Už niekoľko desaťročí sa pokrok v technológii úložísk meria predovšetkým z hľadiska kapacity úložiska a rýchlosti čítania/zápisu dát. Postupom času boli tieto parametre hodnotenia doplnené o technológie a metodiky, vďaka ktorým sú HDD a SSD disky inteligentnejšie, flexibilnejšie a ľahšie spravovateľné. Každý rok výrobcovia diskov tradične naznačujú, že trh s veľkými dátami sa zmení a rok 2020 nie je výnimkou. IT lídri čoraz viac hľadajú efektívne spôsoby ukladania a správy obrovského množstva dát a opäť sa zaväzujú zmeniť smerovanie úložných systémov. V tomto článku sme zhromaždili najpokročilejšie technológie na ukladanie informácií a budeme hovoriť aj o konceptoch futuristických úložných zariadení, ktoré ešte musia nájsť svoju fyzickú implementáciu.
Softvérovo definované úložné siete
Pokiaľ ide o automatizáciu, flexibilitu a zvýšenú úložnú kapacitu spojenú so zvýšenou efektivitou zamestnancov, stále viac podnikov zvažuje prechod na takzvané softvérovo definované úložné siete alebo SDS (Software-Defined Storage).
Kľúčovou vlastnosťou technológie SDS je oddelenie hardvéru od softvéru: to znamená . Navyše, na rozdiel od konvenčných systémov NAS (Network-Attached Storage) alebo SAN (Storage Area Network), SDS je navrhnutý tak, aby fungoval na akomkoľvek štandardnom x86 systéme. Pomerne často je cieľom nasadenia SDS zlepšiť prevádzkové náklady (OpEx), pričom si vyžaduje menej administratívneho úsilia.
Kapacita HDD diskov sa zvýši na 32 TB
Tradičné magnetické pamäťové zariadenia nie sú vôbec mŕtve, ale práve zažívajú technologickú renesanciu. Moderné HDD už môžu používateľom ponúknuť až 16 TB dátového úložiska. V priebehu nasledujúcich piatich rokov sa táto kapacita zdvojnásobí. Pevné disky budú zároveň aj naďalej najdostupnejším úložiskom s náhodným prístupom a svoje prvenstvo v cene za gigabajt diskového priestoru si udržia ešte mnoho rokov.
Zvýšenie kapacity bude založené na už známych technológiách:
- Héliové pohony (hélium znižuje aerodynamický odpor a turbulencie, čo umožňuje inštaláciu väčšieho počtu magnetických dosiek do pohonu; tvorba tepla a spotreba energie sa nezvyšujú);
- Termomagnetické mechaniky (alebo HAMR HDD, ktorého vzhľad sa očakáva v roku 2021 a je postavený na princípe mikrovlnného záznamu dát, kedy sa časť disku zahrieva laserom a premagnetizuje);
- HDD na báze dlaždicového záznamu (alebo SMR mechaniky, kde sú dátové stopy umiestnené na sebe, v dlaždicovom formáte; to zabezpečuje vysokú hustotu záznamu informácií).
Héliové disky sú obzvlášť žiadané v cloudových dátových centrách a SMR HDD sú optimálne na ukladanie veľkých archívov a dátových knižníc, na prístup k dátam a ich aktualizáciu, ktoré sa nevyžadujú príliš často. Sú tiež ideálne na vytváranie záloh.
Disky NVMe budú ešte rýchlejšie
Prvé SSD disky sa k základným doskám pripájali cez rozhranie SATA alebo SAS, no tieto rozhrania boli vyvinuté pred viac ako 10 rokmi pre magnetické HDD disky. Moderný protokol NVMe je oveľa výkonnejší komunikačný protokol určený pre systémy, ktoré poskytujú vysokú rýchlosť spracovania dát. Výsledkom je, že na prelome rokov 2019-2020 vidíme vážny pokles cien NVMe SSD, ktoré sú dostupné pre akúkoľvek triedu používateľov. Vo firemnom segmente sú riešenia NVMe oceňované najmä podnikmi, ktoré potrebujú analyzovať veľké dáta v reálnom čase.
Spoločnosti ako Kingston a Samsung už ukázali, čo môžu podnikoví používatelia očakávať v roku 2020: všetci čakáme na NVMe SSD s podporou PCIe 4.0, ktoré pridajú do dátového centra ešte vyššiu rýchlosť spracovania dát. Deklarovaný výkon noviniek je 4,8 GB/s a to zďaleka nie je limit. Ďalšie generácie bude vedieť poskytnúť priepustnosť 7 GB/s.
