Trong nhiều thập kỷ, tiến bộ trong công nghệ lưu trữ chủ yếu được đo lường dựa trên dung lượng lưu trữ và tốc độ đọc/ghi dữ liệu. Theo thời gian, các thông số đánh giá này đã được bổ sung bởi các công nghệ và phương pháp giúp ổ cứng HDD và SSD trở nên thông minh hơn, linh hoạt hơn và dễ quản lý hơn. Hàng năm, các nhà sản xuất ổ đĩa thường gợi ý rằng thị trường dữ liệu lớn sẽ thay đổi và năm 2020 cũng không ngoại lệ. Các nhà lãnh đạo CNTT đang ngày càng tìm kiếm những cách hiệu quả để lưu trữ và quản lý lượng dữ liệu khổng lồ và một lần nữa cam kết thay đổi quy trình của hệ thống lưu trữ. Trong bài viết này, chúng tôi đã thu thập các công nghệ lưu trữ thông tin tiên tiến nhất và cũng sẽ nói về các khái niệm về thiết bị lưu trữ tương lai vẫn chưa được triển khai thực tế.
Mạng lưu trữ được xác định bằng phần mềm
Khi nói đến tự động hóa, tính linh hoạt và tăng dung lượng lưu trữ cùng với hiệu suất của nhân viên tăng lên, ngày càng có nhiều doanh nghiệp cân nhắc chuyển sang cái gọi là mạng lưu trữ được xác định bằng phần mềm hoặc SDS (Lưu trữ được xác định bằng phần mềm).
Đặc điểm chính của công nghệ SDS là sự tách biệt phần cứng khỏi phần mềm: nghĩa là . Ngoài ra, không giống như các hệ thống lưu trữ gắn mạng (NAS) hoặc mạng vùng lưu trữ (SAN) thông thường, SDS được thiết kế để chạy trên mọi hệ thống x86 tiêu chuẩn. Thông thường, mục tiêu của việc triển khai SDS là cải thiện chi phí hoạt động (OpEx) trong khi yêu cầu ít nỗ lực hành chính hơn.
Dung lượng ổ HDD sẽ tăng lên 32 TB
Các thiết bị lưu trữ từ tính truyền thống hoàn toàn không chết mà chỉ đang trải qua thời kỳ phục hưng công nghệ. Các ổ cứng hiện đại đã có thể cung cấp cho người dùng dung lượng lưu trữ dữ liệu lên tới 16 TB. Trong XNUMX năm tới, công suất này sẽ tăng gấp đôi. Đồng thời, ổ đĩa cứng sẽ tiếp tục là thiết bị lưu trữ truy cập ngẫu nhiên có giá cả phải chăng nhất và sẽ giữ được vị trí dẫn đầu về giá trên mỗi gigabyte dung lượng ổ đĩa trong nhiều năm tới.
Việc tăng công suất sẽ dựa trên các công nghệ đã được biết đến:
- Ổ đĩa helium (helium làm giảm lực cản khí động học và nhiễu loạn, cho phép lắp đặt nhiều tấm từ tính hơn trong ổ đĩa; sinh nhiệt và tiêu thụ điện năng không tăng);
- Ổ đĩa nhiệt từ (hay HAMR HDD, dự kiến xuất hiện vào năm 2021 và được xây dựng trên nguyên tắc ghi dữ liệu vi sóng, khi một phần của đĩa được làm nóng bằng tia laser và được từ hóa lại);
- HDD dựa trên bản ghi xếp chồng (hoặc ổ SMR, trong đó các rãnh dữ liệu được đặt chồng lên nhau, ở định dạng xếp chồng; điều này đảm bảo mật độ ghi thông tin cao).
Ổ đĩa helium đặc biệt có nhu cầu trong các trung tâm dữ liệu đám mây và ổ cứng SMR là lựa chọn tối ưu để lưu trữ các kho lưu trữ và thư viện dữ liệu lớn, truy cập và cập nhật dữ liệu không được yêu cầu thường xuyên. Chúng cũng lý tưởng để tạo bản sao lưu.
