Decennia lang werd de vooruitgang op het gebied van opslagtechnologie vooral gemeten in termen van opslagcapaciteit en lees-/schrijfsnelheid van gegevens. In de loop van de tijd zijn deze evaluatieparameters aangevuld met technologieën en methodologieën die HDD- en SSD-schijven slimmer, flexibeler en gemakkelijker te beheren maken. Elk jaar laten fabrikanten van schijven traditioneel weten dat de big data-markt zal veranderen, en 2020 is daarop geen uitzondering. IT-leiders zijn steeds meer op zoek naar efficiënte manieren om enorme hoeveelheden gegevens op te slaan en te beheren, en beloven opnieuw de koers van opslagsystemen te veranderen. In dit artikel hebben we de meest geavanceerde technologieën voor het opslaan van informatie verzameld, en zullen we ook praten over de concepten van futuristische opslagapparaten die hun fysieke implementatie nog moeten vinden.
Softwaregedefinieerde opslagnetwerken
Als het gaat om automatisering, flexibiliteit en verhoogde opslagcapaciteit in combinatie met verhoogde personeelsefficiëntie, overwegen steeds meer bedrijven om over te stappen op zogenaamde software-gedefinieerde opslagnetwerken of SDS (Software-Defined Storage).
Het belangrijkste kenmerk van SDS-technologie is de scheiding tussen hardware en software: dat wil zeggen: het betekent . Bovendien is SDS, in tegenstelling tot conventionele Network-Attached Storage (NAS) of SAN-systemen (Storage Area Network), ontworpen om op elk standaard x86-systeem te draaien. Heel vaak is het doel van het inzetten van een SDS het verbeteren van de bedrijfskosten (OpEx), terwijl er minder administratieve inspanning nodig is.
De capaciteit van HDD-schijven wordt vergroot naar 32 TB
Traditionele magnetische opslagapparaten zijn helemaal niet dood, maar beleven slechts een technologische renaissance. Moderne HDD's kunnen gebruikers al tot 16 TB aan gegevensopslag bieden. De komende vijf jaar zal deze capaciteit verdubbelen. Tegelijkertijd zullen harde schijven de meest betaalbare opslag voor willekeurige toegang blijven en zullen ze nog vele jaren hun prioriteit behouden qua prijs per gigabyte schijfruimte.
De capaciteitsverhoging zal gebaseerd zijn op reeds bekende technologieën:
- Heliumaandrijvingen (helium vermindert de aerodynamische weerstand en turbulentie, waardoor er meer magnetische platen in de aandrijving kunnen worden geïnstalleerd; de warmteontwikkeling en het stroomverbruik nemen niet toe);
- Thermomagnetische schijven (of HAMR HDD, waarvan het uiterlijk in 2021 wordt verwacht en is gebouwd op het principe van microgolfgegevensregistratie, waarbij een deel van de schijf wordt verwarmd door een laser en opnieuw wordt gemagnetiseerd);
- HDD op basis van tegelopname (of SMR-schijven, waarbij datasporen op elkaar worden geplaatst, in tegelformaat; dit zorgt voor een hoge dichtheid van informatie-opname).
Er is vooral veel vraag naar heliumschijven in datacenters in de cloud, en SMR HDD's zijn optimaal voor het opslaan van grote archieven en databibliotheken, voor het openen en bijwerken van gegevens die niet vaak nodig zijn. Ze zijn ook ideaal voor het maken van back-ups.
NVMe-schijven zullen nog sneller worden
De eerste SSD-schijven werden via de SATA- of SAS-interface op moederborden aangesloten, maar deze interfaces zijn ruim 10 jaar geleden ontwikkeld voor magnetische HDD-schijven. Het moderne NVMe-protocol is een veel krachtiger communicatieprotocol dat is ontworpen voor systemen die een hoge gegevensverwerkingssnelheid bieden. Als gevolg hiervan zien we rond de jaarwisseling 2019-2020 een serieuze prijsdaling voor NVMe SSD's, die beschikbaar komen voor elke klasse gebruikers. In het zakelijke segment worden NVMe-oplossingen vooral gewaardeerd door ondernemingen die big data in realtime moeten analyseren.
Bedrijven als Kingston en Samsung hebben al laten zien wat zakelijke gebruikers in 2020 kunnen verwachten: we wachten allemaal op PCIe 4.0-compatibele NVMe SSD's om nog meer gegevensverwerkingssnelheid aan het datacenter toe te voegen. De aangegeven prestaties van de nieuwe producten bedragen 4,8 GB/s, en dit is verre van de limiet. Volgende generaties zal een doorvoersnelheid van 7 GB/s kunnen bieden.
