Quantumrun

CRÉDITO DA IMAXE: Quantumrun

A revolución do almacenamento dixital: o futuro dos ordenadores P3

David Tal, Editor, Futurista
@DavidTalWrites
LinkedIn

Mar, 09/15/2020 - 15:43

A maioría de vostedes que lean isto probablemente recorden o humilde disquete e ten 1.44 MB de espazo en disco. Algúns de vós probablemente estabas celoso dese amigo cando sacou a primeira memoria USB, cos seus monstruosos 8 MB de espazo, durante un proxecto escolar. Hoxe en día, a maxia desapareceu e quedamos cansos. Un terabyte de memoria vén de serie na maioría dos escritorios de 2018, e Kingston incluso vende agora unidades USB dun terabyte.

A nosa obsesión polo almacenamento crece ano tras ano a medida que consumimos e creamos cada vez máis contido dixital, xa sexa un informe escolar, unha foto de viaxe, un mixtape da túa banda ou un vídeo de GoPro onde esquias Whistler. Outras tendencias como o emerxente Internet das Cousas só acelerarán a montaña de datos que produce o mundo, engadindo máis combustible para foguetes á demanda de almacenamento dixital.

É por iso que para discutir o almacenamento de datos correctamente, recentemente decidimos editar este capítulo dividíndoo en dous. Esta metade cubrirá as innovacións tecnolóxicas no almacenamento de datos e o seu impacto nos consumidores dixitais medios. Mentres tanto, o próximo capítulo tratará sobre a próxima revolución na nube.

Innovacións de almacenamento de datos en proceso

(TL;DR - A seguinte sección describe a nova tecnoloxía que permitirá almacenar cantidades cada vez maiores de datos en unidades de almacenamento cada vez máis pequenas e eficientes. Se non che importa a tecnoloxía, pero queres ler sobre as máis amplas). tendencias e impactos sobre o almacenamento de datos, recomendamos pasar ao seguinte subtítulo).

Moitos de vós xa escoitaron falar da Lei de Moore (a observación de que o número de transistores nun circuíto integrado denso se duplica aproximadamente cada dous anos), pero no lado do almacenamento do negocio informático, temos a Lei de Kryder, basicamente, a nosa capacidade de espremer. Cada vez máis partes dos discos duros reducidos tamén se duplican aproximadamente cada 18 meses. Isto significa que a persoa que gastou 1,500 dólares en 5 MB hai 35 anos agora pode gastar 600 dólares nunha unidade de 6 TB.

Este é un progreso alucinante e non parará pronto.

A seguinte lista é unha breve visión das innovacións a curto e longo prazo que os fabricantes de almacenamento dixital usarán para satisfacer a nosa sociedade ávida de almacenamento.

Mellores unidades de disco duro. Ata principios da década de 2020, os fabricantes seguirán construíndo unidades de disco duro (HDD) tradicionais, acumulando máis capacidade de memoria ata que xa non poidamos construír discos duros máis densos. As técnicas inventadas para liderar esta última década de tecnoloxía HDD inclúen Gravación magnética con tellas (SMR), seguido de Gravación magnética bidimensional (TDMR), e potencialmente Gravación magnética asistida por calor (HAMR).

Discos duros de estado sólido. Substituíndo a unidade de disco duro tradicional indicada anteriormente é o disco duro de estado sólido (SATA SSD). A diferenza dos HDD, os SSD non teñen ningún disco xiratorio; de feito, non teñen ningunha peza móbil. Isto permite que os SSD funcionen moito máis rápido, en tamaños máis pequenos e con máis durabilidade que o seu predecesor. Os SSD xa son un estándar nos portátiles actuais e gradualmente vanse convertendo en hardware estándar na maioría dos novos modelos de escritorio. E aínda que orixinalmente era moito máis caro que os discos duros, o seu o prezo está caendo máis rápido que os discos duros, o que significa que as súas vendas poderían superar os discos duros a mediados da década de 2020.

Os SSD de próxima xeración tamén se están introducindo gradualmente, e os fabricantes pasan de SSD SATA a SSD PCIe que teñen polo menos seis veces o ancho de banda das unidades SATA e crecen.

A memoria flash pasa a ser 3D. Pero se o obxectivo é a velocidade, nada mellor que gardar todo na memoria.