Spolu so špecifikáciou NVMe-oF (alebo NVMe over Fabrics) budú organizácie schopné vytvárať vysokovýkonné úložné siete s minimálnou latenciou, ktoré budú silne konkurovať dátovým centrám DAS (alebo priamo pripojené úložisko). Zároveň s použitím NVMe-oF sú I/O operácie spracovávané efektívnejšie, pričom latencia je porovnateľná so systémami DAS. Analytici predpovedajú, že nasadenie systémov bežiacich na protokole NVMe-oF sa v roku 2020 rapídne zrýchli.
Bude konečne fungovať pamäť QLC?
Pamäť typu NAND flash Quad Level Cell (QLC) bude tiež na trhu získavať čoraz väčšiu popularitu. QLC bol predstavený v roku 2019, a preto bol na trhu minimálne prijatý. To sa v roku 2020 zmení, najmä medzi spoločnosťami, ktoré prijali technológiu LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL), aby prekonali inherentné výzvy QLC.
Podľa prognóz analytikov sa rast predaja SSD diskov založených na článkoch QLC zvýši o 10 %, zatiaľ čo riešenia TLC „zachytia“ 85 % trhu. Čokoľvek sa dá povedať, QLC SSD je v porovnaní s TLC SSD stále výrazne pozadu a v najbližších piatich rokoch sa nestane základom pre dátové centrá.
Zároveň sa očakáva, že v roku 2020 porastú náklady na NAND flash pamäte, takže napríklad predajca SSD radiča Phison vsádza na to, že rastúce ceny nakoniec postrčia spotrebiteľský trh SSD smerom k 4-bitovým flash-QLC NAND pamätiam. Mimochodom, Intel plánuje uviesť na trh 144-vrstvové QLC riešenia (namiesto 96-vrstvových produktov). Nuž... zdá sa, že smerujeme k ďalšej marginalizácii HDD.
Pamäť SCM: rýchlosť blízka DRAM
Rozšírené prijatie pamäte SCM (Storage Class Memory) sa predpovedá už niekoľko rokov a rok 2020 by mohol byť východiskovým bodom, kedy sa tieto predpovede konečne naplnia. Pamäťové moduly Intel Optane, Toshiba XL-Flash a Samsung Z-SSD už síce vstúpili na podnikový trh, no ich vzhľad nespôsobil ohromujúcu reakciu.
Zariadenie Intel kombinuje vlastnosti rýchlej, ale nestabilnej DRAM s pomalším, ale trvalým úložiskom NAND. Cieľom tejto kombinácie je zlepšiť schopnosť používateľov pracovať s veľkými súbormi údajov, pričom poskytuje rýchlosť DRAM aj kapacitu NAND. Pamäť SCM nie je len rýchlejšia ako alternatívy založené na NAND: je desaťkrát rýchlejšia. Latencia je mikrosekundy, nie milisekundy.
Odborníci na trh poznamenávajú, že dátové centrá, ktoré plánujú používať SCM, budú obmedzené skutočnosťou, že táto technológia bude fungovať iba na serveroch s procesormi Intel Cascade Lake. Podľa ich názoru to však nebude kameň úrazu na zastavenie vlny upgradov existujúcich dátových centier s cieľom poskytnúť vysoké rýchlosti spracovania.
Z predvídateľnej reality do ďalekej budúcnosti
Pre väčšinu používateľov ukladanie údajov nezahŕňa pocit „kapacitného Armagedonu“. Ale premýšľajte o tom: 3,7 miliardy ľudí, ktorí v súčasnosti používajú internet, generuje každý deň približne 2,5 bilióna bajtov údajov. Na uspokojenie tejto potreby je potrebných stále viac dátových centier.
Podľa štatistík je svet do roku 2025 pripravený spracovať 160 zetabajtov dát ročne (to je viac bajtov ako hviezdy v pozorovateľnom vesmíre). Je pravdepodobné, že v budúcnosti budeme musieť pokryť každý štvorcový meter planéty Zem dátovými centrami, inak sa korporácie jednoducho nebudú vedieť prispôsobiť takému vysokému nárastu informácií. Alebo... budete sa musieť vzdať niektorých údajov. Existuje však niekoľko potenciálne zaujímavých technológií, ktoré by mohli vyriešiť narastajúci problém preťaženia informáciami.
Štruktúra DNA ako základ pre budúce ukladanie údajov
Nielen IT korporácie hľadajú nové spôsoby uchovávania a spracovania informácií, ale aj mnohí vedci. Globálnou úlohou je zabezpečiť uchovanie informácií na tisíce rokov. Výskumníci z ETH Zurich vo Švajčiarsku sa domnievajú, že riešenie treba nájsť v organickom systéme na ukladanie údajov, ktorý existuje v každej živej bunke: DNA. A čo je najdôležitejšie, tento systém bol „vynájdený“ dávno pred príchodom počítača.
