データバイトの寿命

どのクラウドプロバイダーもデータストレージサービスを提供しています。これらには、冷蔵倉庫、温倉庫、氷冷倉庫などがあります。クラウド上に情報を保存しておくととても便利です。しかし、10 年、20 年、50 年前、データは実際にどのように保存されていたのでしょうか? Cloud4Y がまさにこれについて語る興味深い記事を翻訳しました。

より高度で高速な新しいストレージ メディアが常に登場するため、0 バイトのデータはさまざまな方法で保存できます。バイトはデジタル情報の保存と処理の単位であり、1 ビットで構成されます。 XNUMX つのビットには XNUMX または XNUMX のいずれかを含めることができます。

パンチカードの場合、ビットはカードの特定の位置の穴の有無として記憶されます。バベッジの分析エンジンにもう少し遡ると、数値を格納するレジスターは歯車でした。テープやディスクなどの磁気記憶装置では、ビットは磁性膜の特定の領域の極性によって表されます。最新のダイナミック ランダム アクセス メモリ (DRAM) では、ビットは、電界で電気エネルギーを蓄積するデバイスに蓄積された 2 レベルの電荷として表されることがよくあります。充電または放電されたコンテナには、少量のデータが保存されます。

今年の6月の1956 ヴェルナー・ブッフホルツ その言葉を発明した バイト 単一の文字をエンコードするために使用されるビットのグループを表す テキスト。文字エンコーディングについて少しお話しましょう。情報交換のためのアメリカの標準コード、つまり ASCII から始めましょう。ASCII は英語のアルファベットに基づいているため、すべての文字、数字、記号 (a ～ z、A ～ Z、0 ～ 9、+、-、/、"、! など) ) は、7 ～ 32 の 127 ビット整数として表されました。これは、他の言語にとって必ずしも「フレンドリー」ではありませんでした。他の言語をサポートするために、Unicode は ASCII を拡張しました。Unicode では、各文字はコード ポイントまたは記号として表されます。たとえば、 、小文字の j は U+006A で、U は Unicode と XNUMX 進数を表します。

UTF-8 は文字を 0 ビットとして表現するための標準であり、127 ～ 16 の範囲の各コード ポイントを 16 バイトに格納できます。 ASCII を覚えていると、英語の文字ではこれがごく普通のことですが、他の言語の文字は 32 バイト以上で表現されることがよくあります。 UTF-32 は文字を 1 ビットとして表現するための標準であり、UTF-2 は文字を 3 ビットとして表現するための標準です。 ASCII では各文字は XNUMX バイトですが、Unicode では完全に当​​てはまらない場合が多く、XNUMX 文字が XNUMX、XNUMX、XNUMX、またはそれ以上のバイトを占めることがあります。この記事では、さまざまなサイズのビット グループを使用します。 XNUMX バイトのビット数はメディアの設計によって異なります。

この記事では、さまざまなストレージ メディアを過去に遡って、データ ストレージの歴史を詳しく掘り下げていきます。いかなる場合でも、これまでに発明されたすべての記憶媒体を深く研究し始めることはありません。これは楽しい情報記事ですが、百科事典的な意義があるとは決して主張しません。

はじめましょう。格納するデータ バイトがあるとします。文字 j を、エンコードされたバイト 6a として、またはバイナリ 01001010 として格納します。時間の経過とともに、データ バイトは、後述するいくつかのストレージ テクノロジで使用されます。

1951

私たちの物語は、1951 年に商用コンピュータ用に作られた最初のテープ ドライブである UNIVAC 1 コンピュータ用の UNIVAC UNISERVO テープ ドライブから始まりました。バンドは、幅 12,65 mm (ビカロイと呼ばれる)、長さ約 366 メートルのニッケルメッキ青銅の薄いストリップで作られていました。データバイトは、毎秒 7 メートルで移動するテープに毎秒 200 文字で保存できます。歴史のこの時点では、テープの移動距離によってストレージ アルゴリズムの速度を測定できました。

1952

21 年早送りして、IBM が最初の磁気テープ装置である IBM 1952 のリリースを発表した 726 年 2 月 7 日まで遡ります。これで、データのバイトが UNISERVO 金属テープから IBM 磁気テープに移動できるようになりました。テープには最大 1,9 万桁まで保存できるため、この新しい家は非常に小さなバイトのデータにとって非常に快適であることがわかりました。この 12 トラックの磁気テープは、ボーレート 500 で毎秒 XNUMX メートルで移動しました。 数字 または7500 文字 （当時はコピーグループと呼ばれていました）/秒。参考：ハブレの平均的な記事は約 10 文字です。

