiré l'attention de Microsoft, dont le programme de stockage cloud Project Silica vise à repenser les technologies de stockage actuelles. Selon les prévisions « small-soft », d'ici 2023, plus de 100 zétaoctets d'informations seront stockés dans les nuages, de sorte que même les systèmes de stockage à grande échelle seront confrontés à des difficultés.
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Source: habr.com