新しいデータ ストレージ テクノロジ: 2020 年に画期的な進歩が見られるでしょうか?

数十年にわたり、ストレージ テクノロジーの進歩は主にストレージ容量とデータの読み取り/書き込み速度の観点から評価されてきました。 時間の経過とともに、これらの評価パラメーターは、HDD および SSD ドライブをよりスマートで、より柔軟で、管理しやすくするテクノロジーや方法論によって補完されてきました。 ドライブメーカーは毎年、伝統的にビッグデータ市場が変化することをほのめかしており、2020 年も例外ではありません。 IT リーダーは、大量のデータを効率的に保存および管理する方法をますます模索しており、ストレージ システムの方向性を変えることを再び約束しています。 この記事では、情報を保存するための最先端のテクノロジーを収集し、まだ物理的に実装されていない未来のストレージ デバイスの概念についても説明します。

ソフトウェア デファインド ストレージ ネットワーク

自動化、柔軟性、ストレージ容量の増加とスタッフの効率性の向上に関して、いわゆるソフトウェア デファインド ストレージ ネットワークまたは SDS (ソフトウェア デファインド ストレージ) への切り替えを検討する企業が増えています。

SDS テクノロジーの主な特徴は、ハードウェアとソフトウェアの分離です。つまり、 ストレージ機能の仮想化。 さらに、従来のネットワーク接続ストレージ (NAS) やストレージ エリア ネットワーク (SAN) システムとは異なり、SDS は標準の x86 システム上で実行できるように設計されています。 多くの場合、SDS 導入の目標は、必要な管理労力を軽減しながら運用経費 (OpEx) を改善することです。

HDDドライブの容量は32TBに増加します

従来の磁気記憶装置はまったく死んだわけではなく、まさに技術的ルネッサンスを経験しているところです。 最新の HDD はすでに最大 16 TB のデータ ストレージをユーザーに提供できます。 今後 XNUMX 年間で、この容量は XNUMX 倍になります。 同時に、ハードディスク ドライブは今後も最も手頃な価格のランダム アクセス ストレージであり、ディスク容量 XNUMX ギガバイトあたりの価格では今後何年にもわたってその優位性を維持するでしょう。

容量の増加は、すでに知られているテクノロジーに基づいて行われます。

• ヘリウムドライブ (ヘリウムは空気力学的抵抗と乱流を低減し、より多くの磁性プレートをドライブに取り付けることができます。発熱と消費電力は増加しません)。
• 熱磁気ドライブ（または HAMR HDD、2021 年に登場が期待されており、ディスクの一部がレーザーで加熱されて再磁化されるマイクロ波データ記録の原理に基づいて構築されています）。
• タイル記録に基づく HDD (または SMR ドライブ。データ トラックがタイル形式で互いに重なり合う。これにより高密度の情報記録が保証されます)。

ヘリウム ドライブはクラウド データ センターで特に需要が高く、SMR HDD は大規模なアーカイブやデータ ライブラリを保存し、あまり必要のないデータにアクセスして更新するのに最適です。 バックアップの作成にも最適です。

NVMeドライブはさらに高速になります

最初の SSD ドライブは SATA または SAS インターフェイスを介してマザーボードに接続されましたが、これらのインターフェイスは 10 年以上前に磁気 HDD ドライブ用に開発されました。 最新の NVMe プロトコルは、高いデータ処理速度を提供するシステム向けに設計された、より強力な通信プロトコルです。 その結果、2019 年から 2020 年の変わり目には、NVMe SSD の価格が大幅に下落し、あらゆるクラスのユーザーが利用できるようになりました。 法人セグメントでは、NVMe ソリューションは、リアルタイムでビッグデータを分析する必要がある企業によって特に評価されています。

Kingston や Samsung などの企業は、企業ユーザーが 2020 年に何を期待できるかをすでに示しています。私たちは皆、PCIe 4.0 対応の NVMe SSD がデータセンターのデータ処理速度をさらに高めることを待っています。 新製品の公表されているパフォーマンスは 4,8 GB/s ですが、これは制限には程遠いです。 次世代 キングストン NVMe SSD PCIe 第 4.0 世代 7 GB/秒のスループットを提供できます。