IBM 726 テープには 400 つのトラックがあり、そのうち 1,25 つは情報の保存に使用され、12,5 つはパリティ制御に使用されました。 40 つのリールには幅 1,1 cm のテープを最大 XNUMX メートル収容でき、データ転送速度は理論的には XNUMX 秒あたり XNUMX 文字に達しました。記録密度は XNUMX ビット/センチメートルです。このシステムでは、テープのループが XNUMX 点間を循環する「真空チャネル」方式が使用されていました。これにより、テープの開始と停止をほんの数秒で行うことができました。これは、テープのスプールと読み取り/書き込みヘッドの間に長い真空コラムを配置して、テープの張力の突然の増加を吸収することで実現しました。これがないと通常テープが切れてしまいます。テープ リールの後部にある取り外し可能なプラスチック リングにより、書き込み保護が提供されます。テープ XNUMX リールに約 XNUMX 個のテープを保存できます。 メガバイト.

VHSテープを思い出してください。その映画をもう一度見るために何をしなければなりませんでしたか?テープを巻き戻してください！電池を無駄にしたり、テープが破れたり詰まったりしないように、プレーヤーのカセットを鉛筆で何度回しましたか?コンピュータに使用されるテープについても同じことが言えます。プログラムは単にテープ上を飛び回ったり、データにランダムにアクセスしたりすることはできず、データを厳密にシーケンシャルに読み書きすることができました。

1956

数年経って 1956 年に、IBM が RAMAC 305 コンピュータ システムを完成させたことから磁気ディスク ストレージの時代が始まり、Zellerbach Paper がそれを供給しました。 サンフランシスコ。このコンピュータは、可動ヘッドを備えたハード ドライブを初めて使用しました。 RAMAC ディスク ドライブは、直径 60,96 cm の磁化された金属プラッタ 7 枚で構成されており、1200 文字あたり 3,75 ビットで約 XNUMX 万文字のデータを保存でき、毎分 XNUMX 回転で回転します。記憶容量は約XNUMXメガバイトでした。

RAMAC では、磁気テープやパンチカードとは異なり、大量のデータにリアルタイムでアクセスできます。 IBM は、RAMAC が 64 個に相当するデータを保存できると宣伝しました。 パンチカード。以前、RAMRAC はトランザクションの発生時に継続的に処理するという概念を導入し、データが新しいうちにすぐに取得できるようにしていました。 RAMAC 内のデータに 100 の速度でアクセスできるようになりました。 ビット/秒。以前は、テープを使用する場合、シーケンシャル データの書き込みと読み取りを行う必要があり、誤ってテープの別の部分にジャンプすることができませんでした。データへのリアルタイムのランダム アクセスは、当時本当に革命的でした。

1963

DECtape が導入された 1963 年まで早送りしてみましょう。この名前は、DEC として知られる Digital Equipment Corporation に由来しています。 DECtape は安価で信頼性が高いため、多くの世代の DEC コンピューターで使用されました。それは 19 mm のテープで、ラミネートされ、10,16 インチ (XNUMX cm) のリールの XNUMX 層のマイラーの間に挟まれていました。

重くてかさばる以前の製品とは異なり、DECtape は手で持ち運ぶことができました。これにより、パーソナルコンピュータにとって優れた選択肢となりました。 7 トラックの対応物とは異なり、DECtape には 6 つのデータ トラック、2 つのキュー トラック、およびクロック用の 2 つのトラックがありました。データは 350 ビット/インチ (138 ビット/cm) で記録されました。データ バイトは 8 ビットですが 12 ビットまで拡張可能で、8325 (±12) インチ/秒のテープ速度で 93 12 ビット ワード/秒で DECtape に転送できます。 ちょっと待って。これは、8 年の UNISERVO メタル テープよりも 1952 秒あたり XNUMX% 多い桁数です。
 

1967

1967 年後の XNUMX 年に、小規模な IBM チームがコードネームで呼ばれる IBM フロッピー ドライブの開発に取り組み始めました。 ミノー。次にチームは、マイクロコードをロードするための信頼性が高く、安価な方法を開発するという課題を課されました。 メインフレーム IBM システム/370。このプロジェクトはその後再利用され、コードネーム Merlin の IBM 3330 Direct Access Storage Facility のコントローラーにマイクロコードを読み込むために再利用されました。

私たちのバイトは、今日フロッピー ディスクとして知られる、読み取り専用の 8 インチの磁気コーティングされたマイラー フロッピー ディスクに保存できるようになりました。発売当時、この製品は IBM 23FD フロッピー ディスク ドライブ システムと呼ばれていました。ディスクには 80 キロバイトのデータを保存できます。ハードドライブとは異なり、ユーザーは保護シェルに入ったフロッピー ディスクをあるドライブから別のドライブに簡単に移動できます。その後、1973 年に IBM は読み書き可能なフロッピー ディスクを発売し、その後産業用フロッピー ディスクになりました。 標準.
 

