Že nekaj desetletij se napredek v tehnologiji shranjevanja meri predvsem glede na zmogljivost shranjevanja in hitrost branja/pisanja podatkov. Sčasoma so bili ti parametri vrednotenja dopolnjeni s tehnologijami in metodologijami, zaradi katerih so pogoni HDD in SSD pametnejši, bolj prilagodljivi in lažji za upravljanje. Proizvajalci pogonov vsako leto tradicionalno namignejo, da se bo trg velikih podatkov spremenil, in leto 2020 ni izjema. Voditelji IT vedno bolj iščejo učinkovite načine za shranjevanje in upravljanje ogromnih količin podatkov in ponovno obljubljajo spremembo smeri sistemov za shranjevanje. V tem članku smo zbrali najnaprednejše tehnologije za shranjevanje informacij, govorili pa bomo tudi o konceptih futurističnih naprav za shranjevanje, ki še niso našli svoje fizične izvedbe.
Programsko definirana omrežja za shranjevanje
Ko gre za avtomatizacijo, prilagodljivost in povečano zmogljivost shranjevanja skupaj z večjo učinkovitostjo osebja, vedno več podjetij razmišlja o prehodu na tako imenovana programsko določena omrežja za shranjevanje ali SDS (Software-Defined Storage).
Ključna značilnost tehnologije SDS je ločitev strojne in programske opreme: to pomeni . Poleg tega je SDS za razliko od običajnih omrežnih sistemov za shranjevanje (NAS) ali omrežnih omrežij za shranjevanje (SAN) zasnovan za delovanje v katerem koli standardnem sistemu x86. Precej pogosto je cilj uvedbe SDS izboljšanje operativnih stroškov (OpEx) ob manjšem administrativnem naporu.
Zmogljivost HDD diskov se bo povečala na 32 TB
Tradicionalni magnetni pomnilniki sploh niso mrtvi, ampak šele doživljajo tehnološki preporod. Sodobni trdi diski lahko uporabnikom že ponudijo do 16 TB prostora za shranjevanje podatkov. V naslednjih petih letih se bo ta zmogljivost podvojila. Hkrati bodo trdi diski še naprej cenovno najugodnejši pomnilnik z naključnim dostopom in bodo še vrsto let obdržali primat v ceni za gigabajt prostora na disku.
Povečanje zmogljivosti bo temeljilo na že znanih tehnologijah:
- Helijevi pogoni (helij zmanjša aerodinamični upor in turbulenco, kar omogoča vgradnjo več magnetnih plošč v pogon; proizvodnja toplote in poraba energije se ne povečata);
- Termomagnetni pogoni (ali HAMR HDD, katerega pojav se pričakuje leta 2021 in je zgrajen na principu mikrovalovnega zapisa podatkov, ko se del diska segreje z laserjem in ponovno magnetizira);
- HDD, ki temelji na ploščicnem zapisu (ali pogoni SMR, kjer so podatkovne sledi postavljene ena na drugo, v ploščicnem formatu; to zagotavlja visoko gostoto zapisa informacij).
Po pogonih s helijem je še posebej veliko povpraševanja v podatkovnih centrih v oblaku, trdi diski SMR pa so optimalni za shranjevanje velikih arhivov in podatkovnih knjižnic, dostop in posodabljanje podatkov, ki niso potrebni prav pogosto. Idealne so tudi za ustvarjanje varnostnih kopij.
Pogoni NVMe bodo postali še hitrejši
Prvi SSD diski so bili na matične plošče povezani prek vmesnika SATA ali SAS, vendar so bili ti vmesniki razviti pred več kot 10 leti za magnetne HDD diske. Sodobni protokol NVMe je veliko močnejši komunikacijski protokol, zasnovan za sisteme, ki zagotavljajo visoko hitrost obdelave podatkov. Posledično na prelomu 2019–2020 opazimo resen padec cen NVMe SSD diskov, ki postajajo na voljo vsem razredom uporabnikov. V podjetniškem segmentu so rešitve NVMe še posebej cenjene pri tistih podjetjih, ki morajo analizirati velike podatke v realnem času.
Podjetja, kot sta Kingston in Samsung, sta že pokazala, kaj lahko poslovni uporabniki pričakujejo v letu 2020: vsi čakamo na NVMe SSD-je, ki podpirajo PCIe 4.0, da podatkovnemu centru dodajo še večjo hitrost obdelave podatkov. Deklarirana zmogljivost novih izdelkov je 4,8 GB/s, kar še zdaleč ni meja. Naslednje generacije bo lahko zagotavljal prepustnost 7 GB/s.