NVMe-oF (または NVMe over Fabrics) 仕様と組み合わせることで、組織は、DAS (または直接接続ストレージ) データセンターと強力に競合する、遅延を最小限に抑えた高性能ストレージ ネットワークを構築できるようになります。 同時に、NVMe-oF を使用すると、I/O 操作がより効率的に処理され、遅延は DAS システムと同等になります。 アナリストは、NVMe-oF プロトコルで実行されるシステムの導入が 2020 年に急速に加速すると予測しています。

QLCメモリはついに動作するのでしょうか？

クアッド レベル セル (QLC) NAND フラッシュ メモリも市場での人気が高まるでしょう。 QLC は 2019 年に導入されたため、市場での採用は最小限に抑えられています。 この状況は、特に QLC 固有の課題を克服するために LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) テクノロジーを採用した企業の間で、2020 年に変わるでしょう。

アナリストの予測によると、QLC セルをベースにした SSD ドライブの売上の伸びは 10% 増加し、TLC ソリューションは市場の 85% を「獲得」するでしょう。 誰が何と言おうと、QLC SSD は TLC SSD に比べてパフォーマンスがまだ大きく遅れており、今後 XNUMX 年間はデータセンターの基盤にはならないでしょう。

同時に、NAND フラッシュ メモリのコストは 2020 年に上昇すると予想されているため、たとえば SSD コントローラ ベンダーの Phison は、価格上昇により最終的には消費者向け SSD 市場が 4 ビット フラッシュ -QLC NAND メモリに向かうだろうと賭けています。 ちなみに、Intelは（144層製品の代わりに）96層QLCソリューションを発売する予定だ。 うーん…どうやらHDDの疎外化はさらに進むようです。

SCM メモリ: DRAM に近い速度

SCM (Storage Class Memory) メモリの普及は数年前から予測されており、2020 年はこれらの予測がついに実現する出発点となる可能性があります。 Intel Optane、Toshiba XL-Flash、Samsung Z-SSD メモリ モジュールはすでにエンタープライズ市場に参入していますが、その登場は圧倒的な反応を引き起こしていません。

Intel のデバイスは、高速だが不安定な DRAM と、低速だが永続的な NAND ストレージの特性を組み合わせています。 この組み合わせは、ユーザーが大規模なデータ セットを操作する能力を向上させ、DRAM 速度と NAND 容量の両方を提供することを目的としています。 SCM メモリは、NAND ベースの代替メモリよりも速いだけでなく、XNUMX 倍も高速です。 遅延はミリ秒ではなくマイクロ秒です。

市場の専門家は、SCM の使用を計画しているデータセンターは、このテクノロジーが Intel Cascade Lake プロセッサを使用するサーバーでのみ動作するという事実によって制限されると指摘しています。 しかし、彼らの意見では、これは高い処理速度を提供するために既存のデータセンターへのアップグレードの波を止める障害にはならないでしょう。

予見可能な現実から遠い未来まで

ほとんどのユーザーにとって、データ ストレージは「容量性ハルマゲドン」のような感覚を伴いません。 しかし考えてみてください。現在インターネットを使用している 3,7 億人は、毎日約 2,5 京バイトのデータを生成しています。 このニーズを満たすために、ますます多くのデータセンターが必要になります。

統計によると、2025 年までに、世界は年間 160 ゼタバイトのデータを処理できるようになります (これは、観測可能な宇宙の星よりも多いバイト数です)。 おそらく将来的には、地球上のすべての平方メートルをデータセンターでカバーしなければならないでしょう。そうしないと、企業は情報のこのような高度な増加に適応できなくなります。 あるいは...一部のデータを放棄する必要があります。 ただし、増大する情報過負荷の問題を解決できる可能性のある興味深いテクノロジーがいくつかあります。

将来のデータストレージの基礎としての DNA 構造

IT 企業だけでなく、多くの科学者も情報を保存および処理する新しい方法を模索しています。 世界的な課題は、情報を数千年にわたって確実に保存することです。 スイス連邦工科大学チューリッヒ校の研究者らは、その解決策はすべての生きた細胞に存在する有機データ保存システム、つまり DNA にあるはずだと考えています。 そして最も重要なことは、このシステムはコンピューターの出現よりずっと前に「発明」されたということです。