1969

 1969 年、ロープ メモリを備えたアポロ ガイダンス コンピューター (AGC) がアポロ 11 号宇宙船に搭載されて打ち上げられ、アメリカの宇宙飛行士が月に往復しました。このロープ メモリは手作りで、72 キロバイトのデータを保持できました。ロープメモリーの製造は労働集約的で時間がかかり、織物と同様のスキルが必要でした。かかるかもしれない か月。しかし、厳密に限られたスペースに最大限のものを収めることが重要な時代には、これは最適なツールでした。ワイヤが円形のストランドの 1 つを通過すると、それは 0 を表します。ストランドの周りを通過するワイヤは XNUMX を表します。私たちのデータ バイトでは、人がロープに数分間織り込む必要がありました。

1977

1977 年に、最初の (成功した) パーソナル コンピューターである Commodore PET がリリースされました。 PET では Commodore 1530 Datasett (データとカセットを意味します) を使用しました。 PET はデータをアナログ音声信号に変換し、その後、 カセット。これにより、非常に遅いとはいえ、コスト効率が高く信頼性の高いストレージ ソリューションを作成することができました。小さなバイトのデータは、60 回あたり約 70 ～ XNUMX バイトの速度で転送できます。 ちょっと待って。カセットには 100 分の片面あたり約 30 キロバイトを保存でき、テープごとに 55 面が収められます。たとえば、カセットの片面には、20 KB の画像を約 64 つ保存できます。データセットは Commodore VIC-XNUMX および Commodore XNUMX でも使用されました。

1978

1978 年後の XNUMX 年に、MCA とフィリップスは「Discovision」という名前で LaserDisc を導入しました。 『ジョーズ』は、米国でレーザーディスクで販売された最初の映画でした。オーディオとビデオの品質は競合他社よりもはるかに優れていましたが、レーザーディスクはほとんどの消費者にとって高価すぎました。テレビ番組を録画した VHS テープとは異なり、LaserDisc は録画できませんでした。レーザーディスクはアナログビデオ、アナログ FM ステレオオーディオ、およびパルスコードで動作しました 変調、または PCM、デジタル オーディオ。ディスクは直径 12 インチ (30,47 cm) で、プラスチックでコーティングされた XNUMX 枚の片面アルミニウム ディスクで構成されていました。今日、LaserDisc は CD および DVD の基礎として記憶されています。

1979

1979 年後の 5 年に、アラン シュガートとフィニス コナーは、ハード ドライブを当時標準だった 1980 506/5 インチのフロッピー ディスクのサイズに拡張するというアイデアをもとに Seagate Technology を設立しました。 625 年の最初の製品は、コンパクト コンピュータ用の最初のハード ドライブである Seagate STXNUMX ハード ドライブでした。このディスクには XNUMX メガバイトのデータが保存されており、当時の標準的なフロッピー ディスクの XNUMX 倍の大きさでした。創設者らは、ディスク サイズを XNUMX XNUMX/XNUMX インチのフロッピー ディスクのサイズに縮小するという目標を達成することができました。新しいデータ ストレージ デバイスは、磁気データ ストレージ材料の薄い層で両面がコーティングされた硬い金属プレートでした。データバイトは、XNUMX バイトあたり XNUMX キロバイトの速度でディスクに転送できます。 ちょっと待って。それはおよそ こんなGIF.

1981

数年遡って 1981 年にソニーが最初の 3,5 インチ フロッピー ディスクを発売しました。 Hewlett-Packard は 1982 年に HP-150 でこのテクノロジーを最初に採用しました。これにより 3,5 インチ フロッピー ディスクが有名になり、世界中で広く使用されるようになりました。 業界。フロッピー ディスクは片面で、フォーマット済みの容量は 161.2 キロバイト、未フォーマットの容量は 218.8 キロバイトでした。 1982 年に両面バージョンがリリースされ、メディア企業 23 社からなるマイクロフロッピー産業委員会 (MIC) コンソーシアムは、ソニーのオリジナル設計に基づく 3,5 インチ フロッピーの仕様をベースにし、このフォーマットを今日私たちが知っている歴史に定着させました。 私たちは知っている。現在、データ バイトは、最も一般的なストレージ メディアの 3,5 つである 3,5 インチ フロッピー ディスクの初期バージョンに保存できるようになりました。その後、XNUMX インチのフロッピー ディスクが XNUMX 組登場しました。 オレゴン・トレイル 私の子供時代の最も重要な部分になりました。

