A tárolási technológia fejlődését több évtizede elsősorban a tárolókapacitásban és az adatolvasási/írási sebességben mérik. Az idő múlásával ezeket a kiértékelési paramétereket olyan technológiák és módszerek egészítették ki, amelyek intelligensebbé, rugalmasabbá és könnyebben kezelhetővé teszik a HDD- és SSD-meghajtókat. A meghajtógyártók minden évben hagyományosan utalnak arra, hogy a big data piac megváltozik, és ez alól 2020 sem kivétel. Az informatikai vezetők egyre inkább keresik a hatalmas mennyiségű adat tárolásának és kezelésének hatékony módjait, és ismét vállalják, hogy megváltoztatják a tárolórendszerek menetét. Ebben a cikkben összegyűjtöttük az információtárolás legfejlettebb technológiáit, és szó lesz a futurisztikus tárolóeszközök fogalmairól is, amelyek még nem találták meg fizikai megvalósításukat.
Szoftver által meghatározott tárolóhálózatok
Ami az automatizálást, a rugalmasságot és a megnövekedett tárolókapacitást, valamint a megnövekedett személyzeti hatékonyságot illeti, egyre több vállalkozás fontolgatja az úgynevezett szoftver által definiált tárolóhálózatokra vagy SDS-re (Software-Defined Storage) való váltást.
Az SDS technológia legfontosabb jellemzője a hardver és a szoftver elválasztása: vagyis azt jelenti . Ezenkívül a hagyományos hálózathoz csatolt tárolórendszerekkel (NAS) vagy tárolóhálózati (SAN) rendszerekkel ellentétben az SDS-t úgy tervezték, hogy bármilyen szabványos x86 rendszeren futjon. Az SDS bevezetésének célja gyakran a működési költségek (OpEx) javítása, miközben kevesebb adminisztratív erőfeszítést igényel.
A HDD-meghajtók kapacitása 32 TB-ra nő
A hagyományos mágneses tárolóeszközök egyáltalán nem haltak meg, csak éppen technológiai reneszánszát élik. A modern HDD-k már akár 16 TB adattárolást is kínálhatnak a felhasználóknak. A következő öt évben ez a kapacitás megduplázódik. Ugyanakkor a merevlemez-meghajtók továbbra is a legkedvezőbb árú véletlen hozzáférésű tárolók maradnak, és sok éven át megőrzik elsőbbségüket a lemezterület gigabájtjánkénti árában.
A kapacitásnövelés a már ismert technológiákon alapul:
- Hélium meghajtók (a hélium csökkenti az aerodinamikai ellenállást és turbulenciát, így több mágneses lemezt lehet beépíteni a hajtásba; a hőtermelés és az energiafogyasztás nem növekszik);
- Termomágneses meghajtók (vagy HAMR HDD, megjelenése 2021-ben várható, és a mikrohullámú adatrögzítés elvén épül fel, amikor a lemez egy részét lézerrel felmelegítik és újramágnesezik);
- Csempézett rögzítésre épülő HDD (vagy SMR meghajtók, ahol az adatsávok egymásra helyezkednek, csempézett formátumban; ez biztosítja az információrögzítés nagy sűrűségét).
A hélium meghajtókra különösen nagy a kereslet a felhőalapú adatközpontokban, az SMR HDD-k pedig optimálisak nagy archívumok és adatkönyvtárak tárolására, a nem túl gyakran szükséges adatok elérésére és frissítésére. Ideálisak biztonsági mentések készítésére is.
Az NVMe meghajtók még gyorsabbak lesznek
Az első SSD meghajtók SATA vagy SAS interfészen keresztül csatlakoztak az alaplapokhoz, de ezeket az interfészeket több mint 10 éve fejlesztették ki mágneses HDD meghajtókhoz. A modern NVMe protokoll egy sokkal erősebb kommunikációs protokoll, amelyet nagy adatfeldolgozási sebességet biztosító rendszerek számára terveztek. Ennek eredményeként 2019-2020 fordulóján komoly áresést tapasztalhatunk az NVMe SSD-k esetében, amelyek minden felhasználó számára elérhetővé válnak. A vállalati szegmensben az NVMe megoldásokat különösen azok a vállalkozások értékelik, amelyeknek valós időben kell elemezniük a nagy adatokat.
Az olyan cégek, mint a Kingston és a Samsung, már megmutatták, mire számíthatnak a vállalati felhasználók 2020-ban: mindannyian arra várunk, hogy a PCIe 4.0-t támogató NVMe SSD-k még nagyobb adatfeldolgozási sebességet adhassanak az adatközpontnak. Az új termékek deklarált teljesítménye 4,8 GB/s, és ez messze van a határtól. A következő generációk 7 GB/s átviteli sebességet tud majd biztosítani.
