Per diversi decenni, il progresso nella tecnologia di storage è stato misurato principalmente in termini di capacità di storage e velocità di lettura/scrittura dei dati. Nel tempo, questi parametri di valutazione sono stati integrati da tecnologie e metodologie che rendono le unità HDD e SSD più intelligenti, più flessibili e più facili da gestire. Ogni anno, i produttori di azionamenti lasciano intendere che il mercato dei Big Data cambierà e il 2020 non fa eccezione. I leader IT sono sempre più alla ricerca di modi efficienti per archiviare e gestire enormi quantità di dati e si impegnano ancora una volta a cambiare il corso dei sistemi di storage. In questo articolo abbiamo raccolto le tecnologie più avanzate per l'archiviazione delle informazioni e parleremo anche dei concetti di dispositivi di archiviazione futuristici che devono ancora trovare la loro implementazione fisica.
Reti di storage definite dal software
Quando si tratta di automazione, flessibilità e maggiore capacità di storage abbinata ad una maggiore efficienza del personale, sempre più aziende stanno valutando la possibilità di passare alle cosiddette reti di storage definite dal software o SDS (Software-Defined Storage).
La caratteristica fondamentale della tecnologia SDS è la separazione dell'hardware dal software: cioè, significa . Inoltre, a differenza dei tradizionali sistemi NAS (Network-Attached Storage) o SAN (Storage Area Network), SDS è progettato per funzionare su qualsiasi sistema x86 standard. Molto spesso, l'obiettivo dell'implementazione di una SDS è migliorare le spese operative (OpEx) richiedendo al contempo meno sforzi amministrativi.
La capacità delle unità HDD aumenterà a 32 TB
I tradizionali dispositivi di memorizzazione magnetica non sono affatto morti, ma stanno semplicemente vivendo una rinascita tecnologica. I moderni HDD possono già offrire agli utenti fino a 16 TB di spazio di archiviazione dati. Nei prossimi cinque anni questa capacità raddoppierà. Allo stesso tempo, i dischi rigidi continueranno a rappresentare lo storage ad accesso casuale più conveniente e manterranno il primato in termini di prezzo per gigabyte di spazio su disco per molti anni a venire.
L’aumento di capacità si baserà su tecnologie già note:
- Azionamenti a elio (l'elio riduce la resistenza aerodinamica e la turbolenza, consentendo l'installazione di più piastre magnetiche nell'azionamento; la generazione di calore e il consumo energetico non aumentano);
- Unità termomagnetiche (o HDD HAMR, la cui comparsa è prevista nel 2021 e si basa sul principio della registrazione dei dati a microonde, quando una sezione del disco viene riscaldata da un laser e rimagnetizzata);
- HDD basato sulla registrazione piastrellata (o unità SMR, in cui le tracce dati sono posizionate una sopra l'altra, in un formato piastrellato; ciò garantisce un'elevata densità di registrazione delle informazioni).
Le unità a elio sono particolarmente richieste nei data center cloud e gli HDD SMR sono ottimali per l'archiviazione di archivi e librerie di dati di grandi dimensioni, per l'accesso e l'aggiornamento di dati che non sono richiesti molto spesso. Sono ideali anche per creare backup.
Le unità NVMe diventeranno ancora più veloci
I primi dischi SSD erano collegati alle schede madri tramite l'interfaccia SATA o SAS, ma queste interfacce sono state sviluppate più di 10 anni fa per i dischi rigidi magnetici. Il moderno protocollo NVMe è un protocollo di comunicazione molto più potente progettato per sistemi che forniscono un'elevata velocità di elaborazione dei dati. Di conseguenza, a cavallo tra il 2019 e il 2020 assistiamo a un grave calo dei prezzi degli SSD NVMe, che stanno diventando disponibili per qualsiasi classe di utenti. Nel segmento aziendale, le soluzioni NVMe sono particolarmente apprezzate da quelle imprese che necessitano di analizzare big data in tempo reale.
Aziende come Kingston e Samsung hanno già mostrato cosa possono aspettarsi gli utenti aziendali nel 2020: stiamo tutti aspettando gli SSD NVMe abilitati PCIe 4.0 per aggiungere ancora più velocità di elaborazione dei dati al data center. La prestazione dichiarata dei nuovi prodotti è di 4,8 GB/s, e questo è lontano dal limite. Prossime generazioni sarà in grado di fornire un throughput di 7 GB/s.
