Jau keletą dešimtmečių saugojimo technologijų pažanga buvo matuojama visų pirma pagal atminties talpą ir duomenų skaitymo/rašymo greitį. Laikui bėgant šie vertinimo parametrai buvo papildyti technologijomis ir metodikomis, dėl kurių HDD ir SSD diskai tampa išmanesni, lankstesni ir lengviau valdomi. Kasmet diskų gamintojai tradiciškai užsimena, kad didžiųjų duomenų rinka keisis, ir 2020 m. IT lyderiai vis dažniau ieško efektyvių būdų, kaip saugoti ir valdyti didžiulius duomenų kiekius, ir dar kartą žada keisti saugojimo sistemų eigą. Šiame straipsnyje mes surinkome pažangiausias informacijos saugojimo technologijas, taip pat kalbėsime apie futuristinių saugojimo įrenginių, kurie dar turi rasti savo fizinį įgyvendinimą, koncepcijas.
Programinės įrangos nustatyti saugojimo tinklai
Kalbant apie automatizavimą, lankstumą ir padidintą saugojimo pajėgumą kartu su padidėjusiu darbuotojų efektyvumu, vis daugiau įmonių svarsto galimybę pereiti prie vadinamųjų programinės įrangos nustatytų saugojimo tinklų arba SDS (Software-Defined Storage).
Pagrindinis SDS technologijos bruožas yra aparatinės ir programinės įrangos atskyrimas: tai reiškia . Be to, skirtingai nei įprastos prie tinklo prijungtos saugyklos (NAS) arba saugyklos tinklo (SAN) sistemos, SDS sukurtas veikti bet kurioje standartinėje x86 sistemoje. Gana dažnai SDS diegimo tikslas yra pagerinti veiklos sąnaudas (OpEx), reikalaujant mažiau administracinių pastangų.
HDD diskų talpa padidės iki 32 TB
Tradiciniai magnetiniai saugojimo įrenginiai visai nemirė, o tik išgyvena technologinį renesansą. Šiuolaikiniai HDD jau gali pasiūlyti vartotojams iki 16 TB duomenų saugyklos. Per ateinančius penkerius metus šis pajėgumas padvigubės. Tuo pačiu metu standieji diskai ir toliau bus pati prieinamiausia laisvosios prieigos saugykla ir daugelį metų išlaikys savo pirmenybę gigabaito disko vietos kainos atžvilgiu.
Pajėgumų didinimas bus pagrįstas jau žinomomis technologijomis:
- Helio pavaros (helis sumažina aerodinaminį pasipriešinimą ir turbulenciją, todėl pavaroje galima sumontuoti daugiau magnetinių plokštelių; šilumos generavimas ir energijos suvartojimas nedidėja);
- Termomagnetiniai diskai (arba HAMR HDD, kurių pasirodymas numatomas 2021 m. ir yra sukurtas mikrobangų duomenų įrašymo principu, kai disko dalis kaitinama lazeriu ir permagnetinama);
- HDD, pagrįstas įrašymu iš plytelių (arba SMR diskai, kur duomenų takeliai dedami vienas ant kito, plytelių formatu; tai užtikrina didelį informacijos įrašymo tankį).
Helium diskai yra ypač paklausūs debesų duomenų centruose, o SMR HDD yra optimalūs dideliems archyvams ir duomenų bibliotekoms saugoti, pasiekti ir atnaujinti duomenis, kurių nereikia labai dažnai. Jie taip pat idealiai tinka atsarginėms kopijoms kurti.
NVMe diskai taps dar greitesni
Pirmieji SSD diskai buvo prijungti prie pagrindinių plokščių per SATA arba SAS sąsają, tačiau šios sąsajos buvo sukurtos prieš daugiau nei 10 metų magnetiniams HDD diskams. Šiuolaikinis NVMe protokolas yra daug galingesnis ryšio protokolas, skirtas sistemoms, kurios užtikrina didelį duomenų apdorojimo greitį. Dėl to 2019-2020 metų sandūroje matome rimtą NVMe SSD kainų kritimą, kurie tampa prieinami bet kurios klasės vartotojams. Verslo segmente NVMe sprendimus ypač vertina tos įmonės, kurioms reikia analizuoti didelius duomenis realiu laiku.
Tokios įmonės kaip „Kingston“ ir „Samsung“ jau parodė, ko įmonių vartotojai gali tikėtis 2020 m.: visi laukiame, kol NVMe SSD diskai su PCIe 4.0 įgalins dar didesnį duomenų apdorojimo greitį duomenų centre. Naujų gaminių deklaruojamas našumas yra 4,8 GB/s, ir tai toli gražu nėra riba. Kitos kartos galės užtikrinti 7 GB/s pralaidumą.
