几十年来，存储技术的进步主要是通过存储容量和数据读/写速度来衡量的。 随着时间的推移，这些评估参数得到了技术和方法的补充，使 HDD 和 SSD 驱动器变得更智能、更灵活且更易于管理。 每年，驱动器制造商都会传统上暗示大数据市场将会发生变化，2020年也不例外。 IT 领导者越来越多地寻找有效的方法来存储和管理大量数据，并再次承诺改变存储系统的进程。 在本文中，我们收集了最先进的信息存储技术，还将讨论尚未找到其物理实现的未来存储设备的概念。
软件定义存储网络
当谈到自动化、灵活性、增加存储容量以及提高员工效率时，越来越多的企业正在考虑转向所谓的软件定义存储网络或 SDS（软件定义存储）。
SDS技术的关键特征是硬件与软件的分离：也就是说，这意味着 。 此外，与传统的网络附加存储 (NAS) 或存储区域网络 (SAN) 系统不同，SDS 设计为在任何标准 x86 系统上运行。 通常，部署 SDS 的目标是改善运营费用 (OpEx)，同时减少管理工作。
HDD驱动器容量将增加至32TB
传统的磁存储设备根本没有消亡，只是正在经历技术复兴。 现代 HDD 已经可以为用户提供高达 16 TB 的数据存储。 在未来五年内，这一容量将增加一倍。 与此同时，硬盘驱动器将继续成为最实惠的随机存取存储，并将在未来许多年保持其每 GB 磁盘空间价格的首要地位。
产能增加将基于已知技术：
- 氦气驱动器（氦气可减少气动阻力和湍流，允许在驱动器中安装更多磁板；发热和功耗不会增加）；
- 热磁驱动器（或 HAMR HDD，预计将于 2021 年出现，基于微波数据记录原理，磁盘的一部分被激光加热并重新磁化）；
- 基于平铺记录的 HDD（或 SMR 驱动器，其中数据磁道以平铺格式放置在彼此的顶部；这确保了信息记录的高密度）。
云数据中心尤其需要氦气驱动器，而 SMR HDD 是存储大型档案和数据库、访问和更新不经常需要的数据的最佳选择。 它们也是创建备份的理想选择。
NVMe 驱动器将变得更快
第一批 SSD 驱动器通过 SATA 或 SAS 接口连接到主板，但这些接口是 10 多年前为磁性 HDD 驱动器开发的。 现代 NVMe 协议是一种功能更强大的通信协议，专为提供高数据处理速度的系统而设计。 因此，在 2019 年至 2020 年之交，我们看到 NVMe SSD 的价格大幅下降，任何类别的用户都可以使用它们。 在企业领域，NVMe解决方案尤其受到那些需要实时分析大数据的企业的重视。
金士顿和三星等公司已经展示了企业用户在 2020 年的期望：我们都在等待支持 PCIe 4.0 的 NVMe SSD 为数据中心增加更多的数据处理速度。 新产品宣称的性能为4,8GB/s，这远未达到极限。 下一代 将能够提供 7 GB/s 的吞吐量。
结合 NVMe-oF（或 NVMe over Fabrics）规范，组织将能够创建延迟最小的高性能存储网络，与 DAS（或直连存储）数据中心展开强有力的竞争。 同时，使用NVMe-oF，I/O操作的处理效率更高，而延迟与DAS系统相当。 分析师预测，运行 NVMe-oF 协议的系统的部署将在 2020 年迅速加速。
QLC内存最终能用吗？
四级单元 (QLC) NAND 闪存也将在市场上越来越受欢迎。 QLC 于 2019 年推出，因此市场采用率极低。 这种情况将在 2020 年发生改变，特别是对于采用 LightOS 全局闪存转换层 (GFTL) 技术来克服 QLC 固有挑战的公司来说。
据分析师预测，基于QLC单元的SSD硬盘销量增长将增长10%，而TLC解决方案将“占领”85%的市场。 不管怎么说，QLC SSD在性能上仍远远落后于TLC SSD，未来五年不会成为数据中心的基础。
与此同时，NAND闪存的成本预计将在2020年上涨，因此SSD控制器供应商群联(Phison)押注价格上涨最终将推动消费类SSD市场转向4位闪存-QLC NAND内存。 顺便说一句，英特尔计划推出144层QLC解决方案（而不是96层产品）。 嗯……看来我们的硬盘正在进一步边缘化。
SCM内存：速度接近DRAM
多年来人们一直预测 SCM（存储级内存）内存将得到广泛采用，而 2020 年可能是这些预测最终实现的起点。 虽然英特尔Optane、东芝XL-Flash和三星Z-SSD内存模块已经进入企业市场，但它们的出现并没有引起强烈反响。