Insieme alla specifica NVMe-oF (o NVMe over Fabrics), le organizzazioni saranno in grado di creare reti di storage ad alte prestazioni con latenza minima che competeranno fortemente con i data center DAS (o Direct-attached storage). Allo stesso tempo, utilizzando NVMe-oF, le operazioni I/O vengono elaborate in modo più efficiente, mentre la latenza è paragonabile ai sistemi DAS. Gli analisti prevedono che l’implementazione dei sistemi che utilizzano il protocollo NVMe-oF accelererà rapidamente nel 2020.
La memoria QLC funzionerà finalmente?
Anche la memoria flash NAND Quad Level Cell (QLC) vedrà una crescente popolarità sul mercato. QLC è stato introdotto nel 2019 e pertanto ha avuto un'adozione minima sul mercato. La situazione cambierà nel 2020, soprattutto tra le aziende che hanno adottato la tecnologia LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) per superare le sfide intrinseche del QLC.
Secondo le previsioni degli analisti, la crescita delle vendite di unità SSD basate su celle QLC aumenterà del 10%, mentre le soluzioni TLC “catturaranno” l'85% del mercato. Qualunque cosa si possa dire, l'SSD QLC è ancora molto indietro in termini di prestazioni rispetto all'SSD TLC e non diventerà la base per i data center nei prossimi cinque anni.
Allo stesso tempo, si prevede che il costo della memoria flash NAND aumenterà nel 2020, quindi il fornitore di controller SSD Phison, ad esempio, scommette che l’aumento dei prezzi alla fine spingerà il mercato SSD consumer verso la memoria NAND flash-QLC a 4 bit. A proposito, Intel prevede di lanciare soluzioni QLC a 144 livelli (invece di prodotti a 96 livelli). Bene... sembra che stiamo andando verso un'ulteriore marginalizzazione degli HDD.
Memoria SCM: velocità vicina alla DRAM
L’adozione diffusa della memoria SCM (Storage Class Memory) è stata prevista da diversi anni e il 2020 potrebbe essere il punto di partenza affinché queste previsioni diventino finalmente realtà. Sebbene i moduli di memoria Intel Optane, Toshiba XL-Flash e Samsung Z-SSD siano già entrati nel mercato aziendale, la loro comparsa non ha suscitato una reazione travolgente.
Il dispositivo Intel combina le caratteristiche di una DRAM veloce ma instabile con una memoria NAND più lenta ma persistente. Questa combinazione mira a migliorare la capacità degli utenti di lavorare con set di dati di grandi dimensioni, fornendo sia velocità DRAM che capacità NAND. La memoria SCM non è solo più veloce delle alternative basate su NAND: è dieci volte più veloce. La latenza è di microsecondi, non di millisecondi.
Gli esperti di mercato sottolineano che i data center che intendono utilizzare SCM saranno limitati dal fatto che questa tecnologia funzionerà solo su server che utilizzano processori Intel Cascade Lake. Tuttavia, a loro avviso, questo non costituirà un ostacolo per fermare l'ondata di aggiornamenti ai data center esistenti per fornire elevate velocità di elaborazione.
Dalla realtà prevedibile al futuro lontano
Per la maggior parte degli utenti, l’archiviazione dei dati non implica un senso di “Armageddon capacitivo”. Ma pensateci: i 3,7 miliardi di persone che attualmente utilizzano Internet generano circa 2,5 quintilioni di byte di dati ogni giorno. Per soddisfare questa esigenza sono necessari sempre più data center.
Secondo le statistiche, entro il 2025 il mondo sarà pronto a elaborare 160 zetabyte di dati all'anno (più byte delle stelle nell'Universo osservabile). È probabile che in futuro dovremo coprire ogni metro quadrato del pianeta Terra con data center, altrimenti le aziende semplicemente non saranno in grado di adattarsi a una crescita così elevata delle informazioni. Oppure... dovrai fornire alcuni dati. Tuttavia, esistono diverse tecnologie potenzialmente interessanti che potrebbero risolvere il crescente problema del sovraccarico di informazioni.
Struttura del DNA come base per la futura archiviazione dei dati
Non solo le aziende IT sono alla ricerca di nuovi modi per archiviare ed elaborare le informazioni, ma anche molti scienziati. Il compito globale è garantire la conservazione delle informazioni per migliaia di anni. I ricercatori dell'ETH di Zurigo, in Svizzera, ritengono che la soluzione debba essere trovata in un sistema di archiviazione dei dati organico che esiste in ogni cellula vivente: il DNA. E, soprattutto, questo sistema è stato "inventato" molto prima dell'avvento del computer.
