Durante várias décadas, o progresso na tecnologia de armazenamento foi medido principalmente em termos de capacidade de armazenamento e velocidade de leitura/gravação de dados. Ao longo do tempo, estes parâmetros de avaliação foram complementados por tecnologias e metodologias que tornam as unidades HDD e SSD mais inteligentes, mais flexíveis e mais fáceis de gerir. Todos os anos, os fabricantes de unidades tradicionalmente sugerem que o mercado de big data mudará, e 2020 não será exceção. Os líderes de TI procuram cada vez mais formas eficientes de armazenar e gerir grandes quantidades de dados e comprometem-se mais uma vez a mudar o rumo dos sistemas de armazenamento. Neste artigo coletamos as tecnologias mais avançadas para armazenamento de informações e também falaremos sobre os conceitos de dispositivos de armazenamento futuristas que ainda não encontraram sua implementação física.
Redes de armazenamento definidas por software
Quando se trata de automação, flexibilidade e maior capacidade de armazenamento, juntamente com maior eficiência da equipe, cada vez mais empresas estão considerando mudar para as chamadas redes de armazenamento definidas por software ou SDS (Software-Defined Storage).
A principal característica da tecnologia SDS é a separação entre hardware e software: isto é, significa . Além disso, diferentemente dos sistemas convencionais de armazenamento conectado à rede (NAS) ou de rede de área de armazenamento (SAN), o SDS foi projetado para ser executado em qualquer sistema x86 padrão. Muitas vezes, o objetivo da implantação de um SDS é melhorar as despesas operacionais (OpEx) e ao mesmo tempo exigir menos esforço administrativo.
A capacidade das unidades HDD aumentará para 32 TB
Os dispositivos de armazenamento magnético tradicionais não estão mortos, mas estão apenas passando por um renascimento tecnológico. Os HDDs modernos já podem oferecer aos usuários até 16 TB de armazenamento de dados. Nos próximos cinco anos, esta capacidade duplicará. Ao mesmo tempo, as unidades de disco rígido continuarão a ser o armazenamento de acesso aleatório mais acessível e manterão a sua primazia no preço por gigabyte de espaço em disco durante muitos anos.
O aumento de capacidade será baseado em tecnologias já conhecidas:
- Acionamentos de hélio (o hélio reduz o arrasto aerodinâmico e a turbulência, permitindo a instalação de mais placas magnéticas no acionamento; a geração de calor e o consumo de energia não aumentam);
- Unidades termomagnéticas (ou HDD HAMR, cujo surgimento está previsto para 2021 e é baseado no princípio de gravação de dados por micro-ondas, quando uma seção do disco é aquecida por um laser e remagnetizada);
- HDD baseado em gravação lado a lado (ou unidades SMR, onde as trilhas de dados são colocadas umas sobre as outras, em formato lado a lado; isso garante alta densidade de gravação de informações).
As unidades de hélio são especialmente procuradas em data centers em nuvem, e os HDDs SMR são ideais para armazenar grandes arquivos e bibliotecas de dados, acessando e atualizando dados que não são necessários com muita frequência. Eles também são ideais para criar backups.
As unidades NVMe ficarão ainda mais rápidas
As primeiras unidades SSD foram conectadas às placas-mãe através da interface SATA ou SAS, mas essas interfaces foram desenvolvidas há mais de 10 anos para unidades HDD magnéticas. O protocolo NVMe moderno é um protocolo de comunicação muito mais poderoso, projetado para sistemas que fornecem alta velocidade de processamento de dados. Como resultado, na virada de 2019-2020 vemos uma forte queda nos preços dos SSDs NVMe, que estão se tornando disponíveis para qualquer classe de usuários. No segmento corporativo, as soluções NVMe são especialmente valorizadas por aquelas empresas que necessitam analisar big data em tempo real.
Empresas como Kingston e Samsung já mostraram o que os usuários corporativos podem esperar em 2020: estamos todos esperando que os SSDs NVMe habilitados para PCIe 4.0 adicionem ainda mais velocidade de processamento de dados ao data center. O desempenho declarado dos novos produtos é de 4,8 GB/s, e isso está longe do limite. Próximas gerações será capaz de fornecer uma taxa de transferência de 7 GB/s.