英特尔的设备结合了快速但不稳定的 DRAM 与较慢但持久的 NAND 存储的特性。 这种组合旨在提高用户处理大型数据集的能力，同时提供 DRAM 速度和 NAND 容量。 SCM 内存不仅比基于 NAND 的替代品更快：它快了十倍。 延迟是微秒，而不是毫秒。
市场专家指出，计划使用 SCM 的数据中心将受到以下事实的限制：该技术只能在使用 Intel Cascade Lake 处理器的服务器上运行。 不过，在他们看来，这不会成为阻止现有数据中心升级浪潮以提供高处理速度的绊脚石。
从可预见的现实到遥远的未来
对于大多数用户来说，数据存储并不涉及“电容末日”的感觉。 但想一想：目前使用互联网的 3,7 亿人每天产生约 2,5 万亿字节的数据。 为了满足这种需求，需要越来越多的数据中心。
据统计，到 2025 年，世界每年准备处理 160 ZB 的数据（比可观测宇宙中的恒星还要多）。 未来我们很可能必须用数据中心覆盖地球的每一平方米，否则企业根本无法适应如此高速的信息增长。 或者...您将不得不放弃一些数据。 然而，有几种潜在有趣的技术可以解决日益严重的信息过载问题。
DNA结构作为未来数据存储的基础
不仅 IT 公司正在寻找存储和处理信息的新方法，许多科学家也在寻找新的方法。 全球任务是确保信息保存数千年。 瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员认为，解决方案必须在存在于每个活细胞中的有机数据存储系统中找到：DNA。 最重要的是，这个系统早在计算机出现之前就被“发明”了。
DNA 链作为信息载体非常复杂、紧凑且密集：根据科学家的研究，455 克 DNA 中可以记录 1 艾字节的数据，其中 83 E 字节相当于 XNUMX 亿千兆字节。 首批实验已经使得在DNA中记录XNUMXKB的信息成为可能，之后化学与生物科学系的老师罗伯特·格拉斯（Robert Grass）表达了这样的想法：在新的十年里，医学领域需要与人类更紧密地结合起来。记录技术和数据存储领域联合开发的IT结构。
据科学家称，基于 DNA 链的有机数据存储设备可以存储信息长达一百万年，并在第一次请求时准确地提供信息。 有可能在几十年内，大多数驱动器都将努力争取这个机会：长期可靠且大容量存储数据的能力。
瑞士人并不是唯一研究基于 DNA 的存储系统的国家。 这个问题自 1953 年弗朗西斯·克里克 (Francis Crick) 发现 DNA 双螺旋以来就一直被提出。 但当时人类根本没有足够的知识来进行这样的实验。 DNA 存储的传统思维集中于新 DNA 分子的合成。 将位序列与四个 DNA 碱基对的序列进行匹配，并创建足够的分子来表示需要存储的所有数字。 因此，2019 年夏天，CATALOG 公司的工程师成功地将 16 GB 的英文维基百科记录到由合成聚合物创建的 DNA 中。 问题是这个过程缓慢且昂贵，这在数据存储方面是一个重大瓶颈。
不仅仅是DNA……：分子存储设备
美国布朗大学的研究人员表示，DNA 分子并不是分子存储长达一百万年数据的唯一选择。 低分子量代谢物也可以充当有机储存物。 当信息被写入一组代谢物时，分子开始相互作用并产生新的电中性粒子，其中包含其中记录的数据。
顺便说一句，研究人员并没有就此止步，他们扩大了有机分子的范围，这使得增加记录数据的密度成为可能。 通过化学分析可以读取此类信息。 唯一的缺点是，在实验室条件之外，这种有机存储装置在实践中尚不可能实施。 这只是为了未来的发展。
5D光学存储器：数据存储的一场革命
另一个实验存储库属于英国南安普顿大学的开发人员。 为了创建一种可以持续数百万年的创新数字存储系统，科学家们开发了一种基于飞秒脉冲记录的微型石英盘上记录数据的方法。 该存储系统专为大容量数据的归档和冷存储而设计，被描述为五维存储。
为什么是五维？ 事实上，信息被编码在多个层中，包括通常的三个维度。 在这些维度上还添加了两个维度——尺寸和纳米点方向。 这种微型驱动器可记录的数据容量高达 100 PB，在高达 13,8°C 的温度下存储寿命为 190 亿年。 磁盘可承受的最高加热温度为982℃。 简而言之……它几乎是永恒的！
南安普顿大学的工作最近引起了微软的注意，其云存储项目 Project Silica 旨在重新思考当前的存储技术。 据“小软”预测，到2023年，云中将存储超过100ZB的信息，因此即使是大规模存储系统也将面临困难。
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来源： habr.com