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La revolución del almacenamiento digital: el futuro de las computadoras P3

David Tal, Editor, Futurista
@DavidTalEscribe
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Tue, 09 / 15 / 2020 - 15: 43

La mayoría de los que lean esto probablemente recuerden el humilde disquete y sus sólidos 1.44 MB de espacio en disco. Algunos de ustedes probablemente estaban celosos de ese amigo cuando sacó la primera memoria USB, con sus monstruosos 8 MB de espacio, durante un proyecto escolar. Hoy en día, la magia se ha ido y nos hemos vuelto hastiados. Un terabyte de memoria es estándar en la mayoría de las computadoras de escritorio de 2018, y Kingston incluso vende ahora unidades USB de un terabyte.

Nuestra obsesión por el almacenamiento crece año tras año a medida que consumimos y creamos cada vez más contenido digital, ya sea un informe escolar, una foto de un viaje, el mixtape de tu banda o un video GoPro tuyo esquiando en Whistler. Otras tendencias, como la emergente Internet de las cosas, solo acelerarán la montaña de datos que produce el mundo, agregando más combustible para cohetes a la demanda de almacenamiento digital.

Esta es la razón por la cual, para analizar correctamente el almacenamiento de datos, recientemente decidimos editar este capítulo dividiéndolo en dos. Esta mitad cubrirá las innovaciones tecnológicas en el almacenamiento de datos y su impacto en los consumidores digitales promedio. Mientras tanto, el próximo capítulo cubrirá la próxima revolución en la nube.

Innovaciones de almacenamiento de datos en proceso

(TL;DR: la siguiente sección describe la nueva tecnología que permitirá almacenar cantidades cada vez mayores de datos en unidades de almacenamiento cada vez más pequeñas y más eficientes. Si no le importa la tecnología, sino que desea leer sobre la más amplia tendencias e impactos en torno al almacenamiento de datos, entonces recomendamos pasar al siguiente subtítulo).

Muchos de ustedes ya han oído hablar de la Ley de Moore (la observación de que la cantidad de transistores en un circuito integrado denso se duplica aproximadamente cada dos años), pero en el lado del almacenamiento del negocio de las computadoras, tenemos la Ley de Kryder, básicamente, nuestra capacidad para exprimir cada vez más bits en unidades de disco duro cada vez más pequeñas también se duplica aproximadamente cada 18 meses. Eso significa que la persona que gastó $1,500 por 5 MB hace 35 años ahora puede gastar $600 por una unidad de 6 TB.

Este es un progreso asombroso, y no se detendrá pronto.

La siguiente lista es un breve vistazo a las innovaciones a corto y largo plazo que los fabricantes de almacenamiento digital utilizarán para satisfacer nuestra sociedad ávida de almacenamiento.

Mejores unidades de disco duro. Hasta principios de la década de 2020, los fabricantes seguirán fabricando unidades de disco duro tradicionales (HDD), incorporando más capacidad de memoria hasta que ya no podamos fabricar discos duros más densos. Las técnicas inventadas para liderar esta última década de tecnología HDD incluyen Grabación Magnética de tejas (SMR), seguido de Grabación magnética bidimensional (TDMR), y potencialmente Grabación magnética asistida por calor (HAMR).

Discos duros de estado sólido. El reemplazo de la unidad de disco duro tradicional mencionada anteriormente es el disco duro de estado sólido (SATA SSD). A diferencia de los HDD, los SSD no tienen discos giratorios; de hecho, no tienen ninguna pieza móvil. Esto permite que los SSD funcionen mucho más rápido, en tamaños más pequeños y con más durabilidad que su predecesor. Los SSD ya son un estándar en las computadoras portátiles de hoy y se están convirtiendo gradualmente en hardware estándar en la mayoría de los nuevos modelos de escritorio. Y aunque originalmente eran mucho más caros que los discos duros, su el precio está cayendo más rápido que los discos duros, lo que significa que sus ventas podrían superar a las HDD a mediados de la década de 2020.

Las SSD de próxima generación también se están introduciendo gradualmente, y los fabricantes están pasando de SSD SATA a SSD PCIe que tienen al menos seis veces el ancho de banda de las unidades SATA y siguen creciendo.

La memoria flash se vuelve 3D. Pero si la velocidad es el objetivo, nada mejor que almacenar todo en la memoria.