Os discos duros e SSD pódense comparar coa túa memoria a longo prazo, mentres que o flash é máis parecido á túa memoria a curto prazo. E do mesmo xeito que o teu cerebro, un ordenador necesita tradicionalmente ambos tipos de almacenamento para funcionar. Comúnmente coñecida como memoria de acceso aleatorio (RAM), os ordenadores persoais tradicionais adoitan vir con dúas memorias RAM de 4 a 8 GB cada unha. Mentres tanto, os máis grandes como Samsung venden agora tarxetas de memoria 2.5D con capacidade de 128 GB cada unha, incrible para os xogadores hardcore, pero máis práctico para as supercomputadoras de próxima xeración.

O desafío con estas tarxetas de memoria é que se atopan coas mesmas limitacións físicas ás que se enfrontan os discos duros. Peor aínda, os transistores máis pequenos convértense na memoria RAM, peor funcionan co paso do tempo; os transistores son máis difíciles de borrar e escribir con precisión, chegando finalmente a golpear un muro de rendemento que obriga a substituílos por memorias RAM novas. Ante isto, as empresas están comezando a construír a próxima xeración de tarxetas de memoria:

3D NAND. Empresas como Intel, Samsung, Micron, Hynix e Taiwan Semiconductor están presionando para a adopción a gran escala de 3D NAND, que apila transistores en tres dimensións dentro dun chip.
Memoria resistiva de acceso aleatorio (RAM). Esta tecnoloxía usa resistencia en lugar dunha carga eléctrica para almacenar bits (0 e 1) de memoria.
chips 3D. Isto será discutido con máis detalle no próximo capítulo da serie, pero en breve, chips 3D pretende combinar a informática e o almacenamento de datos en capas apiladas verticalmente, mellorando así a velocidade de procesamento e reducindo o consumo de enerxía.
Memoria de cambio de fase (PCM). O tecnoloxía detrás dos PCM basicamente quenta e arrefría o vidro de calcoxenuro, pasándoo entre estados cristalizados a estados non cristalizados, cada un coas súas resistencias eléctricas únicas que representan os binarios 0 e 1. Unha vez perfeccionada, esta tecnoloxía durará moito máis que as variantes actuais de RAM e é non volátil, é dicir. pode almacenar datos mesmo cando a alimentación está apagada (a diferenza da RAM tradicional).
Memoria de acceso aleatorio de par de transferencia de giro (STT-RAM). Un poderoso Frankenstein que combina a capacidade de DRAM coa velocidade de SRAM, xunto cunha mellora da non volatilidade e unha resistencia case ilimitada.
3D XPoint. Con esta tecnoloxía, en lugar de depender de transistores para almacenar información, Xpoint 3D utiliza unha malla microscópica de fíos, coordinados por un "selector" que se apilan uns encima dos outros. Unha vez perfeccionado, isto podería revolucionar a industria xa que 3D Xpoint non é volátil, funcionará miles de veces máis rápido que o flash NAND e 10 veces máis denso que a DRAM.

Noutras palabras, recordas cando dixemos "os discos duros e SSD pódense comparar coa túa memoria a longo prazo, mentres que o flash é máis parecido á túa memoria a curto prazo"? Ben, 3D Xpoint manexará ambos e facelo mellor que calquera que outro por separado.

Independentemente de que opción gañe, todas estas novas formas de memoria flash ofrecerán máis capacidade de memoria, velocidade, resistencia e eficiencia energética.

Innovacións de almacenamento a longo prazo. Mentres tanto, para aqueles casos de uso nos que a velocidade importa menos que a preservación de grandes cantidades de datos, actualmente están en proceso tecnoloxías novas e teóricas:

Unidades de cinta. Inventado hai máis de 60 anos, orixinalmente utilizamos unidades de cinta para arquivar documentos fiscais e sanitarios. Hoxe, esta tecnoloxía estase perfeccionando preto do seu pico teórico IBM establece un récord arquivando 330 terabytes de datos sen comprimir (~330 millóns de libros) nun cartucho de cinta do tamaño da túa man.
Almacenamento de ADN. Investigadores da Universidade de Washington e Microsoft Research desenvolveu un sistema para codificar, almacenar e recuperar datos dixitais utilizando moléculas de ADN. Unha vez perfeccionado, este sistema pode algún día arquivar información millóns de veces de forma máis compacta que as tecnoloxías actuais de almacenamento de datos.
Memoria atómica reescribible en kilobytes. Ao manipular átomos de cloro individuais nunha folla plana de cobre, escribiron os científicos unha mensaxe de 1 kilobyte a 500 terabits por polgada cadrada, aproximadamente 100 veces máis información por polgada cadrada que o disco duro máis eficiente do mercado.
Almacenamento de datos 5D. Este sistema de almacenamento especializado, liderado pola Universidade de Southampton, presenta unha capacidade de datos de 360 TB/disco, estabilidade térmica de ata 1,000 °C e unha vida útil case ilimitada a temperatura ambiente (13.8 millóns de anos a 190 °C). Noutras palabras, o almacenamento de datos 5D sería ideal para usos de arquivo en museos e bibliotecas.