1984

その直後の 1984 年に、コンパクト ディスク読み取り専用メモリ (CD-ROM) のリリースが発表されました。これらは、ソニーとフィリップスの 550 メガバイトの CD-ROM でした。このフォーマットは、音楽配信に使用されるデジタル オーディオ付き CD、つまり CD-DA から発展しました。 CD-DA は 1982 年にソニーとフィリップスによって開発され、74 分の容量がありました。伝説によれば、ソニーとフィリップスが CD-DA 規格について交渉していたとき、XNUMX 人のうちの XNUMX 人が CD-DA 規格を実現できると主張したという。 含む 第九交響曲全体。 CD でリリースされた最初の製品は、1985 年に出版された Grolier's Electronic Encyclopedia でした。この百科事典には 12 万語が含まれていましたが、使用可能なディスク領域 (553 語) の XNUMX% しか占有しませんでした。 メビバイト。百科事典と 1985 バイトのデータを入れるのに十分なスペースがあります。その後すぐの XNUMX 年に、コンピュータ企業が協力してディスク ドライブの標準を作成し、どのコンピュータでもディスク ドライブを読み取れるようにしました。

1984

同様に 1984 年に、増岡富士夫はフラッシュ メモリと呼ばれる、何度も消去および書き換えが可能な新しいタイプのフローティング ゲート メモリを開発しました。

フローティングゲートトランジスタを使用したフラッシュメモリを見てみましょう。トランジスタは、個別にオン/オフできる電気ゲートです。各トランジスタは 0 つの異なる状態 (オンとオフ) を取ることができるため、1 つの異なる数値、0 と 1 を格納できます。フローティング ゲートは、中央のトランジスタに追加される XNUMX 番目のゲートを指します。この XNUMX 番目のゲートは薄い酸化物層で絶縁されています。これらのトランジスタは、トランジスタのゲートに印加される小さな電圧を使用してトランジスタがオンかオフかを示し、それが XNUMX または XNUMX に変換されます。
 
フローティング ゲートでは、酸化物層に適切な電圧が印加されると、電子が酸化物層を通って流れ、ゲートに付着します。そのため、電源を切っても電子が残ったままになります。フローティング ゲート上に電子がない場合は 1 を表し、電子が滞留している場合は 0 を表します。このプロセスを逆にして酸化層に適切な電圧を逆方向に印加すると、電子がフローティング ゲートを通って流れます。そしてトランジスタを元の状態に戻します。したがって、セルはプログラム可能になっており、 不揮発性。私たちのバイトは、電子を含む 01001010 としてトランジスタにプログラムできます。電子はフローティング ゲートにスタックされてゼロを表します。

増岡氏の設計は、電気的に消去可能な PROM (EEPROM) よりもわずかに手頃な価格でしたが、同時に消去する必要がある複数のセルのグループが必要だったため、柔軟性に欠けましたが、これも速度の要因でした。

当時、舛岡氏は東芝に勤​​めていた。彼は、会社が自分の仕事に対して報われなかったことに不満を抱き、最終的に東北大学に就職した。増岡氏は東芝に損害賠償を求めて訴訟を起こした。 2006年には87万元（758万XNUMX米ドルに相当）を受け取った。業界におけるフラッシュメモリの影響力を考えると、これはまだ重要ではないようです。

フラッシュ メモリについて話している一方で、NOR フラッシュ メモリと NAND フラッシュ メモリの違いにも注目する価値があります。増岡氏からすでに知られているように、フラッシュはフローティング ゲート トランジスタで構成されるメモリ セルに情報を保存します。テクノロジーの名前は、メモリセルの構成方法に直接関係しています。

NOR フラッシュでは、個々のメモリ セルが並列に接続され、ランダム アクセスが可能になります。このアーキテクチャにより、マイクロプロセッサ命令へのランダム アクセスに必要な読み取り時間が短縮されます。 NOR フラッシュ メモリは、主に読み取り専用の低密度アプリケーションに最適です。これが、ほとんどの CPU が通常 NOR フラッシュ メモリからファームウェアをロードする理由です。増岡氏と彼の同僚は、1984 年に NOR フラッシュの発明を発表し、XNUMX 年に NAND フラッシュの発明を発表しました。 1987.

NAND フラッシュの開発者は、メモリ セル サイズを小さくするためにランダム アクセス機能を放棄しました。これにより、チップ サイズが小さくなり、ビットあたりのコストが低くなります。 NAND フラッシュ メモリ アーキテクチャは、直列に接続された 8 個のメモリ トランジスタで構成されます。これにより、データのブロックを同時にプログラムできるため、高い記憶密度、より小さなメモリセルサイズ、より高速なデータの書き込みと消去が実現します。これは、データがシーケンシャルに書き込まれず、データが既に存在する場合にデータの再書き込みを要求することによって実現されます。 ブロック.

