Under flera decennier har framstegen inom lagringstekniken mätts främst i termer av lagringskapacitet och data läs/skrivhastighet. Med tiden har dessa utvärderingsparametrar kompletterats med teknologier och metoder som gör hårddiskar och SSD-enheter smartare, mer flexibla och lättare att hantera. Varje år antyder disktillverkare traditionellt att big data-marknaden kommer att förändras, och 2020 är inget undantag. IT-ledare letar alltmer efter effektiva sätt att lagra och hantera enorma mängder data och lovar återigen att förändra lagringssystemens kurs. I den här artikeln har vi samlat de mest avancerade teknikerna för att lagra information och kommer också att prata om koncepten för futuristiska lagringsenheter som ännu inte har hittat sin fysiska implementering.
Programvarudefinierade lagringsnätverk
När det kommer till automatisering, flexibilitet och ökad lagringskapacitet i kombination med ökad personaleffektivitet överväger allt fler företag att byta till så kallade mjukvarudefinierade lagringsnätverk eller SDS (Software-Defined Storage).
Nyckelfunktionen hos SDS-tekniken är separationen av hårdvara från mjukvara: det vill säga det betyder . Dessutom, till skillnad från konventionella nätverksanslutna lagringssystem (NAS) eller SAN-system, är SDS utformad för att köras på alla standard x86-system. Ganska ofta är målet med att distribuera ett SDS att förbättra driftskostnaderna (OpEx) samtidigt som det kräver mindre administrativ ansträngning.
Kapaciteten på hårddiskar kommer att öka till 32 TB
Traditionella magnetiska lagringsenheter är inte döda alls, utan upplever bara en teknisk renässans. Moderna hårddiskar kan redan erbjuda användare upp till 16 TB datalagring. Under de kommande fem åren kommer denna kapacitet att fördubblas. Samtidigt kommer hårddiskar att fortsätta att vara den mest prisvärda lagringen med direktåtkomst och kommer att behålla sin företräde i pris per gigabyte diskutrymme i många år framöver.
Kapacitetsökningen kommer att baseras på redan kända tekniker:
- Heliumenheter (helium minskar aerodynamiskt motstånd och turbulens, vilket gör att fler magnetiska plattor kan installeras i enheten; värmegenerering och energiförbrukning ökar inte);
- Termomagnetiska enheter (eller HAMR HDD, vars utseende förväntas ske 2021 och bygger på principen om mikrovågsdatainspelning, när en del av skivan värms upp av en laser och ommagnetiseras);
- Hårddisk baserad på sida vid inspelning (eller SMR-enheter, där dataspår placeras ovanpå varandra, i ett sida vid sida format; detta säkerställer hög densitet av informationsinspelning).
Helium-enheter är särskilt efterfrågade i molndatacenter, och SMR-hårddiskar är optimala för att lagra stora arkiv och databibliotek, komma åt och uppdatera data som inte krävs särskilt ofta. De är också idealiska för att skapa säkerhetskopior.
NVMe-enheter kommer att bli ännu snabbare
De första SSD-enheterna kopplades till moderkort via SATA- eller SAS-gränssnittet, men dessa gränssnitt utvecklades för mer än 10 år sedan för magnetiska hårddiskar. Det moderna NVMe-protokollet är ett mycket kraftfullare kommunikationsprotokoll designat för system som ger hög databehandlingshastighet. Som ett resultat ser vi vid årsskiftet 2019-2020 ett allvarligt prisfall på NVMe SSD:er, som blir tillgängliga för alla klasser av användare. Inom företagssegmentet uppskattas NVMe-lösningar särskilt av de företag som behöver analysera big data i realtid.
Företag som Kingston och Samsung har redan visat vad företagsanvändare kan förvänta sig under 2020: vi väntar alla på PCIe 4.0-aktiverade NVMe SSD:er för att lägga till ännu mer databehandlingshastighet till datacentret. Den deklarerade prestandan för de nya produkterna är 4,8 GB/s, och det är långt ifrån gränsen. Nästa generationer kommer att kunna ge en genomströmning på 7 GB/s.