Infraestrutura de almacenamento definida por software (SDS). Non é só o hardware de almacenamento o que está a ver innovación, senón que o software que o executa tamén está a experimentar un desenvolvemento emocionante. SDS úsase principalmente en redes informáticas de grandes empresas ou servizos de almacenamento na nube onde os datos se almacenan de forma centralizada e se accede a través de dispositivos individuais conectados. Basicamente toma a cantidade total de capacidade de almacenamento de datos nunha rede e sepáraa entre os distintos servizos e dispositivos que se executan na rede. Os mellores sistemas SDS estanse codificando todo o tempo para utilizar de forma máis eficiente o hardware de almacenamento existente (en lugar do novo).

Sequera necesitaremos almacenamento no futuro?

Está ben, entón a tecnoloxía de almacenamento mellorará moito durante as próximas décadas. Pero o que temos que considerar é, que diferenza fai iso de todos os xeitos?

A persoa media nunca usará o terabyte de espazo de almacenamento dispoñible nos últimos modelos de ordenadores de escritorio. E dentro de dous ou catro anos, o teu próximo teléfono intelixente terá espazo de almacenamento suficiente para acumular un ano de imaxes e vídeos sen ter que limpar o teu dispositivo. Por suposto, hai unha minoría de persoas que lles gusta acumular cantidades masivas de datos nos seus ordenadores, pero para o resto de nós, hai unha serie de tendencias que reducen a nosa necesidade de espazo de almacenamento en disco privado excesivo.

Servizos de transmisión. Érase unha vez, as nosas coleccións de música consistían en recoller discos, logo casetes e despois CDs. Nos anos 90, as cancións foron dixitalizadas en MP3 para ser atesouradas por miles (primeiro a través de torrents, despois cada vez máis a través de tendas dixitais como iTunes). Agora, en lugar de ter que almacenar e organizar unha colección de música no teu ordenador ou teléfono doméstico, podemos transmitir un número infinito de cancións e escoitalas en calquera lugar a través de servizos como Spotify e Apple Music.

Esta progresión reduciu primeiro o espazo físico que ocupaba a música na casa, despois o espazo dixital no teu ordenador. Agora pódese substituír todo por un servizo externo que che ofreza acceso barato e cómodo, en calquera lugar e en calquera momento, a toda a música que desexes. Por suposto, a maioría de vostedes que lean isto probablemente aínda teñan algúns CD por aí, a maioría aínda terá unha sólida colección de MP3 no seu ordenador, pero a próxima xeración de usuarios de ordenadores non perderá o seu tempo enchendo os seus ordenadores coa música que poidan. acceder libremente en liña.

Obviamente, copia todo o que acabo de dicir sobre a música e aplícao ao cine e á televisión (¡ola, Netflix!) e o aforro de almacenamento persoal segue crecendo.

medios de comunicación social. Con música, películas e programas de televisión que obstruyen cada vez menos os nosos ordenadores persoais, a seguinte maior forma de contido dixital son as imaxes e os vídeos persoais. De novo, adoitabamos producir imaxes e vídeos fisicamente, finalmente para recoller o po nos nosos faiados. Despois, as nosas imaxes e vídeos pasaron a ser dixitais, só para recoller de novo o po no confinamento dos nosos ordenadores. E ese é o problema: raramente miramos a maioría das imaxes e vídeos que facemos.

