새로운 데이터 스토리지 기술: 2020년에 획기적인 발전을 이룰 수 있을까요?

수십 년 동안 스토리지 기술의 발전은 주로 스토리지 용량과 데이터 읽기/쓰기 속도 측면에서 측정되었습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 평가 매개변수는 HDD 및 SSD 드라이브를 더욱 스마트하고 유연하며 관리하기 쉽게 만드는 기술과 방법론으로 보완되었습니다. 매년 드라이브 제조업체는 빅데이터 시장이 바뀔 것이라고 전통적으로 암시해 왔으며 2020년에도 예외는 아닙니다. IT 리더들은 점점 더 많은 양의 데이터를 저장하고 관리하는 효율적인 방법을 찾고 있으며 다시 한번 스토리지 시스템의 방향을 바꾸겠다고 다짐하고 있습니다. 이 기사에서는 정보 저장을 위한 최첨단 기술을 수집하고 아직 물리적 구현이 이루어지지 않은 미래형 저장 장치의 개념에 대해서도 설명합니다.

소프트웨어 정의 스토리지 네트워크

직원 효율성 향상과 결합된 자동화, 유연성 및 스토리지 용량 증가와 관련하여 점점 더 많은 기업이 소위 소프트웨어 정의 스토리지 네트워크 또는 SDS(소프트웨어 정의 스토리지)로의 전환을 고려하고 있습니다.

SDS 기술의 주요 특징은 하드웨어와 소프트웨어를 분리한다는 것입니다. 스토리지 기능 가상화. 또한 기존 NAS(Network Attached Storage) 또는 SAN(Storage Area Network) 시스템과 달리 SDS는 모든 표준 x86 시스템에서 실행되도록 설계되었습니다. SDS 배포의 목표는 운영 비용(OpEx)을 개선하는 동시에 관리 노력을 줄이는 것인 경우가 많습니다.

HDD 드라이브의 용량이 32TB로 증가합니다.

기존의 자기 저장 장치는 완전히 죽은 것이 아니라 기술적인 르네상스를 경험하고 있는 것입니다. 최신 HDD는 이미 사용자에게 최대 16TB의 데이터 스토리지를 제공할 수 있습니다. 향후 XNUMX년 동안 이 용량은 두 배로 늘어날 것입니다. 동시에, 하드 디스크 드라이브는 계속해서 가장 저렴한 랜덤 액세스 스토리지가 될 것이며 디스크 공간의 기가바이트당 가격 면에서 앞으로도 수년 동안 우위를 유지할 것입니다.

용량 증가는 이미 알려진 기술을 기반으로 합니다.

• 헬륨 드라이브(헬륨은 공기 역학적 항력과 난류를 줄여 드라이브에 더 많은 자기판을 설치할 수 있도록 하며 열 발생 및 전력 소비는 증가하지 않습니다)
• 열자기 드라이브(또는 HAMR HDD, 2021년 출시 예정이며 디스크 섹션이 레이저로 가열되어 재자화되는 마이크로파 데이터 기록 원리를 기반으로 구축됨)
• 타일형 녹화 기반 HDD(또는 데이터 트랙이 타일형 형식으로 서로 포개지는 SMR 드라이브, 이는 고밀도 정보 기록을 보장함)를 기반으로 합니다.

헬륨 드라이브는 특히 클라우드 데이터 센터에서 수요가 많으며 SMR HDD는 대규모 아카이브 및 데이터 라이브러리를 저장하고 자주 필요하지 않은 데이터에 액세스하고 업데이트하는 데 최적입니다. 또한 백업 생성에도 이상적입니다.

NVMe 드라이브는 더욱 빨라질 것입니다

최초의 SSD 드라이브는 SATA 또는 SAS 인터페이스를 통해 마더보드에 연결되었지만 이러한 인터페이스는 10여년 전에 자기 HDD 드라이브용으로 개발되었습니다. 최신 NVMe 프로토콜은 높은 데이터 처리 속도를 제공하는 시스템을 위해 설계된 훨씬 더 강력한 통신 프로토콜입니다. 그 결과, 2019~2020년 초에는 모든 계층의 사용자가 사용할 수 있게 된 NVMe SSD 가격이 크게 하락할 것으로 예상됩니다. 기업 부문에서 NVMe 솔루션은 빅데이터를 실시간으로 분석해야 하는 기업에서 특히 높이 평가됩니다.

Kingston 및 Samsung과 같은 회사는 이미 기업 사용자가 2020년에 무엇을 기대할 수 있는지 보여주었습니다. 우리 모두는 PCIe 4.0 지원 NVMe SSD가 데이터 센터에 훨씬 더 많은 데이터 처리 속도를 추가하기를 기다리고 있습니다. 신제품이 공개한 성능은 4,8GB/s로 이는 한계와는 거리가 멀다. 다음 세대 킹스턴 NVMe SSD PCIe 4.0세대 7GB/s의 처리량을 제공할 수 있습니다.