Tillsammans med NVMe-oF-specifikationen (eller NVMe over Fabrics) kommer organisationer att kunna skapa högpresterande lagringsnätverk med minimal latens som kommer att konkurrera starkt med DAS-datacenter (eller Direct-attached storage). Samtidigt, med hjälp av NVMe-oF, bearbetas I/O-operationer mer effektivt, medan latensen är jämförbar med DAS-system. Analytiker förutspår att distributionen av system som körs på NVMe-oF-protokollet snabbt kommer att accelerera under 2020.
Kommer QLC-minne äntligen att fungera?
Quad Level Cell (QLC) NAND-flashminne kommer också att se ökande popularitet på marknaden. QLC introducerades 2019 och har därför haft minimal användning på marknaden. Detta kommer att förändras under 2020, särskilt bland företag som har antagit LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL)-teknik för att övervinna de inneboende utmaningarna med QLC.
Enligt analytikers prognoser kommer försäljningstillväxten för SSD-enheter baserade på QLC-celler att öka med 10%, medan TLC-lösningar kommer att "fånga" 85% av marknaden. Vad man än kan säga är QLC SSD fortfarande långt efter i prestanda jämfört med TLC SSD och kommer inte att bli basen för datacenter under de kommande fem åren.
Samtidigt förväntas kostnaden för NAND-flashminne stiga under 2020, så SSD-kontrollerleverantören Phison, till exempel, satsar på att stigande priser så småningom kommer att pressa konsumentens SSD-marknad mot 4-bitars flash -QLC NAND-minne. Intel planerar förresten att lansera 144-lagers QLC-lösningar (istället för 96-lagers produkter). Tja... det verkar som om vi är på väg mot ytterligare marginalisering av hårddiskar.
SCM-minne: hastighet nära DRAM
Den utbredda användningen av SCM-minne (Storage Class Memory) har förutspåtts i flera år, och 2020 kan vara startpunkten för att dessa förutsägelser äntligen ska bli verklighet. Medan Intel Optane, Toshiba XL-Flash och Samsung Z-SSD minnesmoduler redan har kommit in på företagsmarknaden, har deras utseende inte orsakat en överväldigande reaktion.
Intels enhet kombinerar egenskaperna hos snabb men instabil DRAM med långsammare men ihållande NAND-lagring. Denna kombination syftar till att förbättra användarnas förmåga att arbeta med stora datamängder, vilket ger både DRAM-hastighet och NAND-kapacitet. SCM-minne är inte bara snabbare än NAND-baserade alternativ: det är tio gånger snabbare. Latensen är mikrosekunder, inte millisekunder.
Marknadsexperter noterar att datacenter som planerar att använda SCM kommer att begränsas av det faktum att denna teknik endast kommer att fungera på servrar som använder Intel Cascade Lake-processorer. Men enligt deras åsikt kommer detta inte att vara en stötesten för att stoppa vågen av uppgraderingar av befintliga datacenter för att ge höga bearbetningshastigheter.
Från den förutsebara verkligheten till en avlägsen framtid
För de flesta användare innebär datalagring inte en känsla av "kapacitiv Armageddon". Men tänk på det: de 3,7 miljarder människor som för närvarande använder Internet genererar cirka 2,5 kvintiljoner byte data varje dag. För att möta detta behov behövs fler och fler datacenter.
Enligt statistik är världen år 2025 redo att bearbeta 160 zetabyte data per år (det är fler byte än stjärnor i det observerbara universum). Det är troligt att vi i framtiden kommer att behöva täcka varje kvadratmeter av planeten jorden med datacenter, annars kommer företag helt enkelt inte att kunna anpassa sig till en så hög informationstillväxt. Eller... du måste ge upp lite data. Det finns dock flera potentiellt intressanta tekniker som skulle kunna lösa det växande problemet med informationsöverbelastning.
DNA-struktur som grund för framtida datalagring
Inte bara IT-företag letar efter nya sätt att lagra och bearbeta information, utan också många forskare. Den globala uppgiften är att säkerställa bevarandet av information i tusentals år. Forskare från ETH Zürich, Schweiz, menar att lösningen måste hittas i ett organiskt datalagringssystem som finns i varje levande cell: DNA. Och viktigast av allt, detta system "uppfanns" långt innan datorns tillkomst.
