მონაცემთა შენახვის ახალი ტექნოლოგიები: ვიხილავთ გარღვევას 2020 წელს?

რამდენიმე ათწლეულის მანძილზე შენახვის ტექნოლოგიაში პროგრესი ფასდებოდა ძირითადად შენახვის შესაძლებლობით და მონაცემთა წაკითხვის/ჩაწერის სიჩქარით. დროთა განმავლობაში, ამ შეფასების პარამეტრებს დაემატა ტექნოლოგიები და მეთოდოლოგიები, რომლებიც ხდის HDD და SSD დისკებს უფრო ჭკვიანს, უფრო მოქნილს და უფრო მარტივ მართვას. ყოველწლიურად, დისკების მწარმოებლები ტრადიციულად მიანიშნებენ, რომ დიდი მონაცემთა ბაზარი შეიცვლება და 2020 წელი არ არის გამონაკლისი. IT ლიდერები სულ უფრო და უფრო ეძებენ ეფექტურ გზებს უზარმაზარი რაოდენობის მონაცემების შესანახად და მართვისთვის და კიდევ ერთხელ დებენ პირობას, რომ შეცვალონ შენახვის სისტემების კურსი. ამ სტატიაში ჩვენ შევაგროვეთ ინფორმაციის შენახვის ყველაზე მოწინავე ტექნოლოგიები და ასევე ვისაუბრებთ ფუტურისტული შენახვის მოწყობილობების კონცეფციებზე, რომლებმაც ჯერ კიდევ ვერ იპოვეს მათი ფიზიკური განხორციელება.

პროგრამული უზრუნველყოფის განსაზღვრული შენახვის ქსელები

რაც შეეხება ავტომატიზაციას, მოქნილობას და გაზრდილ შენახვის მოცულობას პერსონალის გაზრდილ ეფექტურობასთან ერთად, უფრო და უფრო მეტი საწარმო განიხილავს ეგრეთ წოდებულ პროგრამულად განსაზღვრულ საცავის ქსელებზე ან SDS-ზე (Software-Defined Storage) გადასვლას.

SDS ტექნოლოგიის მთავარი მახასიათებელია აპარატურის გამიჯვნა პროგრამული უზრუნველყოფისგან: ეს ნიშნავს შენახვის ფუნქციების ვირტუალიზაცია. გარდა ამისა, ჩვეულებრივი ქსელთან დაკავშირებული საცავის (NAS) ან შენახვის არეალის ქსელის (SAN) სისტემებისგან განსხვავებით, SDS შექმნილია ნებისმიერი სტანდარტული x86 სისტემაზე გასაშვებად. ხშირად, SDS-ის დანერგვის მიზანია გააუმჯობესოს საოპერაციო ხარჯები (OpEx), ხოლო ნაკლებ ადმინისტრაციულ ძალისხმევას მოითხოვს.

HDD დისკების მოცულობა 32 ტბ-მდე გაიზრდება

ტრადიციული მაგნიტური შესანახი მოწყობილობები საერთოდ არ არის მკვდარი, მაგრამ უბრალოდ განიცდის ტექნოლოგიურ რენესანსს. თანამედროვე HDD-ებს უკვე შეუძლიათ მომხმარებლებს შესთავაზონ 16 ტბ-მდე მონაცემთა შენახვა. მომდევნო ხუთი წლის განმავლობაში ეს სიმძლავრე გაორმაგდება. ამავდროულად, მყარი დისკი კვლავ იქნება ყველაზე ხელმისაწვდომი შემთხვევითი წვდომის საცავი და შეინარჩუნებს უპირატესობას დისკზე თითო გიგაბაიტის ფასში მრავალი წლის განმავლობაში.

სიმძლავრის გაზრდა დაფუძნებული იქნება უკვე ცნობილ ტექნოლოგიებზე:

• ჰელიუმის დრაივები (ჰელიუმი ამცირებს აეროდინამიკურ წინააღმდეგობას და ტურბულენტობას, რაც საშუალებას აძლევს დისკზე მეტი მაგნიტური ფირფიტების დამონტაჟებას; სითბოს გამომუშავება და ენერგიის მოხმარება არ იზრდება);
• თერმომაგნიტური დისკები (ან HAMR HDD, რომლის გამოჩენაც მოსალოდნელია 2021 წელს და აგებულია მიკროტალღური მონაცემების ჩაწერის პრინციპზე, როდესაც დისკის მონაკვეთი თბება ლაზერით და ხელახლა მაგნიტირდება);
• HDD დაფუძნებული კრამიტით ჩანაწერზე (ან SMR დისკები, სადაც მონაცემთა ბილიკები მოთავსებულია ერთმანეთზე, კრამიტის ფორმატში; ეს უზრუნველყოფს ინფორმაციის ჩაწერის მაღალ სიმკვრივეს).