Reťazce DNA sú ako nosiče informácií veľmi zložité, kompaktné a neuveriteľne husté: podľa vedcov je možné v grame DNA zaznamenať 455 exabajtov údajov, pričom 1 bajt zodpovedá miliarde gigabajtov. Prvé experimenty už umožnili zaznamenať 83 KB informácií v DNA, po ktorých učiteľ Katedry chémie a biologických vied Robert Grass vyslovil myšlienku, že v novom desaťročí sa medicínsky odbor potrebuje užšie zjednotiť s IT štruktúra pre spoločný vývoj v oblasti záznamových technológií a ukladania dát.
Podľa vedcov by organické zariadenia na ukladanie dát založené na reťazcoch DNA mohli uchovávať informácie až milión rokov a presne ich poskytnúť na prvú žiadosť. Je možné, že o niekoľko desaťročí bude väčšina diskov bojovať práve o túto príležitosť: schopnosť spoľahlivo a kapacitne ukladať dáta na dlhú dobu.
Švajčiari nie sú jediní, ktorí pracujú na úložných systémoch založených na DNA. Táto otázka sa kladie od roku 1953, keď Francis Crick objavil dvojitú špirálu DNA. Ale v tej chvíli ľudstvo jednoducho nemalo dostatok vedomostí na takéto experimenty. Tradičné myslenie v skladovaní DNA sa zameralo na syntézu nových molekúl DNA; spárovanie sekvencie bitov so sekvenciou štyroch párov báz DNA a vytvorenie dostatočného množstva molekúl, ktoré reprezentujú všetky čísla, ktoré je potrebné uložiť. V lete 2019 sa tak inžinierom zo spoločnosti CATALOG podarilo nahrať 16 GB anglickej Wikipédie do DNA vytvorenej zo syntetických polymérov. Problém je v tom, že tento proces je pomalý a drahý, čo je pri ukladaní dát značná prekážka.
Nielen DNA...: molekulárne úložné zariadenia
Vedci z Brown University (USA) tvrdia, že molekula DNA nie je jedinou možnosťou na molekulárne ukladanie dát až na milión rokov. Metabolity s nízkou molekulovou hmotnosťou môžu tiež pôsobiť ako organické zásobárne. Keď sa informácia zapíše do súboru metabolitov, molekuly začnú navzájom interagovať a produkovať nové elektricky neutrálne častice, ktoré obsahujú údaje v nich zaznamenané.
Mimochodom, vedci sa tam nezastavili a rozšírili súbor organických molekúl, čo umožnilo zvýšiť hustotu zaznamenaných údajov. Čítanie takýchto informácií je možné pomocou chemickej analýzy. Jediným negatívom je, že implementácia takéhoto organického skladovacieho zariadenia zatiaľ nie je možná v praxi, mimo laboratórnych podmienok. Toto je len vývoj do budúcnosti.
5D optická pamäť: revolúcia v ukladaní dát
Ďalšie experimentálne úložisko patrí vývojárom z University of Southampton v Anglicku. V snahe vytvoriť inovatívny digitálny úložný systém, ktorý môže trvať milióny rokov, vedci vyvinuli proces zaznamenávania údajov na malý kremenný disk, ktorý je založený na zaznamenávaní femtosekundových impulzov. Úložný systém je určený na archiváciu a chladenie veľkých objemov dát a je označovaný ako päťrozmerné úložisko.
Prečo päťrozmerný? Faktom je, že informácie sú zakódované vo viacerých vrstvách vrátane bežných troch rozmerov. K týmto rozmerom sa pridávajú ďalšie dva – veľkosť a orientácia nanobodiek. Dátová kapacita, ktorú je možné na takýto minidisk zaznamenať, je až 100 petabajtov a skladovateľnosť je 13,8 miliardy rokov pri teplotách do 190 °C. Maximálna teplota ohrevu, ktorú disk vydrží, je 982 °C. Skrátka... je to prakticky večné!
Práca University of Southampton nedávno upútala pozornosť spoločnosti Microsoft, ktorej program cloudového úložiska Project Silica má za cieľ prehodnotiť súčasné technológie ukladania. Podľa „small-soft“ predpovedí bude do roku 2023 viac ako 100 Zetabajtov informácií uložených v cloude, takže aj veľké úložné systémy budú čeliť ťažkostiam.
Ďalšie informácie o produktoch Kingston Technology nájdete na oficiálnych stránkach spoločnosti.
Zdroj: hab.com