Samen met de NVMe-oF (of NVMe over Fabrics) specificatie zullen organisaties in staat zijn om krachtige opslagnetwerken te creëren met minimale latentie die sterk zullen concurreren met DAS (of Direct-attached storage) datacenters. Tegelijkertijd worden I/O-bewerkingen met behulp van NVMe-oF efficiënter verwerkt, terwijl de latentie vergelijkbaar is met die van DAS-systemen. Analisten voorspellen dat de implementatie van systemen die op het NVMe-oF-protocol draaien in 2020 snel zal versnellen.
Zal QLC-geheugen eindelijk werken?
Quad Level Cell (QLC) NAND-flashgeheugen zal ook steeds populairder worden op de markt. QLC is in 2019 geïntroduceerd en heeft daardoor een minimale adoptie in de markt gehad. Dit zal in 2020 veranderen, vooral onder bedrijven die LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL)-technologie hebben geïmplementeerd om de inherente uitdagingen van QLC te overwinnen.
Volgens de voorspellingen van analisten zal de verkoopgroei van SSD-schijven op basis van QLC-cellen met 10% toenemen, terwijl TLC-oplossingen 85% van de markt zullen “veroveren”. Wat je ook zegt, QLC SSD loopt qua prestaties nog steeds ver achter in vergelijking met TLC SSD en zal de komende vijf jaar niet de basis worden voor datacenters.
Tegelijkertijd wordt verwacht dat de kosten van NAND-flashgeheugen in 2020 zullen stijgen, dus SSD-controllerleverancier Phison gokt er bijvoorbeeld op dat stijgende prijzen de consumenten-SSD-markt uiteindelijk in de richting van 4-bit flash-QLC NAND-geheugen zullen duwen. Overigens is Intel van plan om 144-laags QLC-oplossingen te lanceren (in plaats van 96-laags producten). Nou... het lijkt erop dat we op weg zijn naar een verdere marginalisering van HDD's.
SCM-geheugen: snelheid dichtbij DRAM
De wijdverbreide acceptatie van SCM-geheugen (Storage Class Memory) wordt al enkele jaren voorspeld, en 2020 zou het startpunt kunnen zijn waarop deze voorspellingen eindelijk uitkomen. Hoewel Intel Optane-, Toshiba XL-Flash- en Samsung Z-SSD-geheugenmodules al op de zakelijke markt zijn verschenen, heeft hun verschijning geen overweldigende reactie veroorzaakt.
Het apparaat van Intel combineert de kenmerken van snelle maar onstabiele DRAM met langzamere maar aanhoudende NAND-opslag. Deze combinatie heeft tot doel het vermogen van gebruikers om met grote datasets te werken te verbeteren, waardoor zowel DRAM-snelheid als NAND-capaciteit wordt geboden. SCM-geheugen is niet alleen sneller dan op NAND gebaseerde alternatieven: het is tien keer sneller. De latentie is microseconden, geen milliseconden.
Marktexperts merken op dat datacenters die SCM willen gebruiken, beperkt zullen worden door het feit dat deze technologie alleen zal werken op servers die Intel Cascade Lake-processors gebruiken. Naar hun mening zal dit echter geen struikelblok zijn om de golf van upgrades van bestaande datacenters, om hoge verwerkingssnelheden te kunnen bieden, tegen te houden.
Van de voorzienbare realiteit tot de verre toekomst
Voor de meeste gebruikers brengt gegevensopslag geen gevoel van ‘capacitief Armageddon’ met zich mee. Maar denk er eens over na: de 3,7 miljard mensen die momenteel internet gebruiken, genereren elke dag ongeveer 2,5 quintiljoen bytes aan gegevens. Om aan deze behoefte te voldoen zijn steeds meer datacenters nodig.
Volgens statistieken is de wereld in 2025 klaar om 160 zetabytes aan gegevens per jaar te verwerken (dat zijn meer bytes dan sterren in het waarneembare heelal). Het is waarschijnlijk dat we in de toekomst elke vierkante meter van de planeet Aarde zullen moeten bedekken met datacentra, anders zullen bedrijven zich eenvoudigweg niet kunnen aanpassen aan zo’n hoge groei in informatie. Of... je zult wat gegevens moeten opgeven. Er zijn echter verschillende potentieel interessante technologieën die het groeiende probleem van de informatie-overload zouden kunnen oplossen.
DNA-structuur als basis voor toekomstige dataopslag
Niet alleen IT-bedrijven zijn op zoek naar nieuwe manieren om informatie op te slaan en te verwerken, maar ook veel wetenschappers. De mondiale taak is het waarborgen van het behoud van informatie gedurende duizenden jaren. Onderzoekers van ETH Zürich, Zwitserland, zijn van mening dat de oplossing gevonden moet worden in een organisch gegevensopslagsysteem dat in elke levende cel aanwezig is: DNA. En het allerbelangrijkste: dit systeem werd lang vóór de komst van de computer ‘uitgevonden’.