Skupaj s specifikacijo NVMe-oF (ali NVMe over Fabrics) bodo organizacije lahko ustvarile visoko zmogljiva omrežja za shranjevanje z minimalno zakasnitvijo, ki bodo močno tekmovala s podatkovnimi centri DAS (ali Direct-attached storage). Hkrati se z uporabo NVMe-oF V/I operacije obdelujejo učinkoviteje, medtem ko je zakasnitev primerljiva s sistemi DAS. Analitiki napovedujejo, da se bo uvajanje sistemov, ki delujejo na protokolu NVMe-oF, leta 2020 hitro pospešilo.
Bo pomnilnik QLC končno deloval?
Quad Level Cell (QLC) bliskovni pomnilnik NAND bo prav tako deležen vse večje priljubljenosti na trgu. QLC je bil predstavljen leta 2019 in je bil zato na trgu minimalno sprejet. To se bo leta 2020 spremenilo, zlasti med podjetji, ki so sprejela tehnologijo LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) za premagovanje inherentnih izzivov QLC.
Po napovedih analitikov se bo rast prodaje pogonov SSD na osnovi celic QLC povečala za 10 %, rešitve TLC pa bodo “zajele” 85 % trga. Kakorkoli že, QLC SSD še vedno močno zaostaja v zmogljivosti v primerjavi s TLC SSD in v naslednjih petih letih ne bo postal osnova podatkovnih centrov.
Hkrati se pričakuje, da se bodo stroški bliskovnega pomnilnika NAND leta 2020 povečali, zato proizvajalec krmilnikov SSD Phison na primer stavi, da bodo naraščajoče cene potrošniški trg SSD sčasoma potisnile k 4-bitnemu pomnilniku flash -QLC NAND. Mimogrede, Intel namerava izdati 144-slojne rešitve QLC (namesto 96-slojnih izdelkov). No ... zdi se, da smo na poti k nadaljnji marginalizaciji trdih diskov.
Pomnilnik SCM: hitrost blizu DRAM-a
Široka uporaba pomnilnika SCM (Storage Class Memory) je bila napovedana že nekaj let in leto 2020 bi lahko bilo izhodišče, da se te napovedi končno uresničijo. Medtem ko so pomnilniški moduli Intel Optane, Toshiba XL-Flash in Samsung Z-SSD že vstopili na podjetniško tržišče, njihov videz ni povzročil prevelike reakcije.
Intelova naprava združuje značilnosti hitrega, a nestabilnega DRAM-a s počasnejšim, a vztrajnim pomnilnikom NAND. Namen te kombinacije je izboljšati sposobnost uporabnikov za delo z velikimi nabori podatkov, pri čemer zagotavlja tako hitrost DRAM kot zmogljivost NAND. Pomnilnik SCM ni le hitrejši od alternativ, ki temeljijo na NAND: je desetkrat hitrejši. Zakasnitev je mikrosekund, ne milisekund.
Tržni strokovnjaki ugotavljajo, da bodo podatkovni centri, ki nameravajo uporabljati SCM, omejeni z dejstvom, da bo ta tehnologija delovala samo na strežnikih, ki uporabljajo procesorje Intel Cascade Lake. Vendar to po njihovem mnenju ne bo kamen spotike, da bi zaustavili val nadgradenj obstoječih podatkovnih centrov za zagotavljanje visokih hitrosti obdelave.
Od predvidljive realnosti do daljne prihodnosti
Za večino uporabnikov shranjevanje podatkov ne vključuje občutka »kapacitivnega Armagedona«. Toda pomislite: 3,7 milijarde ljudi, ki trenutno uporabljajo internet, vsak dan ustvari približno 2,5 kvintiljonov bajtov podatkov. Za izpolnitev te potrebe je potrebnih vedno več podatkovnih centrov.
Po statističnih podatkih bo svet do leta 2025 pripravljen obdelati 160 Zetabajtov podatkov na leto (to je več bajtov kot zvezd v opazljivem vesolju). Verjetno bomo morali v prihodnosti vsak kvadratni meter planeta Zemlje pokriti s podatkovnimi centri, sicer se korporacije preprosto ne bodo mogle prilagoditi tako visoki rasti informacij. Ali pa ... se boste morali odpovedati nekaterim podatkom. Vendar pa obstaja več potencialno zanimivih tehnologij, ki bi lahko rešile vse večji problem preobremenjenosti z informacijami.
Struktura DNK kot osnova za prihodnje shranjevanje podatkov
Nove načine shranjevanja in obdelave informacij ne iščejo le IT korporacije, ampak tudi številni znanstveniki. Globalna naloga je zagotoviti ohranitev informacij tisoče let. Raziskovalci z ETH Zurich v Švici menijo, da je treba rešitev najti v organskem sistemu za shranjevanje podatkov, ki obstaja v vsaki živi celici: DNK. In kar je najpomembneje, ta sistem je bil "izumljen" dolgo pred pojavom računalnika.
