Cwantwmrun

CREDYD DELWEDD: Cwantwmrun

Y chwyldro storio digidol: Dyfodol Cyfrifiaduron P3

David Tal, Cyhoeddwr, Dyfodolwr
@DavidTalWrites
LinkedIn

Dydd Mawrth, 09/15/2020 - 15:43

Mae'n debyg bod y rhan fwyaf ohonoch sy'n darllen hwn yn cofio'r ddisg hyblyg ostyngedig ac mae'n solet 1.44 MB o ofod disg. Mae'n debyg bod rhai ohonoch yn genfigennus o'r un ffrind hwnnw pan chwipiodd y gyriant bawd USB cyntaf, gyda'i 8MB anhygoel o ofod, yn ystod prosiect ysgol. Y dyddiau hyn, mae'r hud wedi mynd, ac rydym wedi mynd yn jaded. Daw un terabyte o gof yn safonol yn y mwyafrif o benbyrddau 2018 - ac mae Kingston hyd yn oed yn gwerthu un gyriannau USB terabyte nawr.

Mae ein hobsesiwn gyda storio yn tyfu flwyddyn ar ôl blwyddyn wrth i ni ddefnyddio a chreu mwy a mwy o gynnwys digidol, boed yn adroddiad ysgol, llun teithio, mixtape eich band, neu fideo GoPro ohonoch yn sgïo i lawr Whistler. Bydd tueddiadau eraill fel y Rhyngrwyd Pethau sy'n dod i'r amlwg yn cyflymu'r mynydd o ddata y mae'r byd yn ei gynhyrchu, gan ychwanegu tanwydd roced pellach at y galw am storio digidol.

Dyma pam i drafod storio data yn iawn, yn ddiweddar fe benderfynon ni olygu'r bennod hon trwy ei rhannu'n ddau. Bydd yr hanner hwn yn ymdrin â'r arloesiadau technolegol mewn storio data a'i effaith ar ddefnyddwyr digidol cyffredin. Yn y cyfamser, bydd y bennod nesaf yn ymdrin â'r chwyldro sydd i ddod yn y cwmwl.

Arloesi storio data ar y gweill

(TL; DR - Mae'r adran ganlynol yn amlinellu'r dechnoleg newydd a fydd yn galluogi meintiau cynyddol o ddata i gael eu storio ar yriannau storio mwy byth yn llai ac yn fwy effeithlon. Os nad oes ots gennych am y dechnoleg, ond yn hytrach rydych am ddarllen mwy tueddiadau ac effeithiau o amgylch storio data, yna rydym yn argymell symud i'r is-bennawd nesaf.)

Mae llawer ohonoch eisoes wedi clywed am Gyfraith Moore (y sylw bod nifer y transistorau mewn cylched integredig drwchus yn dyblu bob dwy flynedd yn fras), ond ar ochr storio'r busnes cyfrifiadurol, mae gennym Gyfraith Kryder—yn y bôn, ein gallu i wasgu Mae mwy a mwy o elfennau i yriannau caled sy'n crebachu hefyd yn dyblu bob 18 mis yn fras. Mae hynny'n golygu y gall y person a wariodd $1,500 am 5MB 35 mlynedd yn ôl bellach wario $600 ar yriant 6TB.

Mae hwn yn gynnydd syfrdanol, ac nid yw'n dod i ben yn fuan.

Mae'r rhestr ganlynol yn gipolwg byr ar y datblygiadau arloesol hirdymor a thymor hir y bydd gweithgynhyrchwyr storio digidol yn eu defnyddio i fodloni ein cymdeithas sy'n newynog am storio.

Gwell gyriannau disg caled. Hyd at y 2020au cynnar, bydd gweithgynhyrchwyr yn parhau i adeiladu gyriannau disg caled traddodiadol (HDD), gan bacio mewn mwy o gapasiti cof nes na allwn adeiladu disgiau caled mwyach. Mae'r technegau a ddyfeisiwyd i arwain y degawd olaf hwn o dechnoleg HDD yn cynnwys Recordio Magnetig Singled (SMR), ac yna Recordio Magnetig Dau Ddimensiwn (TDMR), ac o bosibl Recordio Magnetig â Chymorth Gwres (HAMR).