1991

1991 年に、プロトタイプのソリッド ステート ドライブ (SSD) がサンディスク (当時はとして知られていました) によって作成されました。 サンディスク。この設計では、フラッシュ メモリ アレイ、不揮発性メモリ チップ、インテリジェント コントローラを組み合わせて、欠陥セルを自動的に検出して修正します。ディスク容量は 20 メガバイト、2,5 インチ フォーム ファクタで、コストは約 1000 ドルと見積もられていました。このディスクは IBM によってコンピュータで使用されていました ThinkPad.

1994

私が子供の頃から個人的に気に入っていたストレージ メディアの 1994 つは、Zip ディスクでした。 100 年に、Iomega は、標準の 3,5 インチ ドライブよりわずかに厚い 3,5 インチ フォーム ファクタの 2 メガバイト カートリッジである Zip Disk をリリースしました。新しいバージョンのドライブでは、最大 1,4 GB を保存できます。これらのディスクの便利な点は、フロッピー ディスクのサイズでありながら、より大量のデータを保存できることです。データ バイトは、1,44 秒あたり 3,5 メガバイトで Zip ディスクに書き込むことができます。比較のために、当時、16 メガバイトの XNUMX インチ フロッピー ディスクは、XNUMX 秒あたり約 XNUMX キロバイトの速度で書き込まれました。 Zip ディスクでは、ヘッドが表面上を飛行するかのように非接触でデータの読み取り/書き込みを行います。これはハード ドライブの動作に似ていますが、他のフロッピー ディスクの動作原理とは異なります。 ZIP ディスクは、信頼性と可用性の問題によりすぐに廃止されました。

1994

同年、サンディスクはデジタル ビデオ カメラで広く使用されているコンパクトフラッシュを発表しました。 CD と同様に、CompactFlash の速度は、8x、20x、133x などの「x」定格に基づいています。最大データ転送速度は、元のオーディオ CD のビット レート、150 秒あたり 150 キロバイトに基づいて計算されます。転送速度は R = Kx133 kB/s のようになります。R は転送速度、K は公称速度です。したがって、133x CompactFlash の場合、データ バイトは 150x19 kB/s、つまり約 950 kB/s、つまり 19,95 MB/s で書き込まれます。 CompactFlash Association は、フラッシュ メモリ カードの業界標準を作成することを目的として 1995 年に設立されました。

1997

数年後の 1997 年に、書き換え可能なコンパクト ディスク (CD-RW) がリリースされました。この光ディスクは、データの保存や、ファイルのコピーやさまざまなデバイスへの転送に使用されていました。 CD は約 1000 回書き換えることができますが、当時はユーザーがデータを上書きすることはほとんどなかったため、これは制限要因ではありませんでした。

CD-RW は、表面の反射率を変更するテクノロジーに基づいています。 CD-RW の場合、銀、テルル、インジウムからなる特殊なコーティングの位相シフトにより、読み取りビームを反射するか反射しないかが決まります。これは 0 か 1 を意味します。化合物が結晶状態にある場合、半透明、つまり 1. 化合物が溶けて非晶質状態になると、不透明で無反射になります。 手段 0. したがって、データ バイトを 01001010 として書き込むことができます。

最終的に DVD は CD-RW から市場シェアの大部分を引き継ぎました。

1999

1999 年に IBM が当時世界最小のハードドライブ、IBM 170MB および 340MB マイクロドライブを発表したときの話に移りましょう。これらは、CompactFlash Type II スロットに収まるように設計された小型の 2,54 cm ハード ドライブです。コンパクトフラッシュのように使用されるが、より大きなメモリ容量を備えたデバイスを作成することが計画されました。しかし、それらはすぐに USB フラッシュ ドライブに置き換えられ、さらに大型のコンパクトフラッシュ カードが入手可能になると置き換えられました。他のハードドライブと同様に、マイクロドライブは機械式であり、小さな回転ディスクが含まれています。

2000

2000 年後の 1.1 年に、USB フラッシュ ドライブが導入されました。ドライブは、USB インターフェイスを備えた小型フォーム ファクターに封入されたフラッシュ メモリで構成されています。使用する USB インターフェイスのバージョンによっては、速度が異なる場合があります。 USB 1,5 は 2.0 メガビット/秒に制限されていますが、USB 35 は XNUMX メガビット/秒を処​​理できます ちょっと待って、USB 3.0 は 625 メガビット/秒です。最初の USB 3.1 Type C ドライブは 2015 年 530 月に発表され、読み取り/書き込み速度は XNUMX メガビット/秒でした。フロッピー ディスクや光学ドライブとは異なり、USB デバイスは傷つきにくいですが、データの保存、ファイルの転送、バックアップの機能は同じです。フロッピー ドライブと CD ドライブはすぐに USB ポートに置き換えられました。

2005

2005 年、ハードディスク ドライブ (HDD) メーカーは垂直磁気記録 (PMR) を使用した製品の出荷を開始しました。興味深いことに、これは iPod Nano が iPod Mini で 1 インチのハードドライブの代わりにフラッシュ メモリを使用することを発表したのと同時期に起こりました。