ჰელიუმის დისკები განსაკუთრებით მოთხოვნადია ღრუბლოვან მონაცემთა ცენტრებში, ხოლო SMR HDD ოპტიმალურია დიდი არქივებისა და მონაცემთა ბიბლიოთეკების შესანახად, მონაცემთა წვდომისა და განახლებისთვის, რომლებიც ხშირად არ არის საჭირო. ისინი ასევე იდეალურია სარეზერვო ასლების შესაქმნელად.

NVMe დისკები კიდევ უფრო სწრაფი გახდება

პირველი SSD დისკები უკავშირდებოდა დედაპლატებს SATA ან SAS ინტერფეისის საშუალებით, მაგრამ ეს ინტერფეისები შეიქმნა 10 წელზე მეტი ხნის წინ მაგნიტური HDD დისკებისთვის. თანამედროვე NVMe პროტოკოლი არის ბევრად უფრო ძლიერი საკომუნიკაციო პროტოკოლი, რომელიც შექმნილია სისტემებისთვის, რომლებიც უზრუნველყოფენ მონაცემთა დამუშავების მაღალ სიჩქარეს. შედეგად, 2019-2020 წლების მიჯნაზე ჩვენ ვხედავთ ფასების სერიოზულ ვარდნას NVMe SSD-ებზე, რომლებიც ხელმისაწვდომი ხდება ნებისმიერი კლასის მომხმარებლისთვის. კორპორატიულ სეგმენტში NVMe გადაწყვეტილებებს განსაკუთრებით აფასებენ ის საწარმოები, რომლებსაც რეალურ დროში დიდი მონაცემების ანალიზი სჭირდებათ.

კომპანიებმა, როგორიცაა Kingston და Samsung, უკვე აჩვენეს, თუ რას უნდა ელოდონ საწარმოს მომხმარებლები 2020 წელს: ჩვენ ყველა ველოდებით PCIe 4.0-ზე ჩართული NVMe SSD-ებს, რათა მონაცემთა დამუშავების კიდევ უფრო მეტი სიჩქარე დაემატოს მონაცემთა ცენტრს. ახალი პროდუქტების დეკლარირებული შესრულება არის 4,8 გბ/წმ და ეს შორს არის ლიმიტისგან. მომავალი თაობები Kingston NVMe SSD PCIe gen 4.0 შეძლებს უზრუნველყოს 7 გბ/წმ გამტარუნარიანობა.

NVMe-oF (ან NVMe over Fabrics) სპეციფიკაციასთან ერთად, ორგანიზაციებს შეეძლებათ შექმნან მაღალი ხარისხის შენახვის ქსელები მინიმალური შეყოვნებით, რომელიც ძლიერ კონკურენციას გაუწევს DAS (ან პირდაპირ მიმაგრებული შენახვის) მონაცემთა ცენტრებს. ამავდროულად, NVMe-oF გამოყენებით, I/O ოპერაციები უფრო ეფექტურად მუშავდება, ხოლო შეყოვნება შედარებულია DAS სისტემებთან. ანალიტიკოსები ვარაუდობენ, რომ NVMe-oF პროტოკოლზე მომუშავე სისტემების განლაგება სწრაფად დაჩქარდება 2020 წელს.

საბოლოოდ იმუშავებს QLC მეხსიერება?

Quad Level Cell (QLC) NAND ფლეშ მეხსიერება ასევე იხილავს მზარდ პოპულარობას ბაზარზე. QLC დაინერგა 2019 წელს და, შესაბამისად, მინიმალური მიღება აქვს ბაზარზე. ეს შეიცვლება 2020 წელს, განსაკუთრებით კომპანიებს შორის, რომლებმაც მიიღეს LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) ტექნოლოგია QLC-ის თანდაყოლილი გამოწვევების დასაძლევად.