Gyriannau caled cyflwr solet. Yn lle'r gyriant disg caled traddodiadol a nodir uchod mae'r gyriant caled cyflwr solet (SATA SSD). Yn wahanol i HDDs, nid oes gan SSDs unrhyw ddisgiau troelli - mewn gwirionedd, nid oes ganddynt unrhyw rannau symudol o gwbl. Mae hyn yn caniatáu i SSDs weithredu'n llawer cyflymach, ar feintiau llai, a gyda mwy o wydnwch na'u rhagflaenydd. Mae SSDs eisoes yn safon ar gliniaduron heddiw ac yn raddol yn dod yn galedwedd safonol ar y rhan fwyaf o fodelau bwrdd gwaith newydd. Ac er yn wreiddiol yn llawer drutach na HDDs, eu mae'r pris yn gostwng yn gyflymach na HDDs, sy'n golygu y gallai eu gwerthiant oddiweddyd HDDs yn llwyr erbyn canol y 2020au.

Mae SSDs cenhedlaeth nesaf yn cael eu cyflwyno'n raddol hefyd, gyda gweithgynhyrchwyr yn trosglwyddo o SATA SSDs i SSDs PCIe sydd ag o leiaf chwe gwaith lled band gyriannau SATA ac yn tyfu.

Mae cof fflach yn mynd yn 3D. Ond os mai cyflymder yw'r nod, does dim byd yn curo storio popeth yn y cof.

Gellir cymharu HDDs ac SSDs â'ch cof hirdymor, tra bod fflach yn debycach i'ch cof tymor byr. Ac yn union fel eich ymennydd, yn draddodiadol mae cyfrifiadur angen y ddau fath o storfa i weithredu. Cyfeirir ato'n gyffredin fel cof mynediad ar hap (RAM), mae cyfrifiaduron personol traddodiadol yn tueddu i ddod â dwy ffon o RAM ar 4 i 8GB yr un. Yn y cyfamser, mae'r tarowyr trymaf fel Samsung bellach yn gwerthu cardiau cof 2.5D sy'n dal 128GB yr un - anhygoel ar gyfer chwaraewyr craidd caled, ond yn fwy ymarferol ar gyfer uwchgyfrifiaduron cenhedlaeth nesaf.

Yr her gyda'r cardiau cof hyn yw eu bod yn rhedeg i'r un cyfyngiadau corfforol y mae disgiau caled yn eu hwynebu. Yn waeth, mae'r transistorau lleiaf yn dod y tu mewn i RAM, y gwaethaf y maent yn perfformio dros amser - mae'r transistorau'n mynd yn anoddach eu dileu ac ysgrifennu'n gywir, gan daro wal berfformiad yn y pen draw sy'n gorfodi ffyn RAM ffres i'w disodli. Yng ngoleuni hyn, mae cwmnïau'n dechrau adeiladu'r genhedlaeth nesaf o gardiau cof:

3D NAND. Mae cwmnïau fel Intel, Samsung, Micron, Hynix, a Taiwan Semiconductor yn pwyso am fabwysiadu ar raddfa eang 3D NAND, sy'n pentyrru transistorau yn dri dimensiwn y tu mewn i sglodyn.
Cof Mynediad Ar Hap Gwrthiannol (Ram). Mae'r dechnoleg hon yn defnyddio gwrthiant yn lle gwefr drydanol i storio darnau (0s ac 1s) o gof.
Sglodion 3D. Bydd hyn yn cael ei drafod yn fanylach ym mhennod nesaf y gyfres, ond yn gryno, Sglodion 3D anelu at gyfuno cyfrifiadura a storio data mewn haenau wedi'u pentyrru'n fertigol, a thrwy hynny wella cyflymder prosesu a lleihau'r defnydd o ynni.
Cof Newid Cam (PCM). Mae technoleg y tu ôl i PCMs yn y bôn yn gwresogi ac yn oeri gwydr chalcogenide, gan ei symud rhwng crisialu i wladwriaethau nad ydynt yn grisialog, pob un â'i wrthiannau trydanol unigryw sy'n cynrychioli'r deuaidd 0 ac 1. Unwaith y bydd wedi'i berffeithio, bydd y dechnoleg hon yn para llawer hirach na'r amrywiadau RAM cyfredol ac nid yw'n anweddol, sy'n golygu gall ddal data hyd yn oed pan fydd y pŵer i ffwrdd (yn wahanol i RAM traddodiadol).
Cof Mynediad Ar Hap Torc Troelli-Trosglwyddo (STT-RAM). Frankenstein pwerus sy'n cyfuno gallu Dram gyda chyflymder o SRAM, ynghyd â diffyg anweddolrwydd gwell a dygnwch diderfyn bron.
3D XPoint. Gyda'r dechnoleg hon, yn lle dibynnu ar transistorau i storio gwybodaeth, Xpoint 3D yn defnyddio rhwyll microsgopig o wifrau, wedi'u cydlynu gan "ddewiswr" sy'n cael eu pentyrru ar ben ei gilydd. Ar ôl ei berffeithio, gallai hyn chwyldroi'r diwydiant gan nad yw 3D Xpoint yn anweddol, bydd yn gweithredu filoedd o weithiau'n gyflymach na fflach NAND, a 10 gwaith yn ddwysach na DRAM.