一般的なハードドライブには、小さな磁性粒子で構成される感磁膜でコーティングされた 1 つまたは複数のハードドライブが含まれています。磁気記録ヘッドが回転するディスクの真上を飛行するときにデータが記録されます。これは従来の蓄音機レコード プレーヤーと非常に似ていますが、蓄音機ではスタイラスがレコードと物理的に接触している点が唯一の違いです。ディスクが回転すると、ディスクと接触する空気が優しい風を生み出します。飛行機の翼上の空気が揚力を生成するのと同じように、空気は翼形の頭部にも揚力を生成します。 ディスクヘッド。ヘッドは粒子の 1 つの磁性領域の磁化をすばやく変更し、その磁極が上または下を向いて 0 または XNUMX を示します。
 
PMR の前身は長手磁気記録 (LMR) でした。 PMR の記録密度は LMR の 3 倍以上にすることができます。 PMR と LMR の主な違いは、PMR メディアの保存データの粒子構造と磁気配向が縦方向ではなく柱状であることです。 PMR は粒子の分離と均一性が向上するため、熱安定性が向上し、信号対雑音比 (SNR) が向上します。また、より強力なヘッド磁界とより優れた磁気メディアの位置合わせにより、記録性が向上しました。 LMR と同様、PMR の基本的な制限は、磁石によって書き込まれるデータ ビットの熱安定性と、書き込まれた情報を読み取るのに十分な SNR の必要性に基づいています。

2007

2007 年に、Hitachi Global Storage Technologies から最初の 1 TB ハード ドライブが発表されました。 Hitachi Deskstar 7K1000 は 3,5 つの 200 インチ XNUMXGB プラッタを使用し、 7200 回転数これは、容量が約 350 メガバイトだった世界初のハード ドライブである IBM RAMAC 3,75 に比べて大幅な改善です。ああ、51年間で私たちはどれほど遠くまで来たのでしょう！しかし、待ってください、さらに何かがあります。

2009

2009 年に、不揮発性エクスプレス メモリの作成に関する技術的な作業が始まりました。 NVMe。不揮発性メモリ (NVM) は、データを保存するために一定の電力を必要とする揮発性メモリとは対照的に、データを永続的に保存できるメモリのタイプです。 NVMe は、PCIe 対応の半導体ベースの周辺コンポーネント用のスケーラブルなホスト コントローラー インターフェイスのニーズに対応するため、NVMe という名前が付けられています。このプロジェクトを開発するためのワーキンググループには 90 社以上の企業が参加しました。これはすべて、不揮発性メモリ ホスト コントローラ インターフェイス仕様 (NVMHCIS) を定義する作業に基づいています。現在の最高の NVMe ドライブは、3500 秒あたり約 3300 メガバイトの読み取りと XNUMX 秒あたり XNUMX メガバイトの書き込みを処理できます。私たちが始めた j データ バイトの書き込みは、アポロ ガイダンス コンピューターのロープ メモリを手編みするのに数分かかるのに比べて、非常に高速です。

現在と未来

ストレージクラスメモリ

過去に戻ったので (笑)、ストレージ クラス メモリの現在の状態を見てみましょう。 SCM は NVM と同様に堅牢ですが、メイン メモリを上回る、またはそれに匹敵するパフォーマンスも提供します。 バイトアドレス指定可能性。 SCM の目標は、スタティック ランダム アクセス メモリ (SRAM) の密度が低いなど、今日のキャッシュの問題の一部を解決することです。ダイナミック ランダム アクセス メモリ (DRAM) を使用すると、より高い密度を達成できますが、その代償としてアクセスが遅くなります。 DRAM は、メモリをリフレッシュするために一定の電力を必要とするという問題もあります。これを少し理解してみましょう。電力が必要となるのは、コンデンサの電荷が少しずつ漏れ出すためです。つまり、何もしなければチップ上のデータはすぐに失われます。このようなリークを防ぐために、DRAM では、コンデンサ内のデータを定期的に再書き込みし、コンデンサを元の電荷に戻す外部メモリ リフレッシュ回路が必要です。

相変化メモリ (PCM)

前回は、CD-RW の位相がどのように変化するかを調べました。 PCMも同様です。相変化材料は通常、GST としても知られる Ge-Sb-Te であり、アモルファスと結晶の 0 つの異なる状態で存在できます。アモルファス状態は、1 を表す結晶状態よりも高い抵抗 (XNUMX を表す) を持ちます。データ値を中間の抵抗に割り当てることで、PCM を使用して複数の状態を次のように保存できます。 MLC.