Az NVMe-oF (vagy NVMe over Fabrics) specifikációval együtt a szervezetek minimális késleltetésű, nagy teljesítményű tárolóhálózatokat hozhatnak létre, amelyek erősen versenyeznek a DAS (vagy Direct-attached storage) adatközpontokkal. Ugyanakkor az NVMe-oF használatával az I/O műveletek hatékonyabban dolgoznak fel, miközben a késleltetés a DAS rendszerekhez hasonló. Elemzők azt jósolják, hogy 2020-ban gyorsan felgyorsul az NVMe-oF protokollon futó rendszerek telepítése.
Működni fog végre a QLC memória?
A Quad Level Cell (QLC) NAND flash memória is egyre népszerűbb lesz a piacon. A QLC-t 2019-ben vezették be, ezért minimálisan terjedt el a piacon. Ez 2020-ban megváltozik, különösen azoknál a vállalatoknál, amelyek a LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) technológiát alkalmazták a QLC velejáró kihívásainak leküzdésére.
Az elemzői előrejelzések szerint a QLC cellákra épülő SSD-meghajtók eladási növekedése 10%-kal nő, míg a TLC-megoldások a piac 85%-át „befogják”. Bármit is mondjunk, a QLC SSD teljesítményben még mindig messze elmarad a TLC SSD-től, és a következő öt évben nem lesz az adatközpontok alapja.
Ugyanakkor a NAND flash memória ára várhatóan emelkedni fog 2020-ban, így például az SSD-vezérlőket gyártó Phison arra fogad, hogy az emelkedő árak végül a 4 bites flash -QLC NAND memória felé tolják a fogyasztói SSD-piacot. Az Intel egyébként 144 rétegű QLC megoldásokat tervez piacra dobni (a 96 rétegű termékek helyett). Nos... úgy tűnik, a HDD-k további marginalizálása felé tartunk.
SCM memória: sebesség közel a DRAM-hoz
Az SCM (Storage Class Memory) memória széles körű elterjedését már több éve jósolták, és 2020 lehet a kiindulópont, hogy ezek az előrejelzések végre valóra váljanak. Bár az Intel Optane, Toshiba XL-Flash és Samsung Z-SSD memóriamodulok már bekerültek a vállalati piacra, megjelenésük nem váltott ki elsöprő reakciót.
Az Intel eszköze a gyors, de instabil DRAM jellemzőit lassabb, de tartós NAND-tárolással ötvözi. Ennek a kombinációnak az a célja, hogy javítsa a felhasználók azon képességét, hogy nagy adatkészletekkel dolgozhassanak, mind DRAM-sebességet, mind NAND-kapacitást biztosítva. Az SCM memória nemcsak gyorsabb, mint a NAND-alapú alternatívák: tízszer gyorsabb. A várakozási idő mikroszekundum, nem ezredmásodperc.
Piaci szakértők megjegyzik, hogy az SCM használatát tervező adatközpontokat korlátozni fogja az a tény, hogy ez a technológia csak az Intel Cascade Lake processzorokat használó szervereken fog működni. Ez azonban véleményük szerint nem lesz akadálya annak, hogy megállítsák a meglévő adatközpontok frissítési hullámát a nagy feldolgozási sebesség érdekében.
A belátható valóságból a távoli jövőbe
A legtöbb felhasználó számára az adattárolás nem jár együtt a „kapacitív Armageddon” érzésével. De gondoljunk csak bele: az internetet jelenleg használó 3,7 milliárd ember körülbelül 2,5 kvintimillió bájt adatot generál naponta. Ennek az igénynek a kielégítéséhez egyre több adatközpontra van szükség.
A statisztikák szerint 2025-re a világ évi 160 Zetabájt adat feldolgozására készen áll (ez több bájt, mint a csillagok a megfigyelhető Univerzumban). Valószínű, hogy a jövőben a Föld bolygó minden négyzetméterét adatközpontokkal kell lefednünk, különben a vállalatok egyszerűen nem fognak tudni alkalmazkodni az ilyen mértékű információnövekedéshez. Vagy... fel kell adnia néhány adatot. Azonban számos potenciálisan érdekes technológia létezik, amelyek megoldhatják az információs túlterheltség növekvő problémáját.
A DNS szerkezete a jövőbeni adattárolás alapjaként
Nemcsak az informatikai vállalatok keresik az információk tárolásának és feldolgozásának új módjait, hanem sok tudós is. A globális feladat az információk több ezer éves megőrzésének biztosítása. A svájci ETH Zürich kutatói úgy vélik, hogy a megoldást egy olyan szerves adattároló rendszerben kell keresni, amely minden élő sejtben létezik: a DNS-ben. És ami a legfontosabb, ezt a rendszert jóval a számítógép megjelenése előtt „találták fel”.