Mewn geiriau eraill, cofiwch pan ddywedasom “gellir cymharu HDDs ac SSDs â'ch cof hirdymor, tra bod fflach yn debycach i'ch cof tymor byr”? Wel, bydd 3D Xpoint yn trin y ddau ac yn gwneud hynny'n well na'r naill na'r llall na'r naill ar wahân.

Ni waeth pa opsiwn sy'n ennill, bydd pob un o'r ffurfiau newydd hyn o gof fflach yn cynnig mwy o gapasiti cof, cyflymder, dygnwch ac effeithlonrwydd pŵer.

Arloesi storio hirdymor. Yn y cyfamser, ar gyfer yr achosion defnydd hynny lle mae cyflymder yn llai pwysig na chadw llawer iawn o ddata, mae technolegau newydd a damcaniaethol yn y gwaith ar hyn o bryd:

Gyriannau tâp. Wedi'i ddyfeisio dros 60 mlynedd yn ôl, fe wnaethom ddefnyddio gyriannau tâp yn wreiddiol i archifo dogfennau treth a gofal iechyd. Heddiw, mae'r dechnoleg hon yn cael ei pherffeithio ger ei hanterth damcaniaethol gyda IBM yn gosod cofnod trwy archifo 330 terabytes o ddata anghywasgedig (~330 miliwn o lyfrau) mewn cetris tâp tua maint eich llaw.
Storio DNA. Ymchwilwyr o Brifysgol Washington a Microsoft Research datblygu system i amgodio, storio ac adalw data digidol gan ddefnyddio moleciwlau DNA. Unwaith y bydd wedi'i pherffeithio, gall y system hon un diwrnod archifo gwybodaeth filiynau o weithiau'n fwy cryno na thechnolegau storio data cyfredol.
Cof atomig y gellir ei ailysgrifennu cilobyte. Trwy drin atomau clorin unigol ar ddalen wastad o gopr, ysgrifennodd gwyddonwyr neges 1-kilobyte ar 500 terabits fesul modfedd sgwâr - tua 100 gwaith yn fwy o wybodaeth fesul modfedd sgwâr na'r gyriant caled mwyaf effeithlon ar y farchnad.
Storio data 5D. Mae'r system storio arbenigol hon, a arweinir gan Brifysgol Southampton, yn cynnwys gallu data 360 TB / disg, sefydlogrwydd thermol hyd at 1,000 ° C ac oes bron yn ddiderfyn ar dymheredd ystafell (13.8 biliwn o flynyddoedd ar 190 ° C). Mewn geiriau eraill, byddai storio data 5D yn ddelfrydol ar gyfer defnydd archifol mewn amgueddfeydd a llyfrgelloedd.

Seilwaith Storio a Ddiffiniwyd gan Feddalwedd (SDS). Nid caledwedd storio yn unig sy'n gweld arloesedd, ond mae'r feddalwedd sy'n ei redeg hefyd yn cael ei ddatblygu'n gyffrous. SDS yn cael ei ddefnyddio'n bennaf mewn rhwydweithiau cyfrifiadurol cwmni mawr neu wasanaethau storio cwmwl lle mae data'n cael ei storio'n ganolog a'i gyrchu trwy ddyfeisiau unigol, cysylltiedig. Yn y bôn mae'n cymryd cyfanswm y capasiti storio data mewn rhwydwaith ac yn ei wahanu rhwng y gwasanaethau a'r dyfeisiau amrywiol sy'n rhedeg ar y rhwydwaith. Mae systemau SDS gwell yn cael eu codio drwy'r amser i ddefnyddio caledwedd storio presennol (yn hytrach na newydd) yn fwy effeithlon.

A fydd angen storio arnom hyd yn oed yn y dyfodol?

Iawn, felly mae technoleg storio yn mynd i wella llawer iawn dros yr ychydig ddegawdau nesaf. Ond y peth y mae'n rhaid i ni ei ystyried yw, pa wahaniaeth y mae hynny'n ei wneud beth bynnag?

