Quantumrun

אשראי תמונה: Quantumrun

מהפכת האחסון הדיגיטלי: עתיד המחשבים P3

דוד טל, מו"ל, עתידן
@ DavidTalWrites
לינקדין

יום שלישי, 09/15/2020 - 15:43

רובכם שקוראים את זה בוודאי זוכרים את התקליטון הצנוע והוא מוצק של 1.44 מגה-בייט של שטח דיסק. חלקכם כנראה קינאו בחבר ההוא כשהוציא את כונן ה-USB הראשון, עם 8MB של שטח מפלצתי שלו, במהלך פרויקט בית ספר. בימינו, הקסם נעלם, והיינו עייפים. טרה-בייט אחד של זיכרון מגיע כסטנדרט ברוב המחשבים השולחניים של 2018 - וקינגסטון אפילו מוכרת כונני USB של טרה-בייט אחד כעת.

האובססיה שלנו לאחסון גדלה משנה לשנה ככל שאנו צורכים ויוצרים יותר ויותר תוכן דיגיטלי, בין אם זה דו"ח בית ספר, תמונת מסע, מיקסטייפ של הלהקה שלך או סרטון GoPro שלך גולש במורד ויסלר. מגמות אחרות כמו האינטרנט של הדברים המתפתח רק יאיץ את הר הנתונים שהעולם מייצר, ויוסיפו עוד דלק רקטות לביקוש לאחסון דיגיטלי

זו הסיבה שכדי לדון כראוי באחסון נתונים, החלטנו לאחרונה לערוך את הפרק הזה על ידי פיצולו לשניים. מחצית זו תכסה את החידושים הטכנולוגיים באחסון נתונים והשפעתו על צרכנים דיגיטליים ממוצעים. בינתיים, הפרק הבא יסקור את המהפכה הקרובה בענן.

חידושי אחסון נתונים בצנרת

(TL;DR - הסעיף הבא מתאר את הטכנולוגיה החדשה שתאפשר לאחסן כמויות גדולות יותר של נתונים על גבי כונני אחסון קטנים ויעילים יותר. אם לא אכפת לך מהטכנולוגיה, אבל במקום זאת רוצה לקרוא על הטכנולוגיה הרחב מגמות והשפעות סביב אחסון נתונים, אז אנו ממליצים לדלג לכותרת המשנה הבאה.)

רבים מכם כבר שמעו על חוק מור (ההתבוננות שמספר הטרנזיסטורים במעגל משולב צפוף מוכפל בערך כל שנתיים), אבל בצד האחסון של עסקי המחשבים, יש לנו את חוק קרידר - בעצם, היכולת שלנו לסחוט יותר ויותר חלקים בכוננים קשיחים מתכווצים מוכפלים גם הם בערך כל 18 חודשים. זה אומר שהאדם שהוציא 1,500 דולר עבור 5MB לפני 35 שנים יכול כעת להוציא 600 דולר עבור כונן של 6TB.

זו התקדמות שומטת לסתות, והיא לא מפסיקה בקרוב.

הרשימה הבאה היא הצצה קצרה לחידושים הקרובים והארוכים שישתמשו יצרני האחסון הדיגיטלי כדי לספק את החברה הרעבה לאחסון שלנו.

כונני דיסק קשיח טובים יותר. עד תחילת שנות ה-2020, היצרנים ימשיכו לבנות כונני דיסק קשיח מסורתיים (HDD), לארוז יותר קיבולת זיכרון עד שלא נוכל לבנות עוד דיסקים קשיחים צפופים יותר. הטכניקות שהומצאו כדי להוביל את העשור האחרון של טכנולוגיית HDD כוללות הקלטה מגנטית רעפים (SMR), ואחריו הקלטה מגנטית דו מימדית (TDMR), ובפוטנציה הקלטה מגנטית בעזרת חום (המר).

כוננים קשיחים במצב מוצק. החלפת כונן הדיסק הקשיח המסורתי שצוין לעיל הוא הכונן הקשיח במצב מוצק (SATA SSD). שלא כמו דיסקים קשיחים, ל-SSD אין דיסקים מסתובבים - למעשה, אין להם חלקים נעים כלל. זה מאפשר לכונני SSD לפעול הרבה יותר מהר, בגדלים קטנים יותר ועם עמידות רבה יותר מקודמו. כונני SSD הם כבר סטנדרט במחשבים הניידים של היום והופכים בהדרגה לחומרה סטנדרטית ברוב דגמי השולחן העבודה החדשים. ולמרות שבמקור הרבה יותר יקר מכוננים קשיחים, שלהם המחיר יורד מהר יותר מאשר דיסקים קשיחים, כלומר המכירות שלהם עלולות לעקוף את הדיסקים הקשיחים על הסף עד אמצע שנות ה-2020.

גם כונני SSD מהדור הבא מוצגים בהדרגה, כאשר יצרנים עוברים מכונני SATA SATA ל- PCIe SSDs שיש להם לפחות פי שישה רוחב הפס של כונני SATA וגדלים.

זיכרון פלאש עובר תלת מימד. אבל אם מהירות היא המטרה, שום דבר לא מנצח את אחסון הכל בזיכרון.