Ổ đĩa NVMe sẽ còn nhanh hơn nữa
Các ổ SSD đầu tiên được kết nối với bo mạch chủ thông qua giao diện SATA hoặc SAS, nhưng những giao diện này đã được phát triển hơn 10 năm trước cho ổ HDD từ tính. Giao thức NVMe hiện đại là giao thức truyền thông mạnh mẽ hơn nhiều được thiết kế cho các hệ thống cung cấp tốc độ xử lý dữ liệu cao. Do đó, vào đầu năm 2019-2020, chúng tôi nhận thấy giá SSD NVMe giảm nghiêm trọng, hiện đang có sẵn cho bất kỳ tầng lớp người dùng nào. Ở phân khúc doanh nghiệp, giải pháp NVMe được đặc biệt đánh giá cao bởi những doanh nghiệp cần phân tích dữ liệu lớn theo thời gian thực.
Các công ty như Kingston và Samsung đã cho thấy những gì người dùng doanh nghiệp có thể mong đợi trong năm 2020: tất cả chúng ta đều đang chờ đợi SSD NVMe hỗ trợ PCIe 4.0 để tăng thêm tốc độ xử lý dữ liệu cho trung tâm dữ liệu. Hiệu suất được công bố của các sản phẩm mới là 4,8 GB/s và con số này còn xa giới hạn. Thế hệ tiếp theo sẽ có thể cung cấp thông lượng 7 GB/s.
Cùng với thông số kỹ thuật NVMe-oF (hoặc NVMe over Fabrics), các tổ chức sẽ có thể tạo mạng lưu trữ hiệu suất cao với độ trễ tối thiểu để cạnh tranh mạnh mẽ với các trung tâm dữ liệu DAS (hoặc Lưu trữ gắn trực tiếp). Đồng thời, sử dụng NVMe-oF, các thao tác I/O được xử lý hiệu quả hơn, đồng thời độ trễ tương đương với các hệ thống DAS. Các nhà phân tích dự đoán rằng việc triển khai các hệ thống chạy trên giao thức NVMe-oF sẽ nhanh chóng tăng tốc vào năm 2020.
Bộ nhớ QLC cuối cùng sẽ hoạt động?
Bộ nhớ flash NAND Quad Level Cell (QLC) cũng sẽ ngày càng phổ biến trên thị trường. QLC được giới thiệu vào năm 2019 và do đó ít được áp dụng trên thị trường. Điều này sẽ thay đổi vào năm 2020, đặc biệt là trong số các công ty đã áp dụng công nghệ LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) để vượt qua những thách thức cố hữu của QLC.
Theo dự báo của các nhà phân tích, tốc độ tăng trưởng doanh số bán ổ SSD dựa trên cell QLC sẽ tăng 10%, trong khi giải pháp TLC sẽ “chiếm lĩnh” 85% thị trường. Dù người ta có thể nói gì đi nữa, SSD QLC vẫn kém xa về hiệu suất so với SSD TLC và sẽ không trở thành nền tảng cho các trung tâm dữ liệu trong XNUMX năm tới.
Đồng thời, giá bộ nhớ flash NAND dự kiến sẽ tăng vào năm 2020, vì vậy, chẳng hạn, nhà cung cấp bộ điều khiển SSD Phison đang đặt cược rằng giá tăng cuối cùng sẽ đẩy thị trường SSD tiêu dùng hướng tới bộ nhớ flash 4-bit -QLC NAND. Nhân tiện, Intel có kế hoạch tung ra các giải pháp QLC 144 lớp (thay vì các sản phẩm 96 lớp). Chà... có vẻ như chúng ta đang hướng tới việc loại bỏ ổ cứng HDD hơn nữa.
Bộ nhớ SCM: tốc độ gần bằng DRAM
Việc áp dụng rộng rãi bộ nhớ SCM (Bộ nhớ lớp lưu trữ) đã được dự đoán trong vài năm và năm 2020 có thể là điểm khởi đầu để những dự đoán này cuối cùng trở thành hiện thực. Mặc dù các mô-đun bộ nhớ Intel Optane, Toshiba XL-Flash và Samsung Z-SSD đã gia nhập thị trường doanh nghiệp nhưng sự xuất hiện của chúng chưa gây ra phản ứng quá lớn.