ანალიტიკოსების პროგნოზით, QLC უჯრედებზე დაფუძნებული SSD დისკების გაყიდვების ზრდა 10%-ით გაიზრდება, ხოლო TLC გადაწყვეტილებები ბაზრის 85%-ს დაიპყრობს. რაც არ უნდა ითქვას, QLC SSD ჯერ კიდევ შორს არის წარმადობით TLC SSD-თან შედარებით და არ გახდება მონაცემთა ცენტრების საფუძველი მომდევნო ხუთი წლის განმავლობაში.

ამავდროულად, მოსალოდნელია NAND ფლეშ მეხსიერების ღირებულება 2020 წელს, ამიტომ SSD კონტროლერის გამყიდველი Phison, მაგალითად, დებს ფსონს, რომ ფასების ზრდა საბოლოოდ უბიძგებს სამომხმარებლო SSD ბაზარს 4-ბიტიანი Flash -QLC NAND მეხსიერებისკენ. სხვათა შორის, Intel გეგმავს 144-ფენიანი QLC გადაწყვეტილებების გამოშვებას (96-ფენიანი პროდუქტების ნაცვლად). კარგად... როგორც ჩანს, ჩვენ მივდივართ HDD-ების შემდგომი მარგინალიზაციისკენ.

SCM მეხსიერება: სიჩქარე DRAM-თან ახლოს

SCM (Storage Class Memory) მეხსიერების ფართოდ გამოყენება რამდენიმე წლის განმავლობაში იყო ნაწინასწარმეტყველები და 2020 წელი შეიძლება იყოს საწყისი წერტილი ამ პროგნოზების საბოლოოდ ახდენისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ Intel Optane, Toshiba XL-Flash და Samsung Z-SSD მეხსიერების მოდულები უკვე შევიდნენ საწარმოს ბაზარზე, მათ გარეგნობას დიდი რეაქცია არ მოჰყოლია.

Intel-ის მოწყობილობა აერთიანებს სწრაფი, მაგრამ არასტაბილური DRAM-ის მახასიათებლებს უფრო ნელ, მაგრამ მუდმივ NAND მეხსიერებასთან. ეს კომბინაცია მიზნად ისახავს გააუმჯობესოს მომხმარებლების უნარი იმუშაონ დიდ მონაცემთა ნაკრებებთან, რაც უზრუნველყოფს როგორც DRAM სიჩქარეს, ასევე NAND სიმძლავრეს. SCM მეხსიერება არ არის უბრალოდ უფრო სწრაფი ვიდრე NAND-ზე დაფუძნებული ალტერნატივები: ის ათჯერ უფრო სწრაფია. შეყოვნება არის მიკროწამები და არა მილიწამები.

ბაზრის ექსპერტები აღნიშნავენ, რომ მონაცემთა ცენტრები, რომლებიც გეგმავენ SCM-ს გამოყენებას, შეზღუდული იქნება იმით, რომ ეს ტექნოლოგია იმუშავებს მხოლოდ სერვერებზე, რომლებიც იყენებენ Intel Cascade Lake პროცესორებს. თუმცა, მათი აზრით, ეს არ იქნება დაბრკოლება, რათა შეაჩეროს არსებული მონაცემთა ცენტრების განახლების ტალღა დამუშავების მაღალი სიჩქარის უზრუნველსაყოფად.

განჭვრეტილი რეალობიდან შორეულ მომავალამდე

მომხმარებელთა უმეტესობისთვის მონაცემთა შენახვა არ შეიცავს „ტევადი არმაგედონის“ განცდას. მაგრამ დაფიქრდით: 3,7 მილიარდი ადამიანი, რომელიც ამჟამად იყენებს ინტერნეტს, ყოველდღიურად აწარმოებს დაახლოებით 2,5 კვინტილიონი ბაიტი მონაცემს. ამ მოთხოვნილების დასაკმაყოფილებლად საჭიროა უფრო და უფრო მეტი მონაცემთა ცენტრი.