Kartu su NVMe-oF (arba NVMe over Fabrics) specifikacija organizacijos galės sukurti didelio našumo saugyklos tinklus su minimaliu delsos laiku, kurie stipriai konkuruos su DAS (arba tiesioginio prijungimo saugojimo) duomenų centrais. Tuo pačiu metu, naudojant NVMe-oF, I/O operacijos apdorojamos efektyviau, o delsa yra panaši į DAS sistemų. Analitikai prognozuoja, kad NVMe-oF protokolu veikiančių sistemų diegimas sparčiai paspartės 2020 m.
Ar QLC atmintis pagaliau veiks?
Keturių lygių elementų (QLC) NAND „flash“ atmintis rinkoje taip pat populiarės. QLC buvo pristatytas 2019 m., todėl rinkoje buvo pritaikytas minimaliai. Tai pasikeis 2020 m., ypač įmonėse, kurios įdiegė „LightOS Global Flash Translation Layer“ (GFTL) technologiją, kad įveiktų būdingus QLC iššūkius.
Analitikų prognozėmis, QLC elementų pagrindu veikiančių SSD diskų pardavimų augimas padidės 10%, o TLC sprendimai „užims“ 85% rinkos. Kad ir ką sakytume, QLC SSD vis dar gerokai atsilieka nuo TLC SSD ir per ateinančius penkerius metus netaps duomenų centrų pagrindu.
Tuo pat metu tikimasi, kad 2020 m. NAND „flash“ atminties kaina padidės, todėl, pavyzdžiui, SSD valdiklių pardavėjas „Phison“ lažinasi, kad kylančios kainos galiausiai paskatins vartotojų SSD rinką link 4 bitų „flash“ QLC NAND atminties. Beje, „Intel“ planuoja išleisti 144 sluoksnių QLC sprendimus (vietoj 96 sluoksnių gaminių). Na... atrodo, kad mes einame į tolesnę HDD marginalizaciją.
SCM atmintis: greitis artimas DRAM
Plačiai paplitęs SCM (Storage Class Memory) atminties naudojimas buvo prognozuojamas keletą metų, o 2020 m. Nors „Intel Optane“, „Toshiba XL-Flash“ ir „Samsung Z-SSD“ atminties moduliai jau pateko į įmonių rinką, jų išvaizda nesukėlė didžiulės reakcijos.
„Intel“ įrenginyje sujungiamos greitos, bet nestabilios DRAM savybės ir lėtesnė, bet nuolatinė NAND saugykla. Šiuo deriniu siekiama pagerinti vartotojų gebėjimą dirbti su dideliais duomenų rinkiniais, užtikrinant tiek DRAM greitį, tiek NAND talpą. SCM atmintis yra ne tik greitesnė nei NAND pagrįstos alternatyvos: ji dešimt kartų greitesnė. Vėlavimas yra mikrosekundės, o ne milisekundės.
Rinkos ekspertai pastebi, kad duomenų centrus, planuojančius naudoti SCM, ribos tai, kad ši technologija veiks tik serveriuose, kuriuose naudojami „Intel Cascade Lake“ procesoriai. Tačiau, jų nuomone, tai nebus kliūtis sustabdyti esamų duomenų centrų atnaujinimo bangą, siekiant užtikrinti didelį apdorojimo greitį.
Iš numatomos realybės į tolimą ateitį
Daugeliui vartotojų duomenų saugojimas neapima „talpinio Armagedono“ jausmo. Tačiau pagalvokite apie tai: 3,7 milijardo žmonių, kurie šiuo metu naudojasi internetu, kasdien sukuria apie 2,5 kvintilijono baitų duomenų. Norint patenkinti šį poreikį, reikia vis daugiau duomenų centrų.
Remiantis statistika, iki 2025 m. pasaulis yra pasirengęs apdoroti 160 Zetabaitų duomenų per metus (tai daugiau baitų nei stebimos Visatos žvaigždės). Tikėtina, kad ateityje duomenų centrais turėsime uždengti kiekvieną planetos Žemės kvadratinį metrą, kitaip korporacijos tiesiog nespės prisitaikyti prie tokio didelio informacijos augimo. Arba... kai kurių duomenų teks atsisakyti. Tačiau yra keletas potencialiai įdomių technologijų, kurios galėtų išspręsti didėjančią informacijos pertekliaus problemą.
DNR struktūra kaip būsimos duomenų saugojimo pagrindas
Naujų informacijos saugojimo ir apdorojimo būdų ieško ne tik IT korporacijos, bet ir daugelis mokslininkų. Pasaulinė užduotis – užtikrinti informacijos išsaugojimą tūkstančius metų. Tyrėjai iš ETH Ciuricho (Šveicarija) mano, kad sprendimas turi būti rastas organinėje duomenų saugojimo sistemoje, kuri yra kiekvienoje gyvoje ląstelėje: DNR. Ir svarbiausia, ši sistema buvo „išrasta“ dar gerokai prieš kompiuterio atsiradimą.