NVMe-oF(또는 NVMe over Fabrics) 사양과 함께 조직은 DAS(또는 직접 연결 스토리지) 데이터 센터와 강력하게 경쟁할 수 있는 대기 시간을 최소화하면서 고성능 스토리지 네트워크를 생성할 수 있습니다. 동시에 NVMe-oF를 사용하면 I/O 작업이 더 효율적으로 처리되며 대기 시간은 DAS 시스템과 비슷합니다. 분석가들은 NVMe-oF 프로토콜에서 실행되는 시스템의 배포가 2020년에 급속히 가속화될 것으로 예측합니다.

QLC 메모리가 마침내 작동할까요?

QLC(쿼드 레벨 셀) NAND 플래시 메모리도 시장에서 인기가 높아질 것입니다. QLC는 2019년에 출시되었으므로 시장에서 채택이 최소화되었습니다. 2020년에는 특히 QLC의 고유한 문제를 극복하기 위해 LightOS GFTL(Global Flash Translation Layer) 기술을 채택한 회사에서 이러한 상황이 바뀔 것입니다.

분석가들의 예측에 따르면, QLC 셀을 기반으로 한 SSD 드라이브의 매출 성장은 10% 증가할 것이며, TLC 솔루션은 시장의 85%를 "점유"할 것입니다. 누가 뭐라고 말하든, QLC SSD는 TLC SSD에 비해 성능이 여전히 크게 뒤떨어져 있으며 향후 XNUMX년 내에 데이터 센터의 기반이 되지 못할 것입니다.

동시에 NAND 플래시 메모리의 가격은 2020년에 상승할 것으로 예상되므로 SSD 컨트롤러 공급업체인 Phison은 가격 상승이 결국 소비자 SSD 시장을 4비트 플래시 -QLC NAND 메모리로 몰아갈 것이라고 장담하고 있습니다. 그런데 인텔은 (144단 제품 대신) 96단 QLC 솔루션을 출시할 계획입니다. 음... 우리는 HDD를 더욱 소외시키는 방향으로 나아가고 있는 것 같습니다.

SCM 메모리: DRAM에 가까운 속도

SCM(Storage Class Memory) 메모리의 광범위한 채택은 수년 동안 예측되어 왔으며, 2020년은 이러한 예측이 마침내 실현되는 시작점이 될 수 있습니다. Intel Optane, Toshiba XL-Flash 및 Samsung Z-SSD 메모리 모듈은 이미 기업 시장에 진입했지만 이들의 등장은 압도적인 반응을 일으키지 않았습니다.

Intel의 장치는 빠르지만 불안정한 DRAM의 특성과 느리지만 지속적인 NAND 스토리지의 특성을 결합합니다. 이 조합은 DRAM 속도와 NAND 용량을 모두 제공하여 사용자의 대규모 데이터 세트 작업 능력을 향상시키는 것을 목표로 합니다. SCM 메모리는 NAND 기반 메모리보다 단지 빠르기만 한 것이 아닙니다. XNUMX배 더 빠릅니다. 대기 시간은 밀리초가 아니라 마이크로초입니다.

시장 전문가들은 SCM을 사용하려는 데이터 센터는 이 기술이 Intel Cascade Lake 프로세서를 사용하는 서버에서만 작동한다는 사실로 인해 제한될 것이라고 지적합니다. 그러나 이는 높은 처리 속도를 제공하기 위해 기존 데이터 센터로의 업그레이드 물결을 막는 데 걸림돌이 되지 않을 것이라고 생각합니다.

가까운 현실에서 먼 미래까지

대부분의 사용자에게 데이터 저장에는 "용량성 아마겟돈"이라는 의미가 포함되지 않습니다. 하지만 생각해 보십시오. 현재 인터넷을 사용하는 3,7억 명의 사람들은 매일 약 2,5경 바이트의 데이터를 생성합니다. 이러한 요구를 충족하려면 점점 더 많은 데이터 센터가 필요합니다.

통계에 따르면 2025년까지 세계는 연간 160제타바이트의 데이터를 처리할 준비가 되어 있습니다(이는 관측 가능한 우주의 별보다 많은 바이트입니다). 미래에는 지구의 모든 평방미터를 데이터 센터로 덮어야 할 가능성이 높습니다. 그렇지 않으면 기업은 이렇게 높은 정보 증가에 적응할 수 없게 될 것입니다. 아니면... 일부 데이터를 포기해야 합니다. 그러나 증가하는 정보 과부하 문제를 해결할 수 있는 잠재적으로 흥미로운 기술이 몇 가지 있습니다.

미래 데이터 저장의 기초가 되는 DNA 구조

IT 기업뿐만 아니라 많은 과학자들도 정보를 저장하고 처리하는 새로운 방법을 찾고 있습니다. 글로벌 과제는 수천 년 동안 정보를 보존하는 것입니다. 스위스 취리히 공과대학(ETH Zurich)의 연구원들은 모든 살아있는 세포에 존재하는 유기적 데이터 저장 시스템인 DNA에서 해결책을 찾아야 한다고 믿습니다. 그리고 가장 중요한 것은 이 시스템이 컴퓨터가 출현하기 오래 전에 "발명"되었다는 것입니다.