Juntamente com a especificação NVMe-oF (ou NVMe over Fabrics), as organizações serão capazes de criar redes de armazenamento de alto desempenho com latência mínima que competirão fortemente com data centers DAS (ou armazenamento conectado diretamente). Ao mesmo tempo, usando NVMe-oF, as operações de E/S são processadas de forma mais eficiente, enquanto a latência é comparável aos sistemas DAS. Os analistas prevêem que a implantação de sistemas executados no protocolo NVMe-oF irá acelerar rapidamente em 2020.
A memória QLC finalmente funcionará?
A memória flash NAND Quad Level Cell (QLC) também terá popularidade crescente no mercado. O QLC foi lançado em 2019 e, portanto, teve adoção mínima no mercado. Isto mudará em 2020, especialmente entre as empresas que adotaram a tecnologia LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) para superar os desafios inerentes ao QLC.
De acordo com as previsões dos analistas, o crescimento das vendas de unidades SSD baseadas em células QLC aumentará 10%, enquanto as soluções TLC irão “capturar” 85% do mercado. Goste ou não, o QLC SSD ainda está muito atrás em desempenho em comparação com o TLC SSD e não se tornará a base para data centers nos próximos cinco anos.
Ao mesmo tempo, espera-se que o custo da memória flash NAND aumente em 2020, então o fornecedor de controladores SSD Phison, por exemplo, está apostando que o aumento dos preços acabará empurrando o mercado consumidor de SSD em direção à memória flash -QLC NAND de 4 bits. A propósito, a Intel planeja lançar soluções QLC de 144 camadas (em vez de produtos de 96 camadas). Bem... parece que estamos caminhando para uma maior marginalização dos HDDs.
Memória SCM: velocidade próxima à DRAM
A ampla adoção da memória SCM (Storage Class Memory) foi prevista há vários anos, e 2020 pode ser o ponto de partida para que essas previsões finalmente se tornem realidade. Embora os módulos de memória Intel Optane, Toshiba XL-Flash e Samsung Z-SSD já tenham entrado no mercado empresarial, seu aparecimento não causou uma reação esmagadora.
O dispositivo da Intel combina as características de DRAM rápida, mas instável, com armazenamento NAND mais lento, mas persistente. Essa combinação visa melhorar a capacidade dos usuários de trabalhar com grandes conjuntos de dados, proporcionando velocidade DRAM e capacidade NAND. A memória SCM não é apenas mais rápida que as alternativas baseadas em NAND: é dez vezes mais rápida. A latência é de microssegundos, não de milissegundos.
Especialistas de mercado observam que os data centers que planejam usar SCM serão limitados pelo fato de que esta tecnologia só funcionará em servidores que utilizam processadores Intel Cascade Lake. No entanto, na sua opinião, isto não será um obstáculo para travar a onda de atualizações dos centros de dados existentes, a fim de proporcionar elevadas velocidades de processamento.
Da realidade previsível ao futuro distante
Para a maioria dos usuários, o armazenamento de dados não envolve uma sensação de “Armagedom capacitivo”. Mas pense bem: os 3,7 mil milhões de pessoas que utilizam actualmente a Internet geram cerca de 2,5 quintilhões de bytes de dados todos os dias. Para atender a essa necessidade, são necessários cada vez mais data centers.
Segundo as estatísticas, até 2025 o mundo estará pronto para processar 160 Zetabytes de dados por ano (isso é mais bytes do que estrelas no Universo observável). É provável que no futuro tenhamos que cobrir cada metro quadrado do planeta Terra com data centers, caso contrário as empresas simplesmente não conseguirão se adaptar a um crescimento tão elevado de informação. Ou... você terá que abrir mão de alguns dados. No entanto, existem várias tecnologias potencialmente interessantes que poderiam resolver o problema crescente da sobrecarga de informação.
Estrutura do DNA como base para armazenamento futuro de dados
Não só as empresas de TI procuram novas formas de armazenar e processar informações, mas também muitos cientistas. A tarefa global é garantir a preservação da informação por milhares de anos. Pesquisadores da ETH Zurique, na Suíça, acreditam que a solução deve ser encontrada em um sistema orgânico de armazenamento de dados que existe em todas as células vivas: o DNA. E o mais importante, este sistema foi “inventado” muito antes do advento do computador.
