Протягом кількох десятиліть прогрес у технологіях зберігання інформації вимірювався насамперед з точки зору ємності накопичувачів та швидкості читання/запису даних. Згодом до цих параметрів оцінки додалися технології та методології, які роблять HDD- та SSD-накопичувачі розумнішими, гнучкішими та простішими в управлінні. Щороку виробники накопичувачів традиційно натякають на те, що ринок великих даних зміниться, і 2020 не виняток. IT-лідери посилено шукають ефективні способи зберігання величезних потоків даних та управління ними, а отже, знову обіцяють змінити колишній курс розвитку систем зберігання. У цій статті ми зібрали найпередовіші технології розміщення інформації, а також розповімо про концепції футуристичних накопичувачів, яким ще доведеться розраховувати на свою фізичну реалізацію.
Програмно-визначені мережі зберігання даних
Якщо говорити про процеси автоматизації, гнучкості та збільшення ємності зберігання інформації разом з підвищенням ефективності роботи персоналу, все більше підприємств розглядає можливість переходу на так звані програмно-визначені мережі зберігання або SDS (Software-Defined Storage).
Ключова фішка технології SDS полягає у відділенні апаратної частини від софтверної: тобто мається на увазі . До того ж, на відміну від звичайних систем зберігання з мережним підключенням (NAS) або мереж зберігання даних (SAN), SDS призначений для роботи у будь-якій стандартній системі x86. Досить часто мета розгортання SDS полягає в тому, щоб покращити операційні витрати (OpEx), вимагаючи менше адміністративних зусиль.
Місткість HDD-накопичувачів зросте до 32 Тбайт
Традиційні магнітні накопичувачі зовсім не померли, а лише переживають технологічний ренесанс. Сучасні HDD можуть запропонувати користувачам до 16 Тбайт для зберігання даних. Протягом наступних п'яти років ця ємність зросте вдвічі. При цьому накопичувачі на жорстких магнітних дисках, як і раніше, залишаться найдоступнішим сховищем довільного доступу і збережуть за собою першість у ціні за гігабайт дискового простору ще на багато років.
Нарощування ємності відбуватиметься на основі вже відомих технологій:
- Гелієві накопичувачі (гелій знижує аеродинамічний опір та турбулентність, дозволяючи встановити в накопичувач більше магнітних пластин; при цьому тепловиділення та енергоспоживання не збільшується);
- Термомагнітні накопичувачі (або HAMR HDD, поява яких очікується у 2021 році та побудована на принципі мікрохвильового запису даних, коли ділянка диска нагрівається лазером та перемагнічується);
- HDD на базі черепичного запису (або SMR-накопичувачі, де розміщення доріжок з даними відбувається один над одним, у форматі черепичної кладки; це забезпечує високу щільність запису інформації).
Гелієві накопичувачі особливо потрібні в хмарних дата-центрах, а SMR HDD оптимальні для зберігання великих архівів і бібліотек даних, доступ і оновлення даних, в яких потрібні не часто. Вони також ідеально підходять для створення резервних копій.
NVMe-накопичувачі стануть ще швидше
Перші SSD-накопичувачі підключалися до системних плат через інтерфейс SATA або SAS, але розроблені ці інтерфейси вже понад 10 років тому для магнітних дисків HDD. Сучасний протокол NVMe є набагато потужнішим протоколом зв'язку, призначеним для систем, що забезпечують високу швидкість обробки даних. Як наслідок, на рубежі 2019-2020 року ми бачимо серйозне падіння цін на NVMe SSD, які стають доступними для будь-якого класу користувачів. У корпоративному сегменті NVMe-рішення особливо цінуються тими підприємствами, яким потрібне здійснення аналізу великих даних у реальному часі.
Такі компанії, як Kingston і Samsung вже показали, на що можуть розраховувати корпоративні користувачі в 2020 році: ми чекаємо появи NVMe SSD з підтримкою PCIe 4.0, які дозволяють додати ЦОД ще більше швидкості при роботі з даними. Заявлена продуктивність новинок становить 4,8 Гбайт/с, і це не межа. Наступні покоління зможуть забезпечити пропускну спроможність лише на рівні 7 Гбайт/с.