Ni fydd y person cyffredin byth yn defnyddio'r terabyte o ofod storio sydd bellach ar gael yn y modelau cyfrifiaduron bwrdd gwaith diweddaraf. Ac mewn dwy i bedair blynedd arall, bydd gan eich ffôn clyfar nesaf ddigon o le storio i hudo gwerth blwyddyn o luniau a fideos heb orfod glanhau'ch dyfais yn y gwanwyn. Yn sicr, mae yna leiafrif o bobl allan yna sy'n hoffi cuddio symiau enfawr o ddata ar eu cyfrifiaduron, ond i'r gweddill ohonom, mae yna nifer o dueddiadau sy'n lleihau ein hangen am ofod storio disg gormodol, preifat.

Gwasanaethau ffrydio. Un tro, roedd ein casgliadau cerddoriaeth yn cynnwys casglu recordiau, yna casetiau, yna cryno ddisgiau. Yn y 90au, cafodd caneuon eu digideiddio i MP3s i gael eu celcio gan y miloedd (yn gyntaf trwy genllifau, yna fwyfwy trwy siopau digidol fel iTunes). Nawr, yn lle gorfod storio a threfnu casgliad cerddoriaeth ar eich cyfrifiadur cartref neu ffôn, gallwn ffrydio nifer anfeidrol o ganeuon a gwrando arnynt yn unrhyw le trwy wasanaethau fel Spotify ac Apple Music.

Yn gyntaf, roedd y dilyniant hwn yn lleihau'r defnydd o gerddoriaeth gofod corfforol gartref, yna'r gofod digidol ar eich cyfrifiadur. Nawr gall y cyfan gael ei ddisodli gan wasanaeth allanol sy'n rhoi mynediad rhad a chyfleus i chi, unrhyw le / unrhyw bryd i'r holl gerddoriaeth y gallech ei heisiau. Wrth gwrs, mae'n debyg bod gan y mwyafrif ohonoch sy'n darllen hwn ychydig o gryno ddisgiau o hyd, bydd gan y mwyafrif gasgliad cadarn o MP3s ar eu cyfrifiadur o hyd, ond ni fydd y genhedlaeth nesaf o ddefnyddwyr cyfrifiaduron yn gwastraffu eu hamser yn llenwi eu cyfrifiaduron â cherddoriaeth y gallant mynediad am ddim ar-lein.

Yn amlwg, copïwch bopeth yr wyf newydd ei ddweud am gerddoriaeth a'i gymhwyso i ffilm a theledu (helo, Netflix!) Ac mae'r arbedion storio personol yn parhau i dyfu.

Cyfryngau cymdeithasol. Gyda rhaglenni cerddoriaeth, ffilm a theledu yn tagu llai a llai o'n cyfrifiaduron personol, y ffurf fwyaf nesaf o gynnwys digidol yw lluniau a fideos personol. Unwaith eto, roeddem yn arfer cynhyrchu lluniau a fideos yn gorfforol, yn y pen draw i gasglu llwch yn ein atig. Yna aeth ein lluniau a'n fideos yn ddigidol, dim ond i gasglu llwch eto ym mhen isaf ein cyfrifiaduron. A dyna'r mater: Anaml y byddwn yn edrych ar y rhan fwyaf o'r lluniau a'r fideos rydyn ni'n eu cymryd.

Ond ar ôl i gyfryngau cymdeithasol ddigwydd, rhoddodd gwefannau fel Flickr a Facebook y gallu i ni rannu nifer anfeidrol o luniau gyda rhwydwaith o bobl rydyn ni'n poeni amdanyn nhw, tra hefyd yn storio'r lluniau hynny (am ddim) mewn system ffolder hunan-drefnu neu linell amser. Er bod yr elfen gymdeithasol hon, ynghyd â chamerâu ffôn pen uchel, bach, wedi cynyddu'n fawr y nifer o luniau a fideo a gynhyrchwyd gan y person cyffredin, fe leihaodd ein harfer hefyd o storio lluniau ar ein cyfrifiaduron preifat, gan ein hannog i'w storio ar-lein, yn breifat. neu yn gyhoeddus.

Gwasanaethau cwmwl a chydweithio. O ystyried y ddau bwynt olaf, dim ond y ddogfen destun ostyngedig (ac ychydig o fathau eraill o ddata arbenigol) sydd ar ôl. Mae'r dogfennau hyn, o'u cymharu â'r amlgyfrwng yr ydym newydd ei drafod, fel arfer mor fach fel na fydd byth yn broblem eu storio ar eich cyfrifiadur.