DNA-strengen zijn zeer complex, compact en ongelooflijk compact als informatiedragers: volgens wetenschappers kunnen 455 Exabytes aan gegevens worden vastgelegd in een gram DNA, waarbij 1 Ebyte gelijk staat aan een miljard gigabytes. De eerste experimenten hebben het al mogelijk gemaakt om 83 KB aan informatie in DNA vast te leggen, waarna een docent van de afdeling Scheikunde en Biologische Wetenschappen, Robert Grass, het idee uitte dat het medische veld in het nieuwe decennium nauwer moet samenwerken met de IT-structuur voor gezamenlijke ontwikkelingen op het gebied van opnametechnologieën en dataopslag.
Volgens wetenschappers kunnen organische gegevensopslagapparaten op basis van DNA-ketens informatie tot een miljoen jaar opslaan en deze op het eerste verzoek nauwkeurig verstrekken. Het is mogelijk dat de meeste schijven over een paar decennia zullen strijden om precies deze mogelijkheid: het vermogen om gegevens langdurig betrouwbaar en ruim op te slaan.
De Zwitsers zijn niet de enigen die werken aan op DNA gebaseerde opslagsystemen. Deze vraag wordt gesteld sinds 1953, toen Francis Crick de dubbele helix van DNA ontdekte. Maar op dat moment beschikte de mensheid simpelweg niet over voldoende kennis voor dergelijke experimenten. Het traditionele denken op het gebied van DNA-opslag heeft zich geconcentreerd op de synthese van nieuwe DNA-moleculen; het matchen van een reeks bits met een reeks van vier DNA-basenparen en het creëren van voldoende moleculen om alle getallen weer te geven die moeten worden opgeslagen. Zo slaagden ingenieurs van het bedrijf CATALOG er in de zomer van 2019 in om 16 GB aan Engelstalige Wikipedia op te nemen in DNA dat was gemaakt van synthetische polymeren. Het probleem is dat dit proces langzaam en duur is, wat een aanzienlijk knelpunt is als het gaat om gegevensopslag.
Niet alleen DNA...: moleculaire opslagapparaten
Onderzoekers van Brown University (VS) zeggen dat het DNA-molecuul niet de enige optie is voor moleculaire opslag van gegevens tot wel een miljoen jaar. Metabolieten met een laag molecuulgewicht kunnen ook als organische opslag fungeren. Wanneer informatie naar een reeks metabolieten wordt geschreven, beginnen de moleculen met elkaar te interageren en nieuwe elektrisch neutrale deeltjes te produceren die de gegevens bevatten die daarin zijn vastgelegd.
Overigens stopten de onderzoekers daar niet en breidden ze de reeks organische moleculen uit, waardoor het mogelijk werd de dichtheid van de geregistreerde gegevens te vergroten. Het lezen van dergelijke informatie is mogelijk door middel van chemische analyse. Het enige negatieve is dat de implementatie van een dergelijk organisch opslagapparaat in de praktijk, buiten laboratoriumomstandigheden, nog niet mogelijk is. Dit is slechts een ontwikkeling voor de toekomst.
5D optisch geheugen: een revolutie in dataopslag
Een andere experimentele repository is van ontwikkelaars van de Universiteit van Southampton, Engeland. In een poging een innovatief digitaal opslagsysteem te creëren dat miljoenen jaren mee kan gaan, hebben wetenschappers een proces ontwikkeld voor het vastleggen van gegevens op een kleine kwartsschijf, gebaseerd op femtoseconde-pulsregistratie. Het opslagsysteem is ontworpen voor archivering en koude opslag van grote hoeveelheden gegevens en wordt omschreven als vijfdimensionale opslag.
Waarom vijfdimensionaal? Feit is dat informatie in verschillende lagen is gecodeerd, inclusief de gebruikelijke drie dimensies. Aan deze dimensies worden er nog twee toegevoegd: grootte en nanodot-oriëntatie. De datacapaciteit die op zo’n mini-drive kan worden vastgelegd bedraagt maximaal 100 Petabytes, en de opslagduur bedraagt 13,8 miljard jaar bij temperaturen tot 190°C. De maximale verwarmingstemperatuur die de schijf kan weerstaan is 982 °C. Kortom... het is praktisch eeuwig!
Het werk van de Universiteit van Southampton heeft onlangs de aandacht getrokken van Microsoft, wiens cloudopslagprogramma Project Silica tot doel heeft de huidige opslagtechnologieën te heroverwegen. Volgens ‘klein-zachte’ voorspellingen zal in 2023 meer dan 100 zetabytes aan informatie in de cloud zijn opgeslagen, waardoor zelfs grootschalige opslagsystemen met problemen zullen worden geconfronteerd.
Bezoek de officiële website van het bedrijf voor meer informatie over producten van Kingston Technology.
Bron: www.habr.com