Thiết bị của Intel kết hợp các đặc điểm của DRAM nhanh nhưng không ổn định với bộ lưu trữ NAND chậm hơn nhưng bền bỉ. Sự kết hợp này nhằm mục đích nâng cao khả năng làm việc với các tập dữ liệu lớn của người dùng, cung cấp cả tốc độ DRAM và dung lượng NAND. Bộ nhớ SCM không chỉ nhanh hơn các lựa chọn thay thế dựa trên NAND: nó nhanh hơn gấp mười lần. Độ trễ là micro giây, không phải mili giây.
Các chuyên gia thị trường lưu ý rằng các trung tâm dữ liệu có kế hoạch sử dụng SCM sẽ bị hạn chế bởi thực tế là công nghệ này sẽ chỉ hoạt động trên các máy chủ sử dụng bộ xử lý Intel Cascade Lake. Tuy nhiên, theo họ, đây sẽ không phải là trở ngại để ngăn chặn làn sóng nâng cấp các trung tâm dữ liệu hiện có nhằm mang lại tốc độ xử lý cao.
Từ hiện thực có thể đoán trước đến tương lai xa
Đối với hầu hết người dùng, việc lưu trữ dữ liệu không liên quan đến cảm giác “Tận thế điện dung”. Nhưng hãy nghĩ mà xem: 3,7 tỷ người hiện đang sử dụng Internet tạo ra khoảng 2,5 triệu tỷ byte dữ liệu mỗi ngày. Để đáp ứng nhu cầu này, ngày càng cần nhiều trung tâm dữ liệu hơn.
Theo thống kê, đến năm 2025, thế giới sẵn sàng xử lý 160 Zetabyte dữ liệu mỗi năm (nhiều byte hơn số lượng sao trong Vũ trụ quan sát được). Có khả năng trong tương lai chúng ta sẽ phải bao phủ từng mét vuông hành tinh Trái đất bằng các trung tâm dữ liệu, nếu không các tập đoàn sẽ không thể thích ứng với mức tăng trưởng thông tin cao như vậy. Hoặc... bạn sẽ phải từ bỏ một số dữ liệu. Tuy nhiên, có một số công nghệ thú vị có thể giải quyết vấn đề quá tải thông tin ngày càng tăng.
Cấu trúc DNA làm cơ sở cho việc lưu trữ dữ liệu trong tương lai
Không chỉ các tập đoàn CNTT đang tìm kiếm những cách thức mới để lưu trữ và xử lý thông tin mà nhiều nhà khoa học cũng đang tìm kiếm. Nhiệm vụ toàn cầu là đảm bảo lưu giữ thông tin trong hàng nghìn năm. Các nhà nghiên cứu từ ETH Zurich, Thụy Sĩ, tin rằng giải pháp phải được tìm thấy trong hệ thống lưu trữ dữ liệu hữu cơ tồn tại trong mọi tế bào sống: DNA. Và quan trọng nhất, hệ thống này đã được “phát minh” từ rất lâu trước khi máy tính ra đời.
Các chuỗi DNA rất phức tạp, nhỏ gọn và cực kỳ dày đặc như vật mang thông tin: theo các nhà khoa học, 455 Exabyte dữ liệu có thể được ghi lại trong một gram DNA, trong đó 1 Ebyte tương đương với một tỷ gigabyte. Các thí nghiệm đầu tiên đã cho phép ghi lại 83 KB thông tin trong DNA, sau đó, Robert Grass, giáo viên Khoa Hóa học và Sinh học, bày tỏ ý tưởng rằng trong thập kỷ mới, lĩnh vực y tế cần phải đoàn kết chặt chẽ hơn với cấu trúc CNTT để phát triển chung trong lĩnh vực công nghệ ghi và lưu trữ dữ liệu.
Theo các nhà khoa học, các thiết bị lưu trữ dữ liệu hữu cơ dựa trên chuỗi DNA có thể lưu trữ thông tin lên tới một triệu năm và cung cấp thông tin chính xác theo yêu cầu đầu tiên. Có thể trong một vài thập kỷ nữa, hầu hết các ổ đĩa sẽ đấu tranh để có được cơ hội chính xác này: khả năng lưu trữ dữ liệu một cách đáng tin cậy và dung lượng trong thời gian dài.