Разом із специфікацією NVMe-oF (або NVMe over Fabrics) організації зможуть створювати високопродуктивні мережі зберігання даних із мінімальними затримками, які складуть вагому конкуренцію ЦОД із прямим підключенням DAS (або Direct-attached storage). При цьому з використанням NVMe-oF операції введення/виводу обробляються ефективніше, тоді як затримка можна порівняти з DAS-системами. Аналітики передбачають, що розгортання систем, що працюють за протоколом NVMe-oF, стрімко прискориться в 2020 році.
QLC-пам'ять нарешті "вистрілить"?
Флеш-пам'ять NAND Quad Level Cell (QLC) також демонструватиме зростаючу популярність на ринку. QLC була введена у 2019 році і тому мала мінімальне поширення на ринку. Це зміниться у 2020 році, особливо серед компаній, які впровадили технологію LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) для подолання властивих проблем QLC.
Згідно з прогнозами аналітиків, зростання продажів SSD-накопичувачів на базі QLC-осередків збільшиться на 10%, тоді як TLC-рішення "захоплять" 85% ринку. Як не крути, а QLC SSD все ще сильно відстає у продуктивності порівняно з TLC SSD і не стане основою для ЦОД у найближчі п'ять років.
У той же час, очікується, що вартість флеш-пам'яті NAND у 2020 році зросте, тому постачальник контролерів SSD Phison, наприклад, робить ставку на те, що підвищення цін, зрештою, спонукає споживчий ринок твердотільних накопичувачів до використання 4-бітної флеш -пам'яті QLC NAND. До речі, Intel планує запустити у продаж 144-шарові QLC-рішення (замість 96-шарових продуктів). Що ж, здається, на нас чекає подальша маргіналізація HDD.
SCM-пам'ять: швидкість, близька до DRAM
Широке поширення SCM-пам'яті (Storage Class Memory) передбачалося кілька років, і 2020 може стати відправною точкою, в якій ці передбачення, нарешті, збудуться. У той час як модулі пам'яті Intel Optane, Toshiba XL-Flash та Samsung Z-SSD вже вийшли на корпоративний ринок, їхня поява не викликала приголомшливої реакції.
Пристрій Intel поєднує характеристики швидкої, але нестабільної DRAM з більш повільним, але постійним сховищем NAND. Ця комбінація спрямована на підвищення здатності користувачів працювати з великими масивами даних, забезпечуючи швидкість DRAM, так і ємність NAND. SCM-пам'ять не просто швидше, ніж альтернативи на базі NAND: вона вдесятеро швидше. Затримка складає мікросекунди, а не мілісекунди.
Експерти ринку зазначають, що центри обробки даних, які планують використовувати SCM, будуть обмежені тим, що дана технологія працюватиме лише на серверах з використанням процесорів Intel покоління Cascade Lake. Однак, на їхню думку, це не стане каменем спотикання, щоб зупинити хвилю оновлень ЦОД, що існують, з метою забезпечити високі швидкості обробки інформації.
Від осяжної реальності до далекого майбутнього
Більшість користувачів зберігання даних не пов'язані з відчуттям “ємнісного Армагеддона”. Але тільки подумайте: 3,7 мільярда людей, які зараз користуються Інтернетом, щодня генерують близько 2,5 квінтильйону байтів даних. Для задоволення цієї потреби необхідно дедалі більше центрів обробки даних.
Якщо вірити статистиці, до 2025 року світ готовий до обробки 160 Зетабайт даних на рік (це більше байтів, ніж зірок у найближчому Всесвіті). Імовірно, що далі нам доведеться покрити кожен квадратний метр планети Земля ЦОД'ами, інакше корпорації просто не зможуть підлаштуватися до такого високого зростання інформації. Або ж... доведеться відмовлятися від деяких даних. Втім, є кілька потенційно цікавих технологій, які могли б вирішити проблему інформаційного переповнення, що наростає.
Структура ДНК як основа для майбутніх сховищ даних
Не тільки IT-корпорації шукають нові способи зберігання та обробки інформації, а й багато наукових діячів. Глобальне завдання – забезпечити збереження інформації протягом тисячоліть. Дослідники зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха (ETH Zurich, Швейцарія) вважають, що рішення потрібно шукати в органічній системі зберігання даних, яка існує в кожній живій клітині: ДНК. І головне - "придумана" ця система задовго до появи комп'ютера.