Los HDD y SSD se pueden comparar con su memoria a largo plazo, mientras que el flash es más parecido a su memoria a corto plazo. Y al igual que su cerebro, una computadora tradicionalmente necesita ambos tipos de almacenamiento para funcionar. Comúnmente conocida como memoria de acceso aleatorio (RAM), las computadoras personales tradicionales tienden a venir con dos barras de RAM de 4 a 8 GB cada una. Mientras tanto, los grandes bateadores como Samsung ahora están vendiendo tarjetas de memoria 2.5D que tienen 128 GB cada una, increíble para los jugadores más exigentes, pero más prácticas para las supercomputadoras de próxima generación.

El desafío con estas tarjetas de memoria es que se enfrentan a las mismas limitaciones físicas que enfrentan los discos duros. Peor aún, cuanto más pequeños se vuelven los transistores dentro de la RAM, peor se desempeñan con el tiempo: los transistores se vuelven más difíciles de borrar y escribir con precisión, y eventualmente golpean un muro de rendimiento que obliga a reemplazarlos con memorias RAM nuevas. A la luz de esto, las empresas están comenzando a construir la próxima generación de tarjetas de memoria:

3D NAND. Empresas como Intel, Samsung, Micron, Hynix y Taiwan Semiconductor están impulsando la adopción a gran escala de 3D NAND, que apila transistores en tres dimensiones dentro de un chip.
Memoria resistiva de acceso aleatorio (RRAM). Esta tecnología usa resistencia en lugar de una carga eléctrica para almacenar bits (0 y 1) de memoria.
fichas 3D. Esto se discutirá con más detalle en el próximo capítulo de la serie, pero en resumen, fichas 3D tienen como objetivo combinar la computación y el almacenamiento de datos en capas apiladas verticalmente, mejorando así las velocidades de procesamiento y reduciendo el consumo de energía.
Memoria de cambio de fase (PCM). tecnología detrás de los PCM básicamente calienta y enfría el vidrio de calcogenuro, cambiándolo entre estados cristalizados y no cristalizados, cada uno con sus resistencias eléctricas únicas que representan el 0 y el 1 binarios. Una vez perfeccionada, esta tecnología durará mucho más que las variantes RAM actuales y no es volátil, lo que significa puede almacenar datos incluso cuando está apagado (a diferencia de la memoria RAM tradicional).
Memoria de acceso aleatorio de par de transferencia de giro (STT-RAM). Un poderoso Frankenstein que combina la capacidad de DRAM con la velocidad de SRAM, junto con una no volatilidad mejorada y una resistencia casi ilimitada.
3D XPoint. Con esta tecnología, en lugar de depender de transistores para almacenar información, Punto X 3D utiliza una malla microscópica de cables, coordinados por un "selector" que se apilan unos encima de otros. Una vez perfeccionado, esto podría revolucionar la industria ya que 3D Xpoint no es volátil, funcionará miles de veces más rápido que NAND flash y 10 veces más denso que DRAM.

En otras palabras, ¿recuerdas cuando dijimos que "los discos duros y los SSD se pueden comparar con tu memoria a largo plazo, mientras que la memoria flash es más parecida a tu memoria a corto plazo"? Bueno, 3D Xpoint manejará ambos y lo hará mejor que cualquiera de los dos por separado.

Independientemente de la opción que gane, todas estas nuevas formas de memoria flash ofrecerán más capacidad de memoria, velocidad, resistencia y eficiencia energética.

Innovaciones en almacenamiento a largo plazo. Mientras tanto, para aquellos casos de uso en los que la velocidad importa menos que la preservación de grandes cantidades de datos, actualmente se están trabajando en tecnologías nuevas y teóricas:

unidades de cinta. Inventado hace más de 60 años, originalmente usábamos unidades de cinta para archivar documentos de impuestos y atención médica. Hoy, esta tecnología se está perfeccionando cerca de su pico teórico con IBM estableciendo un récord archivando 330 terabytes de datos sin comprimir (~330 millones de libros) en un cartucho de cinta del tamaño de su mano.
Almacenamiento de ADN. Investigadores de la Universidad de Washington y Microsoft Research desarrolló un sistema para codificar, almacenar y recuperar datos digitales utilizando moléculas de ADN. Una vez perfeccionado, este sistema puede algún día archivar información millones de veces de manera más compacta que las tecnologías actuales de almacenamiento de datos.
Kilobyte de memoria atómica regrabable. Mediante la manipulación de átomos de cloro individuales en una hoja plana de cobre, los científicos escribieron un mensaje de 1 kilobyte a 500 terabits por pulgada cuadrada, aproximadamente 100 veces más información por pulgada cuadrada que el disco duro más eficiente del mercado.
almacenamiento de datos 5D. Este sistema de almacenamiento especializado, encabezado por la Universidad de Southampton, presenta una capacidad de datos de 360 TB/disco, estabilidad térmica de hasta 1,000 °C y una vida útil casi ilimitada a temperatura ambiente (13.8 190 millones de años a 5 °C). En otras palabras, el almacenamiento de datos XNUMXD sería ideal para usos de archivo en museos y bibliotecas.

Infraestructura de almacenamiento definida por software (SDS). No es solo el hardware de almacenamiento el que está experimentando innovación, sino que el software que lo ejecuta también está experimentando un desarrollo emocionante. SDS se utiliza principalmente en redes informáticas de grandes empresas o servicios de almacenamiento en la nube donde los datos se almacenan de forma centralizada y se accede a ellos a través de dispositivos individuales conectados. Básicamente, toma la cantidad total de capacidad de almacenamiento de datos en una red y la separa entre los diversos servicios y dispositivos que se ejecutan en la red. Los mejores sistemas SDS se codifican todo el tiempo para usar de manera más eficiente el hardware de almacenamiento existente (en lugar del nuevo).

¿Necesitaremos almacenamiento en el futuro?

De acuerdo, entonces la tecnología de almacenamiento mejorará mucho en las próximas décadas. Pero lo que tenemos que considerar es, ¿qué diferencia hace eso de todos modos?

La persona promedio nunca usará el terabyte de espacio de almacenamiento ahora disponible en los últimos modelos de computadoras de escritorio. Y en otros dos a cuatro años, su próximo teléfono inteligente tendrá suficiente espacio de almacenamiento para acumular fotos y videos de un año sin tener que limpiar su dispositivo. Claro, hay una minoría de personas a las que les gusta acumular cantidades masivas de datos en sus computadoras, pero para el resto de nosotros, hay una serie de tendencias que reducen nuestra necesidad de espacio de almacenamiento en disco de propiedad privada excesiva.

Servicios de transmisión digital. Érase una vez, nuestras colecciones de música incluían recopilar discos, luego casetes y luego CD. En los años 90, las canciones se digitalizaron en MP3 para ser atesoradas por miles (primero a través de torrents, luego cada vez más a través de tiendas digitales como iTunes). Ahora, en lugar de tener que almacenar y organizar una colección de música en la computadora o el teléfono de su casa, podemos transmitir una cantidad infinita de canciones y escucharlas en cualquier lugar a través de servicios como Spotify y Apple Music.

Esta progresión primero redujo el espacio físico que ocupaba la música en el hogar, luego el espacio digital en su computadora. Ahora todo puede ser reemplazado por un servicio externo que le brinda acceso barato y conveniente, en cualquier lugar y en cualquier momento a toda la música que pueda desear. Por supuesto, la mayoría de los que leen esto probablemente todavía tengan algunos CD por ahí, la mayoría aún tendrá una sólida colección de MP3 en su computadora, pero la próxima generación de usuarios de computadoras no perderá el tiempo llenando sus computadoras con música que puedan escuchar. acceder libremente en línea.

Obviamente, copie todo lo que acabo de decir sobre la música y aplíquelo al cine y la televisión (¡hola, Netflix!) y los ahorros en almacenamiento personal seguirán creciendo.

Redes sociales. Dado que la música, las películas y los programas de televisión obstruyen cada vez menos nuestras computadoras personales, la siguiente forma más importante de contenido digital son las imágenes y los videos personales. Nuevamente, solíamos producir imágenes y videos físicamente, en última instancia, para acumular polvo en nuestros áticos. Luego, nuestras fotos y videos se volvieron digitales, solo para volver a acumular polvo en los confines de nuestras computadoras. Y ese es el problema: rara vez miramos la mayoría de las fotos y videos que tomamos.