DNR grandinės yra labai sudėtingos, kompaktiškos ir neįtikėtinai tankios kaip informacijos nešėjos: mokslininkų teigimu, viename DNR grame galima įrašyti 455 eksabaitus duomenų, kur 1 ebaitas prilygsta milijardui gigabaitų. Pirmieji eksperimentai jau leido į DNR įrašyti 83 KB informacijos, po kurių Chemijos ir biologijos mokslų katedros dėstytojas Robertas Grassas išsakė mintį, kad naujame dešimtmetyje medicinos sritis turi glaudžiau susijungti su IT struktūra bendrai plėtrai įrašymo technologijų ir duomenų saugojimo srityje.
Anot mokslininkų, DNR grandinėmis pagrįsti organiniai duomenų saugojimo įrenginiai galėtų saugoti informaciją iki milijono metų ir tiksliai ją pateikti pagal pirmąjį prašymą. Gali būti, kad po kelių dešimtmečių dauguma diskų kovos būtent dėl šios galimybės: galimybės patikimai ir talpiai saugoti duomenis ilgą laiką.
Šveicarai nėra vieninteliai, kurie dirba su DNR pagrįstomis saugojimo sistemomis. Šis klausimas buvo keliamas nuo 1953 m., kai Francisas Crickas atrado dvigubą DNR spiralę. Tačiau tuo metu žmonijai tiesiog neužteko žinių tokiems eksperimentams. Tradicinis mąstymas DNR saugojimo srityje buvo sutelktas į naujų DNR molekulių sintezę; suderinti bitų seką su keturių DNR bazių porų seka ir sukurti pakankamai molekulių, kad būtų atvaizduoti visi skaičiai, kuriuos reikia saugoti. Taip 2019 metų vasarą įmonės CATALOG inžinieriams pavyko įrašyti 16 GB anglų kalbos Vikipedijos į DNR, sukurtą iš sintetinių polimerų. Problema ta, kad šis procesas yra lėtas ir brangus, o tai yra didelė kliūtis, kai kalbama apie duomenų saugojimą.
Ne vien DNR...: molekuliniai saugojimo įrenginiai
Browno universiteto (JAV) mokslininkai teigia, kad DNR molekulė nėra vienintelė galimybė molekuliniam duomenų saugojimui iki milijono metų. Mažos molekulinės masės metabolitai taip pat gali veikti kaip organinė saugykla. Kai informacija įrašoma į metabolitų rinkinį, molekulės pradeda sąveikauti viena su kita ir gamina naujas elektriškai neutralias daleles, kuriose yra jose įrašyti duomenys.
Beje, mokslininkai tuo neapsiribojo ir išplėtė organinių molekulių rinkinį, o tai leido padidinti registruojamų duomenų tankį. Tokią informaciją galima perskaityti atliekant cheminę analizę. Vienintelis neigiamas dalykas yra tai, kad tokio organinio saugojimo įrenginio įgyvendinimas praktiškai dar neįmanomas ne laboratorinėmis sąlygomis. Tai tik tobulėjimas ateičiai.
5D optinė atmintis: duomenų saugojimo revoliucija
Kita eksperimentinė saugykla priklauso kūrėjams iš Sautamptono universiteto Anglijoje. Siekdami sukurti naujovišką skaitmeninę saugojimo sistemą, kuri gali trukti milijonus metų, mokslininkai sukūrė duomenų įrašymo į mažą kvarcinį diską procesą, pagrįstą femtosekundžių impulsų įrašymu. Saugojimo sistema skirta didelės apimties duomenų archyvavimui ir šaltam saugojimui ir apibūdinama kaip penkiamatė saugykla.
Kodėl penkiamatis? Faktas yra tas, kad informacija yra užkoduota keliais sluoksniais, įskaitant įprastus tris matmenis. Prie šių matmenų pridedami dar du – dydis ir nanodotų orientacija. Duomenų talpa, kurią galima įrašyti tokiame mini diske, yra iki 100 petabaitų, o saugojimo laikas – 13,8 milijardo metų esant iki 190°C temperatūrai. Maksimali kaitinimo temperatūra, kurią diskas gali atlaikyti, yra 982 °C. Trumpai tariant... tai praktiškai amžina!
Sautamptono universiteto darbai neseniai patraukė Microsoft dėmesį, kurios debesų saugyklos programa Project Silica siekia permąstyti dabartines saugojimo technologijas. Remiantis „small-soft“ prognozėmis, iki 2023 m. debesyse bus saugoma daugiau nei 100 Zetabaitų informacijos, todėl net ir didelio masto saugojimo sistemos susidurs su sunkumais.
Norėdami gauti daugiau informacijos apie Kingston Technology produktus, apsilankykite oficialioje bendrovės svetainėje.
Šaltinis: www.habr.com