I filamenti di DNA sono molto complessi, compatti e incredibilmente densi come portatori di informazioni: secondo gli scienziati, in un grammo di DNA possono essere registrati 455 Exabyte di dati, dove 1 Ebyte equivale a un miliardo di gigabyte. I primi esperimenti hanno già consentito di registrare 83 KB di informazioni nel DNA, dopodiché un docente del Dipartimento di Chimica e Scienze Biologiche, Robert Grass, ha espresso l'idea che nel nuovo decennio il campo medico dovrà unirsi più strettamente con la struttura informatica per sviluppi congiunti nel campo delle tecnologie di registrazione e conservazione dei dati.
Secondo gli scienziati, i dispositivi di archiviazione dei dati organici basati su catene di DNA potrebbero immagazzinare informazioni fino a un milione di anni e fornirle con precisione alla prima richiesta. È possibile che tra qualche decennio la maggior parte delle unità lotterà proprio per questa opportunità: la capacità di archiviare dati in modo affidabile e capiente per un lungo periodo.
Gli svizzeri non sono gli unici a lavorare su sistemi di archiviazione basati sul DNA. Questa domanda è stata sollevata dal 1953, quando Francis Crick scoprì la doppia elica del DNA. Ma in quel momento l'umanità semplicemente non aveva abbastanza conoscenze per tali esperimenti. Il pensiero tradizionale sulla conservazione del DNA si è concentrato sulla sintesi di nuove molecole di DNA; abbinando una sequenza di bit a una sequenza di quattro coppie di basi di DNA e creando abbastanza molecole per rappresentare tutti i numeri che devono essere memorizzati. Così, nell’estate del 2019, gli ingegneri della società CATALOG sono riusciti a registrare 16 GB di Wikipedia in lingua inglese nel DNA creato da polimeri sintetici. Il problema è che questo processo è lento e costoso, il che rappresenta un collo di bottiglia significativo quando si tratta di archiviazione dei dati.
Non solo il DNA...: dispositivi di archiviazione molecolare
I ricercatori della Brown University (USA) affermano che la molecola del DNA non è l'unica opzione per l'archiviazione molecolare dei dati fino a un milione di anni. I metaboliti a basso peso molecolare possono anche fungere da deposito organico. Quando le informazioni vengono scritte su un insieme di metaboliti, le molecole iniziano a interagire tra loro e producono nuove particelle elettricamente neutre che contengono i dati registrati in esse.
A proposito, i ricercatori non si sono fermati qui e hanno ampliato l'insieme di molecole organiche, che ha permesso di aumentare la densità dei dati registrati. La lettura di tali informazioni è possibile attraverso l'analisi chimica. L'unico aspetto negativo è che l'implementazione di un simile dispositivo di conservazione organica non è ancora possibile nella pratica, al di fuori delle condizioni di laboratorio. Questo è solo lo sviluppo per il futuro.
Memoria ottica 5D: una rivoluzione nell'archiviazione dei dati
Un altro archivio sperimentale appartiene agli sviluppatori dell'Università di Southampton, in Inghilterra. Nel tentativo di creare un innovativo sistema di archiviazione digitale che possa durare milioni di anni, gli scienziati hanno sviluppato un processo per la registrazione dei dati su un minuscolo disco di quarzo basato sulla registrazione degli impulsi al femtosecondo. Il sistema di storage è progettato per l'archiviazione e lo storage a freddo di grandi volumi di dati ed è descritto come storage a cinque dimensioni.
Perché cinque dimensioni? Il fatto è che le informazioni sono codificate in più livelli, comprese le solite tre dimensioni. A queste dimensioni se ne aggiungono altre due: dimensione e orientamento dei nanopunti. La capacità di dati che può essere registrata su un minidrive di questo tipo arriva fino a 100 petabyte e la durata di conservazione è di 13,8 miliardi di anni a temperature fino a 190°C. La temperatura di riscaldamento massima che il disco può sopportare è di 982 °C. Insomma... è praticamente eterno!
Il lavoro dell'Università di Southampton ha recentemente attirato l'attenzione di Microsoft, il cui programma di cloud storage Project Silica mira a ripensare le attuali tecnologie di storage. Secondo le previsioni “small-soft”, entro il 2023 più di 100 Zetabyte di informazioni saranno archiviate nei cloud, quindi anche i sistemi di archiviazione su larga scala dovranno affrontare difficoltà.
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Fonte: habr.com