Pero después de que surgieron las redes sociales, sitios como Flickr y Facebook nos dieron la posibilidad de compartir una cantidad infinita de imágenes con una red de personas que nos importan, al mismo tiempo que almacenamos esas imágenes (gratis) en un sistema de carpetas autoorganizado o línea de tiempo. Si bien este elemento social, junto con las cámaras en miniatura de los teléfonos de alta gama, aumentó en gran medida la cantidad de imágenes y videos producidos por una persona promedio, también redujo nuestro hábito de almacenar fotos en nuestras computadoras privadas, animándonos a almacenarlas en línea, de forma privada. o públicamente.

Servicios en la nube y de colaboración. Teniendo en cuenta los dos últimos puntos, solo queda el humilde documento de texto (y algunos otros tipos de datos de nicho). Estos documentos, en comparación con los multimedia que acabamos de discutir, suelen ser tan pequeños que almacenarlos en su computadora nunca será un problema.

Sin embargo, en nuestro mundo cada vez más móvil, existe una creciente demanda de acceso a documentos sobre la marcha. Y aquí nuevamente, la misma progresión que discutimos con la música está sucediendo aquí: donde primero transportamos documentos usando disquetes, CD y USB, ahora usamos más conveniente y orientado al consumidor. almacenamiento en la nube servicios, como Google Drive y Dropbox, que almacenan nuestros documentos en un centro de datos externo para que podamos acceder de forma segura en línea. Servicios como estos nos permiten acceder y compartir nuestros documentos en cualquier lugar, en cualquier momento, en cualquier dispositivo o sistema operativo.

Para ser justos, el uso de servicios de transmisión, redes sociales y servicios en la nube no significa necesariamente que moveremos todo a la nube (algunas cosas preferimos mantenerlas demasiado privadas y seguras), pero estos servicios han recortado y seguirán recortando. la cantidad total de espacio físico de almacenamiento de datos que necesitamos año tras año.

Por qué importa exponencialmente más almacenamiento

Si bien el individuo promedio puede ver menos necesidad de más almacenamiento digital, hay grandes fuerzas en juego que están impulsando la Ley de Kryder.

En primer lugar, debido a la lista casi anual de infracciones de seguridad en una variedad de empresas de servicios financieros y de tecnología, cada una de las cuales pone en peligro la información digital de millones de personas, las preocupaciones sobre la privacidad de los datos están aumentando entre el público. Dependiendo de las necesidades individuales, esto puede impulsar la demanda pública de opciones de almacenamiento de datos más grandes y económicas para uso personal para evitar depender de la nube. Las personas del futuro pueden incluso configurar servidores de almacenamiento de datos privados dentro de sus hogares para conectarse externamente en lugar de depender de los servidores propiedad de las grandes empresas tecnológicas.

Otra consideración es que las limitaciones de almacenamiento de datos actualmente bloquean el progreso en varios sectores, desde la biotecnología hasta la inteligencia artificial. Los sectores que dependen de la acumulación y el procesamiento de big data necesitan almacenar cantidades cada vez mayores de datos para innovar en nuevos productos y servicios.

Luego, a fines de la década de 2020, el Internet de las cosas (IoT), los vehículos autónomos, los robots, la realidad aumentada y otras "tecnologías de punta" de próxima generación estimularán la inversión en tecnología de almacenamiento. Esto se debe a que para que estas tecnologías funcionen, deberán tener el poder de cómputo y la capacidad de almacenamiento para comprender su entorno y reaccionar en tiempo real sin una dependencia constante de la nube. Exploramos más este concepto en capitulo cinco de esta serie

Finalmente, la Internet de las Cosas (explicado completamente en nuestro futuro de internet serie) resultará en miles de millones a billones de sensores que rastrean el movimiento o el estado de miles de millones a billones de cosas. Las inmensas cantidades de datos que producirán estos innumerables sensores exigirán una capacidad de almacenamiento efectiva antes de que las supercomputadoras que cubriremos cerca del final de esta serie puedan procesarlos de manera efectiva.

En general, mientras que la persona promedio reducirá cada vez más su necesidad de hardware de almacenamiento digital de propiedad personal, todos en el planeta seguirán beneficiándose indirectamente de la capacidad de almacenamiento infinita que ofrecerán las futuras tecnologías de almacenamiento digital. Por supuesto, como se insinuó anteriormente, el futuro del almacenamiento se encuentra en la nube, pero antes de que podamos profundizar en ese tema, primero debemos comprender las revoluciones complementarias que ocurren en el lado del procesamiento (microchip) del negocio de las computadoras: el tema del próximo capítulo.