スピントランスファートルクランダムアクセスメモリ(STT-RAM)

STT-RAM は、電気を伝導せずに伝達できる絶縁体である誘電体によって分離された 1 つの強磁性の永久磁性層で構成されています。磁気方向の違いに基づいてデータのビットを保存します。基準層と呼ばれる一方の磁性層は固定された磁気方向を持ち、一方、自由層と呼ばれるもう一方の磁性層は、流れる電流によって制御される磁気方向を持ちます。 0 の場合、XNUMX つの層の磁化の方向は揃っています。 XNUMX の場合、両方の層の磁気方向は反対になります。

抵抗性ランダム アクセス メモリ (ReRAM)
ReRAM セルは、金属酸化物層で分離された 2 つの金属電極で構成されています。増岡氏のフラッシュメモリ設計に少し似ており、電子が酸化層を突き抜けてフローティングゲートに引っかかったり、その逆になったりする。しかし、ReRAM では、セルの状態は金属酸化物層内の遊離酸素の濃度に基づいて決定されます。

これらのテクノロジーは有望ですが、まだ欠点もあります。 PCM と STT-RAM は書き込み遅延が長くなります。 PCM レイテンシは DRAM の 10 倍、STT-RAM レイテンシは SRAM の 10 倍です。 PCM と ReRAM には、重大なエラーが発生するまでの書き込み時間に制限があります。これは、メモリ要素がスタックしてしまうことを意味します。 特定の値.

2015 年 3 月、Intel は 1000DXPoint ベースの製品である Optane のリリースを発表しました。 Optane は、フラッシュ メモリの XNUMX ～ XNUMX 倍の価格で、NAND SSD の XNUMX 倍のパフォーマンスを実現すると主張しています。 Optane は、SCM が単なる実験的な技術ではないことを証明しています。これらのテクノロジーの発展を見守るのは興味深いでしょう。

ハードドライブ（HDD）

ヘリウム HDD (HHDD)

ヘリウム ディスクは、製造プロセス中にヘリウムが充填され、密閉された大容量のハードディスク ドライブ (HDD) です。他のハードドライブと同様、先に述べたように、磁気コーティングされた回転プラッターを備えたターンテーブルに似ています。一般的なハードドライブのキャビティ内には単純に空気がありますが、この空気はプラッターが回転する際にある程度の抵抗を引き起こします。

ヘリウム風船は空気より軽いので浮きます。実際、ヘリウムの密度は空気の 1/7 なので、プレートが回転するときの制動力が低下し、ディスクの回転に必要なエネルギー量が減少します。ただし、この機能は二次的なもので、ヘリウムの主な特徴は、通常は 7 枚しか保持できないウエハーを同じフォーム ファクターに 5 枚詰めることができることでした。飛行機の翼の例えを思い出せば、これは完璧な類似物です。 。ヘリウムは抵抗を低減するため、乱流が解消されます。

また、ヘリウム風船からヘリウムが出てくるため、数日後には沈み始めることもわかっています。ストレージデバイスについても同じことが言えます。メーカーがドライブの寿命を通じてフォームファクターからヘリウムが漏れるのを防ぐコンテナを開発できるようになるまでに何年もかかりました。 Backblaze が実験を行った結果、ヘリウム ハード ドライブの年間エラー率が 1,03% であるのに対し、標準ドライブの年間エラー率は 1,06% であることがわかりました。もちろん、この違いは非常に小さいので、そこから重大な結論を導き出すことができます かなり難しい.

ヘリウム充填フォームファクターには、上で説明した PMR やマイクロ波磁気記録 (MAMR) または熱アシスト磁気記録 (HAMR) を使用してカプセル化されたハード ドライブを含めることができます。どの磁気ストレージ技術も、空気の代わりにヘリウムと組み合わせることができます。 2014 年、HGST は 10 つの最先端技術を XNUMX TB ヘリ​​ウム ハード ドライブに組み合わせ、ホスト制御のシングル磁気記録、つまり SMR (シングル磁気記録) を使用しました。 SMR について少し話してから、MAMR と HAMR について見てみましょう。

タイル磁気記録技術

前回は、SMR の前身である垂直磁気記録 (PMR) について説明しました。 PMR とは異なり、SMR は以前に記録された磁気トラックの一部と重なる新しいトラックを記録します。これにより、前のトラックがより狭くなり、より高いトラック密度が可能になります。この技術の名前は、ラップ トラックが瓦屋根のトラックに非常に似ているという事実に由来しています。

SMR では、1 つのトラックに書き込むと隣接するトラックが上書きされるため、書き込みプロセスがより複雑になります。ディスク基板が空で、データがシーケンシャルである場合には、このようなことは発生しません。ただし、すでにデータが含まれている一連のトラックに録音すると、隣接する既存のデータはすぐに消去されます。隣接するトラックにデータが含まれている場合は、再書き込みする必要があります。これは、先ほど説明した NAND フラッシュと非常によく似ています。