Người Thụy Sĩ không phải là những người duy nhất nghiên cứu hệ thống lưu trữ dựa trên DNA. Câu hỏi này đã được đặt ra từ năm 1953, khi Francis Crick phát hiện ra chuỗi xoắn kép của DNA. Nhưng vào thời điểm đó, nhân loại đơn giản là chưa có đủ kiến thức cho những thí nghiệm như vậy. Tư duy truyền thống về lưu trữ DNA đã tập trung vào việc tổng hợp các phân tử DNA mới; khớp một chuỗi bit với một chuỗi gồm bốn cặp base DNA và tạo ra đủ phân tử để đại diện cho tất cả các số cần được lưu trữ. Do đó, vào mùa hè năm 2019, các kỹ sư của công ty CATALOG đã cố gắng ghi 16 GB Wikipedia tiếng Anh vào DNA được tạo ra từ polyme tổng hợp. Vấn đề là quá trình này diễn ra chậm và tốn kém, đây là điểm nghẽn đáng kể khi lưu trữ dữ liệu.
Không chỉ DNA...: thiết bị lưu trữ phân tử
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Brown (Mỹ) cho biết phân tử DNA không phải là lựa chọn duy nhất để lưu trữ dữ liệu phân tử lên tới một triệu năm. Các chất chuyển hóa có trọng lượng phân tử thấp cũng có thể hoạt động như chất lưu trữ hữu cơ. Khi thông tin được ghi vào một tập hợp các chất chuyển hóa, các phân tử bắt đầu tương tác với nhau và tạo ra các hạt trung hòa điện mới chứa dữ liệu được ghi trong đó.
Nhân tiện, các nhà nghiên cứu không dừng lại ở đó và mở rộng tập hợp các phân tử hữu cơ, giúp tăng mật độ dữ liệu được ghi lại. Có thể đọc những thông tin như vậy thông qua phân tích hóa học. Điểm tiêu cực duy nhất là việc triển khai một thiết bị lưu trữ hữu cơ như vậy vẫn chưa thể thực hiện được trong thực tế, ngoài điều kiện phòng thí nghiệm. Đây chỉ là sự phát triển cho tương lai.
Bộ nhớ quang 5D: cuộc cách mạng trong lưu trữ dữ liệu
Một kho lưu trữ thử nghiệm khác thuộc về các nhà phát triển đến từ Đại học Southampton, Anh. Trong nỗ lực tạo ra một hệ thống lưu trữ kỹ thuật số tiên tiến có thể tồn tại hàng triệu năm, các nhà khoa học đã phát triển một quy trình ghi dữ liệu trên một đĩa thạch anh nhỏ dựa trên việc ghi xung femto giây. Hệ thống lưu trữ được thiết kế để lưu trữ và lưu trữ lạnh khối lượng lớn dữ liệu và được mô tả là lưu trữ năm chiều.
Tại sao lại là năm chiều? Thực tế là thông tin được mã hóa thành nhiều lớp, bao gồm cả ba chiều thông thường. Hai kích thước nữa được thêm vào các kích thước này—kích thước và hướng nanodot. Dung lượng dữ liệu có thể được ghi trên một ổ đĩa mini như vậy lên tới 100 Petabyte và thời gian lưu trữ là 13,8 tỷ năm ở nhiệt độ lên tới 190°C. Nhiệt độ gia nhiệt tối đa mà đĩa có thể chịu được là 982°C. Nói tóm lại... nó thực tế là vĩnh cửu!
Công trình của Đại học Southampton gần đây đã thu hút sự chú ý của Microsoft, hãng có chương trình lưu trữ đám mây, Project Silica, nhằm mục đích xem xét lại các công nghệ lưu trữ hiện tại. Theo dự báo “nhỏ-mềm”, đến năm 2023, hơn 100 Zetabyte thông tin sẽ được lưu trữ trên đám mây, do đó ngay cả những hệ thống lưu trữ quy mô lớn cũng sẽ gặp khó khăn.
Để biết thêm thông tin về các sản phẩm của Kingston Technology, vui lòng truy cập trang web chính thức của công ty.
Nguồn: www.habr.com