DNA-strängar är mycket komplexa, kompakta och otroligt täta som informationsbärare: enligt forskare kan 455 Exabyte data registreras i ett gram DNA, där 1 Ebyte motsvarar en miljard gigabyte. De första experimenten har redan gjort det möjligt att registrera 83 KB information i DNA, varefter en lärare vid institutionen för kemi och biologiska vetenskaper, Robert Grass, uttryckte tanken att det medicinska området under det nya decenniet behöver förenas närmare med IT-strukturen för gemensam utveckling inom området inspelningsteknik och datalagring.
Enligt forskare kan organiska datalagringsenheter baserade på DNA-kedjor lagra information i upp till en miljon år och ge den korrekt vid första begäran. Det är möjligt att om några decennier kommer de flesta enheter att kämpa för just denna möjlighet: förmågan att på ett tillförlitligt och kapabelt sätt lagra data under lång tid.
Schweizarna är inte de enda som arbetar med DNA-baserade lagringssystem. Denna fråga har väckts sedan 1953, när Francis Crick upptäckte den dubbla helixen av DNA. Men i det ögonblicket hade mänskligheten helt enkelt inte tillräckligt med kunskap för sådana experiment. Traditionellt tänkande inom DNA-lagring har fokuserat på syntesen av nya DNA-molekyler; matcha en sekvens av bitar till en sekvens av fyra DNA-baspar och skapa tillräckligt med molekyler för att representera alla siffror som behöver lagras. Sålunda, sommaren 2019, lyckades ingenjörer från CATALOG-företaget registrera 16 GB engelskspråkig Wikipedia till DNA skapat av syntetiska polymerer. Problemet är att denna process är långsam och dyr, vilket är en betydande flaskhals när det kommer till datalagring.
Inte bara DNA...: molekylära lagringsenheter
Forskare från Brown University (USA) säger att DNA-molekylen inte är det enda alternativet för molekylär lagring av data i upp till en miljon år. Lågmolekylära metaboliter kan också fungera som organisk lagring. När information skrivs till en uppsättning metaboliter börjar molekylerna interagera med varandra och producerar nya elektriskt neutrala partiklar som innehåller data som registreras i dem.
Förresten, forskarna slutade inte där och utökade uppsättningen av organiska molekyler, vilket gjorde det möjligt att öka densiteten av registrerade data. Att läsa sådan information är möjligt genom kemisk analys. Det enda negativa är att implementeringen av en sådan organisk lagringsenhet ännu inte är möjlig i praktiken, utanför laboratorieförhållanden. Detta är bara utveckling för framtiden.
5D optiskt minne: en revolution inom datalagring
Ett annat experimentellt förvar tillhör utvecklare från University of Southampton, England. I ett försök att skapa ett innovativt digitalt lagringssystem som kan hålla i miljontals år, har forskare utvecklat en process för att registrera data på en liten kvartsskiva som är baserad på femtosekundspulsinspelning. Lagringssystemet är designat för arkivering och kalllagring av stora datamängder och beskrivs som femdimensionell lagring.
Varför femdimensionell? Faktum är att information är kodad i flera lager, inklusive de vanliga tre dimensionerna. Till dessa dimensioner läggs ytterligare två — storlek och nanodotorientering. Datakapaciteten som kan spelas in på en sådan minidisk är upp till 100 Petabyte, och lagringstiden är 13,8 miljarder år vid temperaturer upp till 190°C. Den maximala uppvärmningstemperaturen som skivan tål är 982 °C. Kort sagt... det är praktiskt taget evigt!
University of Southamptons arbete har nyligen uppmärksammats av Microsoft, vars molnlagringsprogram, Project Silica, syftar till att ompröva nuvarande lagringsteknologier. Enligt "små-mjuka" prognoser kommer mer än 2023 Zetabyte information att lagras i moln år 100, så även storskaliga lagringssystem kommer att möta svårigheter.
För mer information om Kingston Technologys produkter, besök företagets officiella webbplats.
Källa: will.com