SMR デバイスはファームウェアを管理することでこの複雑さを隠し、他のハード ドライブと同様のインターフェイスを実現します。一方、ホスト管理の SMR デバイスでは、アプリケーションやオペレーティング システムを特別に調整しないと、これらのドライブを使用できません。ホストはデバイスに厳密に順番に書き込む必要があります。同時に、デバイスのパフォーマンスは 100% 予測可能です。 Seagate は 2013 年に SMR ドライブの出荷を開始し、25% の高密度化を主張しました 超過 PMR 密度。

マイクロ波磁気記録 (MAMR)

マイクロ波支援磁気記録 (MAMR) は、HAMR (次に説明) と同様のエネルギーを使用する磁気メモリ技術であり、MAMR の重要な部分はスピン トルク発振器 (STO) です。 STO 自体は記録ヘッドのすぐ近くに配置されています。 STO に電流が印加されると、電子スピンの分極により周波数 20 ～ 40 GHz の円形電磁場が生成されます。

このような磁場にさらされると、MAMR に使用される強磁性体で共鳴が発生し、この磁場の磁区の磁気モーメントの歳差運動が引き起こされます。基本的に、磁気モーメントはその軸から逸脱し、その方向を変える (反転) ために、記録ヘッドに必要なエネルギーは大幅に少なくなります。

MAMR技術を利用することで、より大きな保磁力を持つ強磁性体を取り出すことが可能となり、超常磁性効果を引き起こす心配なく磁区を小さくすることが可能となります。 STO ジェネレーターは記録ヘッドのサイズの縮小に役立ち、より小さな磁区に情報を記録できるようになり、記録密度が向上します。

WD としても知られる Western Digital は、2017 年にこのテクノロジーを導入しました。その後間もなく、2018 年に東芝がこのテクノロジーをサポートしました。 WDと東芝がMAMR技術を追求している一方、シーゲイトはHAMRに賭けている。

熱磁気記録 (HAMR)

熱アシスト磁気記録 (HAMR) は、レーザーから供給される熱を書き込みに利用することで、ハード ドライブなどの磁気デバイスに保存できるデータ量を大幅に増加できる、エネルギー効率の高い磁気データ ストレージ テクノロジです。データを表面のハードドライブ基板に転送します。加熱により、データ ビットがディスク基板上でより近くに配置されるため、データの密度と容量が増加します。

この技術は実装が非常に困難です。 200mWの高速レーザー ヒートアップ 記録前に最大 400 °C の小さな領域を加熱しても、ディスク上の残りのデータに干渉したり損傷したりすることはありません。加熱、データ記録、冷却のプロセスは XNUMX ナノ秒以内に完了する必要があります。これらの課題に対処するには、直接レーザー加熱の代わりに、表面導波レーザーとしても知られるナノスケールの表面プラズモンの開発と、記録ヘッドやその近くに損傷を与えることなく急速なスポット加熱に耐えられる新しいタイプのガラスプレートと熱管理コーティングの開発が必要でした。データ、および克服する必要のあるその他のさまざまな技術的課題。

数多くの懐疑的な発言にもかかわらず、シーゲイトは 2013 年にこのテクノロジーを初めて実証しました。最初のディスクは 2018 年に出荷され始めました。

映画が終わったら、最初に行きましょう！

私たちは 1951 年に開始し、ストレージ テクノロジーの将来を展望してこの記事を締めくくります。データ ストレージは、紙テープから金属や磁気、ロープ メモリ、スピニング ディスク、光ディスク、フラッシュ メモリなど、時間の経過とともに大きく変化してきました。進歩により、ストレージ デバイスはより高速、より小型、より強力になりました。

NVMe と 1951 年の UNISERVO メタル テープを比較すると、NVMe は 486 秒あたり 111% 多くの桁を読み取ることができます。 NVMe を、私が子供の頃から愛用していた Zip ドライブと比較すると、NVMe は 213,623 秒あたり XNUMX% 多くの桁を読み取ることができます。

唯一真実であるのは、0 と 1 の使用です。これを行う方法は大きく異なります。次回、友人のために曲の CD-RW を作成したり、ホーム ビデオを光ディスク アーカイブに保存したりするときに、非反射面がどのように 0 に変換され、反射面がどのように 1 に変換されるかを考えていただければ幸いです。または、ミックステープをカセットに録音する場合は、それが Commodore PET で使用されるデータセットと非常に密接に関連していることを思い出してください。最後に、親切にして巻き戻すことを忘れないでください。

感謝 ロバート・ムスタッキ и リック・アルテラ 記事全体のちょっとした（仕方ない）ことについては、ぜひ！

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出所： habr.com