DNA 鎖は情報媒体として非常に複雑、コンパクト、そして信じられないほど高密度です。科学者によると、455 グラムの DNA に 1 エクサバイトのデータを記録できます。ここで、83 エバイトは XNUMX 億ギガバイトに相当します。 最初の実験ではすでに DNA に XNUMX KB の情報を記録することが可能になっており、その後、化学生物科学科の教師であるロバート グラス氏は、新しい XNUMX 年に医療分野は医療分野とより密接に連携する必要があるとの考えを表明しました。記録技術とデータストレージの分野における共同開発のためのIT構造。

科学者によると、DNA 鎖に基づく有機データ記憶装置は、最長 XNUMX 万年間情報を保存し、最初の要求に応じて正確に情報を提供することができます。 数十年後には、ほとんどのドライブがまさにこの機会、つまり長期にわたってデータを確実かつ大容量に保存する能力を得るために苦労することになる可能性があります。

DNAベースの記憶システムに取り組んでいるのはスイス人だけではない。 この疑問は、フランシス・クリックが DNA の二重らせんを発見した 1953 年以来提起されてきました。 しかしその時点では、人類はそのような実験を行うための十分な知識を持っていませんでした。 DNA 保存における従来の考え方は、新しい DNA 分子の合成に焦点を当ててきました。 ビットのシーケンスを 2019 つの DNA 塩基対のシーケンスと照合し、保存する必要があるすべての数値を表すのに十分な分子を作成します。 そこで、16 年の夏、CATALOG 社のエンジニアは、合成ポリマーから作成された DNA に XNUMX GB の英語版 Wikipedia を記録することに成功しました。 問題は、このプロセスが遅くて高価であることであり、これがデータ ストレージに関しては大きなボトルネックとなっています。

DNA だけではない...: 分子記憶デバイス

ブラウン大学（米国）の研究者らは、最長XNUMX万年間のデータの分子保存にはDNA分子が唯一の選択肢ではないと述べている。 低分子量代謝物は有機貯蔵庫としても機能します。 情報が代謝産物のセットに書き込まれると、分子は相互作用を開始し、記録されたデータを含む新しい電気的に中性の粒子を生成します。

ちなみに、研究者たちはそこで止まらず、有機分子のセットを拡張し、記録データの密度を高めることが可能になりました。 化学分析を通じてそのような情報を読み取ることができます。 唯一の欠点は、このような有機貯蔵装置の実装が、実験室条件以外では実際にはまだ不可能であることです。 これはまさに将来に向けた開発です。

5D 光メモリ: データ ストレージの革命

もう XNUMX つの実験リポジトリは、イギリスのサウサンプトン大学の開発者が所有しています。 何百万年も持続できる革新的なデジタルストレージシステムを作成する取り組みの中で、科学者たちは、フェムト秒パルス記録に基づいて小さな石英ディスクにデータを記録するプロセスを開発しました。 このストレージ システムは、大量のデータのアーカイブとコールド ストレージ向けに設計されており、XNUMX 次元ストレージと呼ばれています。

なぜ五次元なのか？ 実際、情報は通常の 100 次元を含むいくつかの層でエンコードされています。 これらの次元に、さらに 13,8 つ、サイズとナノドットの方向が追加されます。 このようなミニドライブに記録できるデータ容量は最大 190 ペタバイトで、保存寿命は 982°C までの温度で XNUMX 億年です。 ディスクが耐えられる最大加熱温度は XNUMX °C です。 つまり…実質的には永遠なのです！

サウサンプトン大学の研究は最近、Microsoft の注目を集めました。Microsoft のクラウド ストレージ プログラム Project Silica は、現在のストレージ テクノロジを再考することを目的としています。 「スモールソフト」の予測によると、2023 年までに 100 ゼタバイトを超える情報がクラウドに保存されるため、大規模なストレージ システムでも困難に直面することになります。

Kingston Technology 製品の詳細については、同社の公式 Web サイトをご覧ください。

出所： habr.com