Нитки ДНК дуже складні, компактні і неймовірно щільні, як носії інформації: на думку вчених, в грам ДНК можна записати 455 ексабайтів даних, де 1 Ебайт еквівалентний мільярду гігабайт. Перші експерименти вже дозволили здійснити запис 83 Кбайт інформації в ДНК, після чого викладач кафедри хімії та біологічних наук Роберт Грасс висловив ідею про те, що в новому десятилітті медичній сфері потрібно щільніше об'єднатися з IT-структурою для спільних розробок у галузі технологій запису та зберігання даних.
На думку вчених, органічні накопичувачі даних на базі ланцюгів ДНК змогли б зберігати інформацію до мільйона років і безпомилково надавати її на перший запит. Не виключено, що за кілька десятиліть більшість накопичувачів боротимуться саме за цю можливість: вміння надійно та ємно зберігати дані протягом тривалого часу.
Швейцарці не єдині, хто працює над створенням систем зберігання на основі ДНК. Це питання порушувалося ще з 1953 року, коли Френсіс Крік відкрив подвійну спіраль ДНК. Але на той час людству просто не вистачало знань для подібних експериментів. Традиційне мислення у сфері зберігання даних з урахуванням ДНК сфокусовано на синтезі нових молекул ДНК; зіставлення послідовності бітів із послідовністю чотирьох пар основ ДНК та створення достатньої кількості молекул для представлення всіх чисел, які необхідно зберегти. Так, влітку 2019 року інженерам із компанії CATALOG вдалося записати 16 Гбайт англомовної “Вікіпедії” у ДНК, створену із синтетичних полімерів. Проблема полягає в тому, що цей процес повільний і дорогий, що є суттєвим вузьким місцем, коли йдеться про зберігання даних.
Не ДНК єдиним…: молекулярні накопичувачі
Дослідники з Університету Брауна (Brown University, США) заявляють, що молекула ДНК не єдиний варіант молекулярного зберігання даних терміном до мільйона років. Як органічне сховище можуть виступати і низькомолекулярні метаболіти. При записі інформації в набір метаболітів молекули починають взаємодіяти один з одним і виробляти нові електрично нейтральні частинки, які містять записані в них дані.
До речі, дослідники не зупинилися на цьому і розширили набір органічних молекул, що дозволило збільшити щільність даних, що записуються. Зчитування такої інформації можливе за допомогою хімічного аналізу. Єдиний мінус — реалізація такого органічного накопичувача поки не є можливою на практиці, поза лабораторними умовами. Це лише напрацювання на майбутнє.
5D-оптична пам'ять: революція у зберіганні даних
Ще одне експериментальне сховище належить розробникам із Саутгемптонського університету (University of Southampton, Англія). У прагненні створити інноваційну цифрову систему зберігання інформації, яка зможе існувати мільйони років, науковці розробили процес запису даних на крихітний кварцовий диск, який ґрунтується на фемтосекундному імпульсному записі. Система зберігання призначена для архівування та холодного зберігання великих обсягів даних та описується як п'ятивимірне сховище.
Чому п'ятивимірне? Справа в тому, що інформація кодується в декількох шарах, включаючи три звичайні вимірювання. До цих вимірів додаються ще два — розмір та орієнтація за наноточками. Місткість даних, які можна записати на такий міні-накопичувач, становить до 100 Петабайт, а термін зберігання - 13,8 млрд років при температурі до 190°C. Максимальна температура нагрівання, яку може витримати диск становить 982 °C. Коротше ... він практично вічний!
Нещодавно робота співробітників Саутгемптонського університету привернула увагу компанії Microsoft, програма хмарного зберігання даних Project Silica спрямована на переосмислення нинішніх технологій зберігання даних. За прогнозами "дрібних" до 2023 року в хмарах буде зберігатися більше 100 Зетабайт інформації, так що складності виникнуть навіть у великомасштабних систем зберігання.
Для отримання додаткової інформації про продукти Kingston Technology звертайтесь на офіційний сайт компанії.
Джерело: habr.com