Os filamentos de DNA são muito complexos, compactos e incrivelmente densos como portadores de informação: segundo os cientistas, 455 Exabytes de dados podem ser registrados em um grama de DNA, onde 1 Ebyte equivale a um bilhão de gigabytes. Os primeiros experimentos já permitiram registrar 83 KB de informação no DNA, após o que um professor do Departamento de Química e Ciências Biológicas, Robert Grass, expressou a ideia de que na nova década a área médica precisa se unir mais estreitamente com a estrutura informática para desenvolvimentos conjuntos no domínio das tecnologias de gravação e armazenamento de dados.
Segundo os cientistas, dispositivos orgânicos de armazenamento de dados baseados em cadeias de DNA poderiam armazenar informações por até um milhão de anos e fornecê-las com precisão na primeira solicitação. É possível que, em algumas décadas, a maioria das unidades lute precisamente por esta oportunidade: a capacidade de armazenar dados de forma confiável e ampla por um longo período.
Os suíços não são os únicos a trabalhar em sistemas de armazenamento baseados em DNA. Esta questão tem sido levantada desde 1953, quando Francis Crick descobriu a dupla hélice do DNA. Mas naquele momento a humanidade simplesmente não tinha conhecimento suficiente para tais experimentos. O pensamento tradicional no armazenamento de ADN concentrou-se na síntese de novas moléculas de ADN; combinar uma sequência de bits com uma sequência de quatro pares de bases de DNA e criar moléculas suficientes para representar todos os números que precisam ser armazenados. Assim, no verão de 2019, engenheiros da empresa CATALOG conseguiram gravar 16 GB de Wikipédia em inglês em DNA criado a partir de polímeros sintéticos. O problema é que esse processo é lento e caro, o que representa um gargalo significativo quando se trata de armazenamento de dados.
Não apenas DNA...: dispositivos de armazenamento molecular
Pesquisadores da Universidade Brown (EUA) afirmam que a molécula de DNA não é a única opção de armazenamento molecular de dados por até um milhão de anos. Metabólitos de baixo peso molecular também podem atuar como armazenamento orgânico. Quando a informação é escrita em um conjunto de metabólitos, as moléculas começam a interagir umas com as outras e a produzir novas partículas eletricamente neutras que contêm os dados nelas gravados.
Aliás, os pesquisadores não pararam por aí e ampliaram o conjunto de moléculas orgânicas, o que possibilitou aumentar a densidade dos dados registrados. A leitura dessas informações é possível por meio de análises químicas. O único aspecto negativo é que a implementação de tal dispositivo de armazenamento orgânico ainda não é possível na prática, fora das condições laboratoriais. Isto é apenas desenvolvimento para o futuro.
Memória óptica 5D: uma revolução no armazenamento de dados
Outro repositório experimental pertence a desenvolvedores da Universidade de Southampton, na Inglaterra. Num esforço para criar um sistema de armazenamento digital inovador que possa durar milhões de anos, os cientistas desenvolveram um processo para gravar dados num pequeno disco de quartzo baseado na gravação de pulsos de femtossegundos. O sistema de armazenamento é projetado para arquivamento e armazenamento frio de grandes volumes de dados e é descrito como armazenamento pentadimensional.
Por que pentadimensional? O fato é que a informação é codificada em diversas camadas, incluindo as habituais três dimensões. A essas dimensões são adicionadas mais duas: tamanho e orientação de nanopontos. A capacidade de dados que pode ser gravada em tal mini-drive é de até 100 petabytes e a vida útil de armazenamento é de 13,8 bilhões de anos em temperaturas de até 190°C. A temperatura máxima de aquecimento que o disco pode suportar é de 982 °C. Resumindo... é praticamente eterno!
O trabalho da Universidade de Southampton chamou recentemente a atenção da Microsoft, cujo programa de armazenamento em nuvem, Project Silica, visa repensar as tecnologias de armazenamento atuais. De acordo com previsões “small-soft”, até 2023 mais de 100 Zetabytes de informação serão armazenados em nuvens, pelo que mesmo sistemas de armazenamento em grande escala enfrentarão dificuldades.
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Fonte: habr.com