DNA 가닥은 정보 전달자로서 매우 복잡하고 콤팩트하며 믿을 수 없을 정도로 밀도가 높습니다. 과학자에 따르면 DNA 455g에 1엑사바이트의 데이터가 기록될 수 있으며, 83E바이트는 XNUMX억 기가바이트에 해당합니다. 첫 번째 실험에서는 이미 DNA에 XNUMXKB의 정보를 기록하는 것이 가능해졌습니다. 그 후 화학 및 생명과학과의 교사인 Robert Grass는 새로운 XNUMX년 동안 의료 분야가 DNA와 더욱 긴밀하게 결합해야 한다는 생각을 표명했습니다. 녹음 기술 및 데이터 저장 분야의 공동 개발을 위한 IT 구조.

과학자들에 따르면, DNA 사슬을 기반으로 한 유기 데이터 저장 장치는 최대 백만 년 동안 정보를 저장하고 첫 번째 요청 시 이를 정확하게 제공할 수 있습니다. 수십 년 안에 대부분의 드라이브는 바로 이 기회, 즉 오랫동안 안정적이고 대용량으로 데이터를 저장할 수 있는 능력을 확보하기 위해 고군분투할 가능성이 있습니다.

스위스인만이 DNA 기반 저장 시스템을 연구하는 것은 아닙니다. 이 질문은 프란시스 크릭(Francis Crick)이 DNA의 이중 나선을 발견한 1953년부터 제기되었습니다. 그러나 그 순간 인류는 그러한 실험에 대한 지식이 충분하지 않았습니다. DNA 저장에 대한 전통적인 사고는 새로운 DNA 분자의 합성에 초점을 맞춰왔습니다. 비트 시퀀스를 2019개의 DNA 염기쌍 시퀀스와 일치시키고 저장해야 하는 모든 숫자를 표현하기에 충분한 분자를 생성합니다. 따라서 16년 여름, CATALOG 회사의 엔지니어들은 합성 고분자로 생성된 DNA에 XNUMXGB의 영어 Wikipedia를 기록하는 데 성공했습니다. 문제는 이 프로세스가 느리고 비용이 많이 들며, 이는 데이터 저장과 관련하여 상당한 병목 현상이 발생한다는 것입니다.

DNA만으로는...: 분자 저장 장치

미국 브라운 대학의 연구자들은 DNA 분자가 최대 백만년 동안 데이터를 분자적으로 저장할 수 있는 유일한 옵션은 아니라고 말합니다. 저분자량 ​​대사산물은 유기 저장소 역할도 할 수 있습니다. 정보가 일련의 대사산물에 기록되면 분자는 서로 상호 작용하기 시작하고 기록된 데이터를 포함하는 새로운 전기 중성 입자를 생성합니다.

그런데 연구진은 여기서 멈추지 않고 유기 분자 집합을 확장해 기록 데이터의 밀도를 높이는 것이 가능해졌다. 이러한 정보를 읽는 것은 화학적 분석을 통해 가능합니다. 유일한 단점은 이러한 유기 저장 장치의 구현이 실제로 실험실 조건 밖에서는 아직 가능하지 않다는 것입니다. 이것은 단지 미래를 위한 발전일 뿐입니다.

5D 광학 메모리: 데이터 저장의 혁명

또 다른 실험 저장소는 영국 사우샘프턴 대학교 개발자의 것입니다. 수백만 년 동안 지속될 수 있는 혁신적인 디지털 저장 시스템을 만들기 위한 노력의 일환으로 과학자들은 펨토초 펄스 기록을 기반으로 하는 작은 석영 디스크에 데이터를 기록하는 프로세스를 개발했습니다. 스토리지 시스템은 대용량 데이터의 보관 및 콜드 스토리지용으로 설계되었으며 XNUMX차원 스토리지로 설명됩니다.

왜 100차원인가? 사실 정보는 일반적인 13,8차원을 포함하여 여러 계층으로 인코딩됩니다. 이러한 치수에는 크기와 나노도트 방향이라는 두 가지가 더 추가됩니다. 이러한 미니드라이브에 기록할 수 있는 데이터 용량은 최대 190페타바이트에 달하며, 저장 수명은 최대 982°C 온도에서 XNUMX억년이다. 디스크가 견딜 수 있는 최대 가열 온도는 XNUMX°C입니다. 간단히 말해서... 사실상 영원합니다!

University of Southampton의 작업은 최근 Microsoft의 관심을 끌었습니다. Microsoft의 클라우드 스토리지 프로그램인 Project Silica는 현재 스토리지 기술을 재고하는 것을 목표로 하고 있습니다. '스몰-소프트(Small-Soft)' 예측에 따르면 2023년까지 100제타바이트 이상의 정보가 클라우드에 저장될 것이므로 대규모 스토리지 시스템도 어려움을 겪게 될 것입니다.

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출처 : habr.com