Niti DNK so kot nosilci informacij zelo kompleksni, kompaktni in neverjetno gosti: po mnenju znanstvenikov je mogoče v gram DNK zabeležiti 455 eksabajtov podatkov, pri čemer je 1 ebajt enakovreden milijardi gigabajtov. Prvi poskusi so že omogočili zapis 83 KB informacij v DNK, nato pa je profesor na oddelku za kemijo in biološke vede Robert Grass izrazil idejo, da se mora v novem desetletju področje medicine tesneje združiti z informacijsko strukturo za skupen razvoj na področju snemalnih tehnologij in shranjevanja podatkov.
Po mnenju znanstvenikov bi organske naprave za shranjevanje podatkov, ki temeljijo na verigah DNK, lahko hranile informacije do milijon let in jih natančno zagotovile ob prvi zahtevi. Možno je, da se bo čez nekaj desetletij večina pogonov borila ravno za to priložnost: zmožnost zanesljivega in zmogljivega shranjevanja podatkov za dolgo časa.
Švicarji niso edini, ki se ukvarjajo s sistemi za shranjevanje na osnovi DNK. To vprašanje se zastavlja že od leta 1953, ko je Francis Crick odkril dvojno vijačnico DNK. Toda v tistem trenutku človeštvo preprosto ni imelo dovolj znanja za takšne poskuse. Tradicionalno razmišljanje o shranjevanju DNK se je osredotočilo na sintezo novih molekul DNK; ujemanje zaporedja bitov z zaporedjem štirih baznih parov DNK in ustvarjanje dovolj molekul, da predstavljajo vsa števila, ki jih je treba shraniti. Tako je poleti 2019 inženirjem podjetja CATALOG uspelo posneti 16 GB Wikipedije v angleškem jeziku v DNK, ustvarjen iz sintetičnih polimerov. Težava je v tem, da je ta proces počasen in drag, kar je precejšnje ozko grlo, ko gre za shranjevanje podatkov.
Ne samo DNK ...: molekularne naprave za shranjevanje
Raziskovalci z Univerze Brown (ZDA) pravijo, da molekula DNK ni edina možnost za molekularno shranjevanje podatkov do milijon let. Presnovki z nizko molekulsko maso lahko delujejo tudi kot organsko skladiščenje. Ko se informacije zapišejo v niz metabolitov, začnejo molekule medsebojno delovati in proizvajajo nove električno nevtralne delce, ki vsebujejo podatke, zapisane v njih.
Mimogrede, raziskovalci se tu niso ustavili in so razširili nabor organskih molekul, kar je omogočilo povečanje gostote zapisanih podatkov. Branje takih informacij je možno s kemično analizo. Edina slabost je, da izvedba takšnega organskega hranilnika v praksi, izven laboratorijskih pogojev, še ni mogoča. To je samo razvoj za prihodnost.
5D optični pomnilnik: revolucija v shranjevanju podatkov
Drugo eksperimentalno skladišče pripada razvijalcem z Univerze v Southamptonu v Angliji. V prizadevanju za ustvarjanje inovativnega digitalnega pomnilniškega sistema, ki lahko traja milijone let, so znanstveniki razvili postopek za zapisovanje podatkov na majhen kvarčni disk, ki temelji na femtosekundnem zapisu impulza. Shranjevalni sistem je namenjen arhiviranju in hladnemu shranjevanju velikih količin podatkov in je opisan kot petdimenzionalni pomnilnik.
Zakaj petdimenzionalni? Dejstvo je, da so informacije kodirane v več plasteh, vključno z običajnimi tremi dimenzijami. Tem dimenzijam sta dodani še dve – velikost in orientacija nanopik. Kapaciteta podatkov, ki jih je mogoče zapisati na takšen mini disk, je do 100 petabajtov, življenjska doba shranjevanja pa 13,8 milijarde let pri temperaturah do 190°C. Največja temperatura segrevanja, ki jo disk prenese je 982 °C. Skratka ... tako rekoč večna!
Delo Univerze v Southamptonu je nedavno pritegnilo pozornost Microsofta, katerega program za shranjevanje v oblaku Project Silica želi ponovno razmisliti o trenutnih tehnologijah za shranjevanje. Po »majhnih in mehkih« napovedih bo do leta 2023 v oblakih shranjenih več kot 100 Zetabajtov informacij, zato se bodo tudi veliki sistemi za shranjevanje soočili s težavami.
Za več informacij o izdelkih Kingston Technology obiščite uradno spletno stran podjetja.
Vir: www.habr.com