სტატისტიკის მიხედვით, 2025 წლისთვის მსოფლიო მზად არის დაამუშავოს 160 ზეტაბაიტი მონაცემები წელიწადში (ეს უფრო მეტი ბაიტია, ვიდრე დაკვირვებადი სამყაროს ვარსკვლავები). სავარაუდოა, რომ მომავალში ჩვენ მოგვიწევს პლანეტა დედამიწის ყოველი კვადრატული მეტრი მონაცემთა ცენტრებით დაფარვა, წინააღმდეგ შემთხვევაში კორპორაციები უბრალოდ ვერ შეძლებენ ინფორმაციის ასეთ მაღალ ზრდას. ან... მოგიწევთ გარკვეული მონაცემების დათმობა. თუმცა, არსებობს რამდენიმე პოტენციურად საინტერესო ტექნოლოგია, რომელსაც შეუძლია გადაჭრას ინფორმაციის გადატვირთვის მზარდი პრობლემა.

დნმ-ის სტრუქტურა, როგორც მომავალი მონაცემთა შენახვის საფუძველი

არა მხოლოდ IT კორპორაციები ეძებენ ინფორმაციის შენახვისა და დამუშავების ახალ გზებს, არამედ ბევრი მეცნიერიც. გლობალური ამოცანაა უზრუნველყოს ინფორმაციის შენარჩუნება ათასობით წლის განმავლობაში. მკვლევარები ETH ციურიხიდან, შვეიცარია, თვლიან, რომ გამოსავალი უნდა მოიძებნოს ორგანულ მონაცემთა შენახვის სისტემაში, რომელიც არსებობს ყველა ცოცხალ უჯრედში: დნმ. და რაც მთავარია, ეს სისტემა "გამოიგონეს" კომპიუტერის გამოჩენამდე დიდი ხნით ადრე.

დნმ-ის ძაფები ძალიან რთული, კომპაქტური და წარმოუდგენლად მკვრივია, როგორც ინფორმაციის მატარებლები: მეცნიერთა აზრით, 455 ეგზაბაიტი მონაცემი შეიძლება ჩაიწეროს გრამ დნმ-ში, სადაც 1 Ebyte არის მილიარდი გიგაბაიტის ექვივალენტი. პირველმა ექსპერიმენტებმა უკვე შესაძლებელი გახადა 83 კბ ინფორმაციის დნმ-ში ჩაწერა, რის შემდეგაც ქიმიისა და ბიოლოგიური მეცნიერებების დეპარტამენტის მასწავლებელმა რობერტ გრასმა გამოთქვა აზრი, რომ ახალ ათწლეულში სამედიცინო სფერო უფრო მჭიდროდ უნდა გაერთიანდეს. IT სტრუქტურა ჩაწერის ტექნოლოგიებისა და მონაცემთა შენახვის სფეროში ერთობლივი განვითარებისთვის.

მეცნიერთა აზრით, დნმ-ის ჯაჭვებზე დაფუძნებულ ორგანულ მონაცემთა შესანახ მოწყობილობებს შეუძლიათ შეინახონ ინფორმაცია მილიონ წლამდე და ზუსტად მიაწოდონ ის პირველივე მოთხოვნისთანავე. შესაძლებელია, რომ რამდენიმე ათწლეულში, დისკების უმეტესობა იბრძვის ზუსტად ამ შესაძლებლობისთვის: მონაცემთა საიმედოდ და ტევადად შენახვის უნარი დიდი ხნის განმავლობაში.

შვეიცარიელები არ არიან ერთადერთი, ვინც მუშაობს დნმ-ზე დაფუძნებულ შენახვის სისტემებზე. ეს კითხვა დაისვა 1953 წლიდან, როდესაც ფრენსის კრიკმა აღმოაჩინა დნმ-ის ორმაგი სპირალი. მაგრამ იმ მომენტში კაცობრიობას უბრალოდ არ ჰქონდა საკმარისი ცოდნა ასეთი ექსპერიმენტებისთვის. დნმ-ის შენახვაში ტრადიციული აზროვნება ორიენტირებულია დნმ-ის ახალი მოლეკულების სინთეზზე; ბიტების თანმიმდევრობის შესატყვისი დნმ-ის ოთხი ბაზის წყვილის თანმიმდევრობას და საკმარისი მოლეკულების შექმნას ყველა იმ რიცხვის წარმოსადგენად, რომელიც შესანახად არის საჭირო. ამრიგად, 2019 წლის ზაფხულში, CATALOG-ის ინჟინერებმა მოახერხეს 16 გბ ინგლისურენოვანი ვიკიპედიის ჩაწერა სინთეზური პოლიმერებისგან შექმნილ დნმ-ში. პრობლემა ის არის, რომ ეს პროცესი ნელი და ძვირია, რაც მნიშვნელოვანი დაბრკოლებაა, როდესაც საქმე ეხება მონაცემთა შენახვას.