Pero despois de que sucederon as redes sociais, sitios como Flickr e Facebook déronnos a posibilidade de compartir un número infinito de imaxes cunha rede de persoas que nos importan, á vez que almacenamos esas imaxes (de balde) nun sistema de cartafoles ou liña de tempo autoorganizada. Aínda que este elemento social, unido ás cámaras de teléfonos en miniatura e de gama alta, aumentou moito o número de imaxes e vídeos producidos pola persoa media, tamén reduciu o noso hábito de almacenar fotos nos nosos ordenadores privados, animándonos a almacenalas en liña, de forma privada. ou publicamente.

Servizos de colaboración e nube. Tendo en conta os dous últimos puntos, só queda o humilde documento de texto (e algúns outros tipos de datos de nicho). Estes documentos, en comparación cos multimedia que acabamos de comentar, adoitan ser tan pequenos que gardalos no teu ordenador nunca será un problema.

Non obstante, no noso mundo cada vez máis móbil, hai unha demanda crecente de acceder a documentos en calquera lugar. E aquí de novo, a mesma progresión que comentamos coa música está a suceder aquí: onde primeiro transportamos documentos usando disquetes, CDs e USB, agora usamos máis cómodo e orientado ao consumidor. almacenamento en nube servizos, como Google Drive e Dropbox, que almacenan os nosos documentos nun centro de datos externo para que poidamos acceder de forma segura en liña. Servizos como estes permítennos acceder e compartir os nosos documentos en calquera lugar, en calquera momento e en calquera dispositivo ou sistema operativo.

Para ser xustos, usar servizos de transmisión en tempo real, redes sociais e servizos na nube non significa necesariamente que trasladaremos todo á nube (algunhas cousas que preferimos manter demasiado privadas e seguras), pero estes servizos recortaron e seguirán recortando. a cantidade total de espazo físico de almacenamento de datos que necesitamos posuír ano tras ano.

Por que exponencialmente importa máis almacenamento

Aínda que o individuo medio pode ver menos necesidade de máis almacenamento dixital, hai grandes forzas en xogo que están facendo avanzar a Lei de Kryder.

En primeiro lugar, debido á lista case anual de violacións de seguridade nunha serie de empresas de servizos financeiros e tecnolóxicos, cada unha delas poñendo en perigo a información dixital de millóns de persoas, as preocupacións pola privacidade dos datos están crecendo con razón entre o público. Dependendo das necesidades individuais, isto pode impulsar a demanda pública de opcións de almacenamento de datos máis grandes e máis baratas para uso persoal para evitar depender da nube. Os futuros individuos poden incluso configurar servidores de almacenamento de datos privados dentro das súas casas para conectarse externamente en lugar de depender dos servidores propiedade das grandes empresas tecnolóxicas.

Outra consideración é que as limitacións de almacenamento de datos están a bloquear actualmente o progreso en varios sectores, desde a biotecnoloxía ata a intelixencia artificial. Os sectores que dependen da acumulación e procesamento de big data necesitan almacenar cantidades cada vez maiores de datos para innovar novos produtos e servizos.

A continuación, a finais da década de 2020, a Internet das Cousas (IoT), os vehículos autónomos, os robots, a realidade aumentada e outras "tecnoloxías de punta" de nova xeración estimularán o investimento en tecnoloxía de almacenamento. Isto débese a que para que estas tecnoloxías funcionen, terán que ter a potencia informática e a capacidade de almacenamento para comprender o seu entorno e reaccionar en tempo real sen unha dependencia constante da nube. Exploramos este concepto máis en detalle capítulo cinco desta serie.

Finalmente, o Internet das Cousas (explicado completamente no noso Futuro de Internet serie) dará lugar a miles de millóns a billóns de sensores que rastrexan o movemento ou o estado de miles de millóns a billóns de cousas. As inmensas cantidades de datos que estes innumerables sensores producirán esixirán capacidade de almacenamento efectiva antes de que poidan ser procesados de forma efectiva polos supercomputadores que cubriremos preto do final desta serie.

En xeral, mentres a persoa media reducirá cada vez máis a súa necesidade de hardware de almacenamento dixital de propiedade persoal, todos no planeta aínda se beneficiarán indirectamente da capacidade de almacenamento infinita que ofrecerán as futuras tecnoloxías de almacenamento dixital. Por suposto, como se insinuou anteriormente, o futuro do almacenamento está na nube, pero antes de que poidamos mergullarnos profundamente nese tema, primeiro necesitamos comprender as revolucións complementarias que ocorren no lado do procesamento (microchip) do negocio informático: o tema do seguinte capítulo.