A DNS-szálak nagyon összetettek, kompaktak és információhordozóként hihetetlenül sűrűek: a tudósok szerint egy gramm DNS-ben 455 exabájtnyi adat rögzíthető, ahol 1 Ebyte egymilliárd gigabájtnak felel meg. Az első kísérletek már lehetővé tették 83 KB információ rögzítését a DNS-ben, majd Robert Grass, a Kémiai és Biológiai Tudományok Tanszék tanára azt a gondolatot fogalmazta meg, hogy az új évtizedben az orvostudománynak szorosabban össze kell fognia a rögzítési technológiák és adattárolás területén megvalósuló közös fejlesztések informatikai struktúrája.
A tudósok szerint a DNS-láncokra épülő szerves adattárolók akár egymillió évig is tárolhatnák az információkat, és első kérésre pontosan szolgáltatnák azt. Elképzelhető, hogy néhány évtizeden belül a legtöbb meghajtó éppen ezért a lehetőségért küzd majd: az adatok hosszú távú, megbízható és nagy kapacitású tárolásának lehetőségéért.
Nem a svájciak az egyedüliek, akik DNS-alapú tárolórendszereken dolgoznak. Ezt a kérdést 1953 óta vetik fel, amikor Francis Crick felfedezte a DNS kettős spirálját. De abban a pillanatban az emberiségnek egyszerűen nem volt elegendő tudása az ilyen kísérletekhez. A DNS-tárolás hagyományos gondolkodása az új DNS-molekulák szintézisére összpontosított; a bitszekvenciának a négy DNS-bázispárból álló szekvenciájához igazítása, és elegendő molekula létrehozása az összes tárolandó szám reprezentálásához. Így 2019 nyarán a CATALOG cég mérnökeinek sikerült 16 GB angol nyelvű Wikipédiát rögzíteniük a szintetikus polimerekből létrehozott DNS-be. A probléma az, hogy ez a folyamat lassú és költséges, ami jelentős szűk keresztmetszet az adattárolásnál.
Nem csak a DNS...: molekuláris tárolóeszközök
A Brown Egyetem (USA) kutatói szerint a DNS-molekula nem az egyetlen lehetőség az adatok akár egymillió évig tartó molekuláris tárolására. Az alacsony molekulatömegű metabolitok szerves tárolóként is működhetnek. Amikor az információt egy metabolithalmazba írják, a molekulák kölcsönhatásba kezdenek egymással, és új, elektromosan semleges részecskéket termelnek, amelyek tartalmazzák a bennük rögzített adatokat.
A kutatók egyébként nem álltak meg itt, és kibővítették a szerves molekulák készletét, ami lehetővé tette a rögzített adatok sűrűségének növelését. Az ilyen információk leolvasása kémiai elemzéssel lehetséges. Az egyetlen negatívum, hogy egy ilyen szerves tárolóeszköz megvalósítása a gyakorlatban még nem lehetséges, laboratóriumi körülményeken kívül. Ez csak fejlesztés a jövőre nézve.
5D optikai memória: forradalom az adattárolásban
Egy másik kísérleti adattár az angliai Southamptoni Egyetem fejlesztőié. Egy évmilliókig tartó innovatív digitális tárolórendszer létrehozására törekedve a tudósok kifejlesztettek egy eljárást az adatok egy apró kvarclemezre történő rögzítésére, amely femtoszekundumos impulzusrögzítésen alapul. A tárolórendszert nagy mennyiségű adat archiválására és hideg tárolására tervezték, és ötdimenziós tárolásként írják le.
Miért ötdimenziós? Az a tény, hogy az információ több rétegben van kódolva, beleértve a szokásos három dimenziót. Ezekhez a dimenziókhoz két további hozzáadódik: a méret és a nanopont orientáció. Az ilyen mini-meghajtóra felvehető adatkapacitás akár 100 Petabájt, a tárolási idő pedig 13,8 milliárd év 190°C-ig terjedő hőmérsékleten. A lemez maximális melegítési hőmérséklete 982 °C. Röviden... gyakorlatilag örök!
A Southamptoni Egyetem munkája a közelmúltban felkeltette a Microsoft figyelmét, amelynek felhőalapú tárolási programja, a Project Silica a jelenlegi tárolási technológiák újragondolását célozza. A „kicsi-lágy” előrejelzések szerint 2023-ra több mint 100 Zetabájtnyi információ fog felhőkben tárolni, így a nagyméretű tárolórendszerek is nehézségekbe ütköznek.
A Kingston Technology termékeivel kapcsolatos további információkért látogasson el a cég hivatalos weboldalára.
Forrás: will.com