Fodd bynnag, yn ein byd cynyddol symudol, mae galw cynyddol i gael mynediad at ddogfennau wrth fynd. Ac yma eto, mae'r un dilyniant a drafodwyd gennym â cherddoriaeth yn digwydd yma - lle yn gyntaf fe wnaethom gludo dogfennau gan ddefnyddio disgiau hyblyg, CDs, a USBs, nawr rydyn ni'n defnyddio'n fwy cyfleus ac yn canolbwyntio ar y defnyddiwr. storio cwmwl gwasanaethau, fel Google Drive a Dropbox, sy'n storio ein dogfennau mewn canolfan ddata allanol i ni gael mynediad diogel iddynt ar-lein. Mae gwasanaethau fel y rhain yn ein galluogi i gyrchu a rhannu ein dogfennau unrhyw le, unrhyw bryd, ar unrhyw ddyfais neu system weithredu.

A bod yn deg, nid yw defnyddio gwasanaethau ffrydio, cyfryngau cymdeithasol a gwasanaethau cwmwl o reidrwydd yn golygu y byddwn yn symud popeth i’r cwmwl—rhai pethau y mae’n well gennym eu cadw’n rhy breifat a diogel—ond mae’r gwasanaethau hyn wedi torri, a byddant yn parhau i dorri, cyfanswm y gofod storio data ffisegol y mae angen inni fod yn berchen arno flwyddyn ar ôl blwyddyn.

Pam mae mwy o le storio yn bwysig iawn

Er y gall yr unigolyn cyffredin weld llai o angen am fwy o storfa ddigidol, mae grymoedd mawr ar waith sy'n gyrru Cyfraith Kryder yn ei blaen.

Yn gyntaf, oherwydd y rhestr bron yn flynyddol o doriadau diogelwch ar draws ystod o gwmnïau gwasanaethau technoleg ac ariannol - pob un yn peryglu gwybodaeth ddigidol miliynau o unigolion - mae pryderon ynghylch preifatrwydd data yn tyfu'n deg ymhlith y cyhoedd. Yn dibynnu ar anghenion unigol, gallai hyn ysgogi galw’r cyhoedd am opsiynau storio data mwy a rhatach at ddefnydd personol er mwyn osgoi dibynnu ar y cwmwl. Gall unigolion yn y dyfodol hyd yn oed sefydlu gweinyddwyr storio data preifat y tu mewn i'w cartrefi i gysylltu â nhw'n allanol yn hytrach na dibynnu ar weinyddion sy'n eiddo i'r cwmnïau technoleg mawr.

Ystyriaeth arall yw bod cyfyngiadau storio data ar hyn o bryd yn rhwystro cynnydd mewn nifer o sectorau o fiotechnoleg i ddeallusrwydd artiffisial. Mae angen i sectorau sy'n dibynnu ar gronni a phrosesu data mawr storio symiau cynyddol o ddata i arloesi cynhyrchion a gwasanaethau newydd.

Nesaf, erbyn diwedd y 2020au, bydd Rhyngrwyd Pethau (IoT), cerbydau ymreolaethol, robotiaid, realiti estynedig, a thechnolegau ymyl y genhedlaeth nesaf o'r fath yn ysgogi buddsoddiad mewn technoleg storio. Mae hyn oherwydd er mwyn i'r technolegau hyn weithio, bydd angen iddynt gael y pŵer cyfrifiadurol a'r gallu storio i ddeall eu hamgylchedd ac ymateb mewn amser real heb ddibyniaeth gyson ar y cwmwl. Rydym yn archwilio'r cysyniad hwn ymhellach i mewn pennod pump o'r gyfres hon.

Yn olaf, mae'r Rhyngrwyd o Bethau (eglurir yn llawn yn ein Dyfodol y Rhyngrwyd cyfres) yn arwain at biliynau-i-driliynau o synwyryddion yn olrhain symudiad neu statws biliynau-i-driliynau o bethau. Bydd y symiau enfawr o ddata y bydd y synwyryddion di-rif hyn yn ei gynhyrchu yn galw am gapasiti storio effeithiol cyn y gellir ei brosesu'n effeithiol gan yr uwchgyfrifiaduron y byddwn yn eu cwmpasu yn agos at ddiwedd y gyfres hon.

Ar y cyfan, er y bydd y person cyffredin yn lleihau'n gynyddol eu hangen am galedwedd storio digidol sy'n eiddo personol, bydd pawb ar y blaned yn dal i elwa'n anuniongyrchol o'r gallu storio anfeidrol y bydd technolegau storio digidol y dyfodol yn ei gynnig. Wrth gwrs, fel yr awgrymwyd yn gynharach, mae dyfodol storio yn gorwedd yn y cwmwl, ond cyn y gallwn blymio'n ddwfn i'r pwnc hwnnw, yn gyntaf mae angen i ni ddeall y chwyldroadau canmoliaethus sy'n digwydd ar ochr prosesu (microchip) y busnes cyfrifiadurol—y pwnc y bennod nesaf.