არა მარტო დნმ...: მოლეკულური შესანახი მოწყობილობები

ბრაუნის უნივერსიტეტის (აშშ) მკვლევარები ამბობენ, რომ დნმ-ის მოლეკულა არ არის ერთადერთი ვარიანტი მონაცემთა მოლეკულური შენახვისთვის მილიონ წლამდე. დაბალი მოლეკულური წონის მეტაბოლიტებს შეუძლიათ აგრეთვე იმოქმედონ როგორც ორგანული საცავი. როდესაც ინფორმაცია იწერება მეტაბოლიტების ერთობლიობაში, მოლეკულები იწყებენ ურთიერთქმედებას ერთმანეთთან და წარმოქმნიან ახალ ელექტრულად ნეიტრალურ ნაწილაკებს, რომლებიც შეიცავს მათში ჩაწერილ მონაცემებს.

სხვათა შორის, მკვლევარები აქ არ გაჩერებულან და გააფართოვეს ორგანული მოლეკულების ნაკრები, რამაც შესაძლებელი გახადა ჩაწერილი მონაცემების სიმკვრივის გაზრდა. ასეთი ინფორმაციის წაკითხვა შესაძლებელია ქიმიური ანალიზით. ერთადერთი უარყოფითი ის არის, რომ ასეთი ორგანული შესანახი მოწყობილობის დანერგვა ჯერ კიდევ შეუძლებელია პრაქტიკაში, ლაბორატორიული პირობების გარეთ. ეს მხოლოდ განვითარებაა მომავლისთვის.

5D ოპტიკური მეხსიერება: რევოლუცია მონაცემთა შენახვაში

კიდევ ერთი ექსპერიმენტული საცავი ეკუთვნის ინგლისის საუთჰემპტონის უნივერსიტეტის დეველოპერებს. ინოვაციური ციფრული შენახვის სისტემის შექმნის მცდელობისას, რომელიც შეიძლება გაგრძელდეს მილიონობით წლის განმავლობაში, მეცნიერებმა შეიმუშავეს მონაცემთა ჩაწერის პროცესი პატარა კვარცის დისკზე, რომელიც დაფუძნებულია ფემტოწამის პულსის ჩაწერაზე. შენახვის სისტემა შექმნილია დიდი მოცულობის მონაცემების არქივისა და ცივად შესანახად და აღწერილია როგორც ხუთგანზომილებიანი შენახვა.

რატომ ხუთგანზომილებიანი? ფაქტია, რომ ინფორმაცია დაშიფრულია რამდენიმე ფენაში, მათ შორის ჩვეულებრივ სამ განზომილებაში. ამ განზომილებებს ემატება კიდევ ორი ​​- ზომა და ნანოდოტიანი ორიენტაცია. მონაცემთა მოცულობა, რომელიც შეიძლება ჩაიწეროს ასეთ მინი დისკზე, არის 100 პეტაბაიტამდე, ხოლო შენახვის ვადა 13,8 მილიარდი წელია 190°C-მდე ტემპერატურაზე. მაქსიმალური გათბობის ტემპერატურა, რომელსაც დისკი გაუძლებს, არის 982 °C. მოკლედ... პრაქტიკულად მარადიულია!

საუთჰემპტონის უნივერსიტეტის მუშაობამ ცოტა ხნის წინ მიიპყრო Microsoft-ის ყურადღება, რომლის ღრუბლოვანი შენახვის პროგრამა Project Silica მიზნად ისახავს გადახედოს მიმდინარე შენახვის ტექნოლოგიებს. „პატარა-რბილი“ პროგნოზების მიხედვით, 2023 წლისთვის 100 ზეტაბაიტზე მეტი ინფორმაცია ღრუბლებში შეინახება, ასე რომ, დიდი მასშტაბის შენახვის სისტემებსაც კი შეექმნებათ სირთულეები.

დამატებითი ინფორმაციისთვის Kingston Technology-ის პროდუქტების შესახებ, გთხოვთ ეწვიოთ კომპანიის ოფიციალურ ვებსაიტს.

წყარო: www.habr.com