ניתן להשוות כונני HDD ו-SSD לזיכרון לטווח ארוך שלך, בעוד שהפלאש דומה יותר לזיכרון לטווח הקצר שלך. ובדיוק כמו המוח שלך, מחשב באופן מסורתי זקוק לשני סוגי האחסון כדי לתפקד. המכונה בדרך כלל זיכרון גישה אקראית (RAM), מחשבים אישיים מסורתיים נוטים להגיע עם שני מקלות RAM בנפח של 4 עד 8GB כל אחד. בינתיים, הלהיטים הכבדים ביותר כמו סמסונג מוכרים כעת כרטיסי זיכרון 2.5D שמכילים 128GB כל אחד - מדהים עבור גיימרים הארדקור, אך פרקטיים יותר עבור מחשבי-על מהדור הבא.

האתגר עם כרטיסי הזיכרון האלה הוא שהם נתקלים באותם אילוצים פיזיים שעמם מתמודדים דיסקים קשיחים. גרוע מכך, ככל שהטרנזיסטורים הקטנים יותר הופכים בתוך זיכרון RAM, כך הם מתפקדים גרועים יותר עם הזמן - הטרנזיסטורים מתקשים יותר למחוק ולכתוב בצורה מדויקת, ובסופו של דבר פוגעים בקיר ביצועים שמאלץ את החלפתם במקלות RAM טריים. לאור זאת, חברות מתחילות לבנות את הדור הבא של כרטיסי זיכרון:

תלת מימד NAND. חברות כמו אינטל, סמסונג, מיקרון, Hynix ו- Taiwan Semiconductor דוחפות לאימוץ רחב של תלת מימד NAND, שעורם טרנזיסטורים לתלת מימד בתוך שבב.
זיכרון גישה אקראית התנגדות (RAM). טכנולוגיה זו משתמשת בהתנגדות במקום במטען חשמלי כדי לאחסן ביטים (0 ו-1) של זיכרון.
שבבים תלת מימדיים. זה יידון ביתר פירוט בפרק הבא של הסדרה, אבל בקצרה, שבבים תלת מימדיים שואפים לשלב מחשוב ואחסון נתונים בשכבות מוערמות אנכית, ובכך לשפר את מהירויות העיבוד ולהפחית את צריכת האנרגיה.
זיכרון שלב שינוי (PCM). ה טכנולוגיה מאחורי PCMs בעצם מחמם ומקרר את זכוכית הכלקוגניד, ומעביר אותה בין מצבים מגובשים למצבים שאינם מגובשים, כל אחד עם ההתנגדויות החשמליות הייחודיות שלו המייצגות את ה-0 ו-1 הבינארי. לאחר השלמת הטכנולוגיה הזו, הטכנולוגיה הזו תחזיק מעמד הרבה יותר זמן מאשר גרסאות ה-RAM הנוכחיות והיא לא נדיפה, כלומר זה יכול להחזיק נתונים גם כשהחשמל כבוי (בניגוד לזיכרון RAM מסורתי).
זיכרון מומנט העברת ספין בגישה אקראית (STT-RAM). פרנקנשטיין עוצמתי המשלב את היכולת של לגימה עם המהירות של SRAM, יחד עם שיפור בחוסר תנודתיות וסיבולת כמעט בלתי מוגבלת.
3D XPoint. עם הטכנולוגיה הזו, במקום להסתמך על טרנזיסטורים לאחסון מידע, 3D Xpoint משתמש ברשת מיקרוסקופית של חוטים, המתואמים על ידי "בורר" הנערמים זה על גבי זה. לאחר השכלול, זה עשוי לחולל מהפכה בתעשייה מכיוון ש-3D Xpoint אינו נדיף, יפעל מהר יותר אלפי פעמים מהבזק NAND ופי 10 צפוף יותר מ-DRAM.

במילים אחרות, זוכרים כשאמרנו "ניתן להשוות כונני HDD ו-SSD לזיכרון לטווח ארוך שלך, בעוד שהפלאש דומה יותר לזיכרון לטווח הקצר שלך"? ובכן, 3D Xpoint יטפל בשניהם ויעשה זאת טוב יותר מכל אחד מהם בנפרד.

לא משנה איזו אפשרות מנצחת, כל הצורות החדשות הללו של זיכרון פלאש יציעו יותר קיבולת זיכרון, מהירות, סיבולת ויעילות כוח.

חידושי אחסון לטווח ארוך. בינתיים, עבור אותם מקרי שימוש שבהם המהירות חשובה פחות משימור כמויות גדולות של נתונים, טכנולוגיות חדשות ותיאורטיות פועלות כעת:

כונני קלטות. הומצא לפני יותר מ-60 שנה, השתמשנו במקור בכונני קלטות לארכיון מסמכי מס ושירותי בריאות. כיום, הטכנולוגיה הזו משתכללת קרוב לשיא התיאורטי שלה IBM קובעת שיא על ידי ארכיון של 330 טרה-בייט של נתונים לא דחוסים (~330 מיליון ספרים) לתוך מחסנית סרט בגודל כף היד שלך.
אחסון DNA. חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון ו-Microsoft Research פיתחו מערכת לקודד, לאחסן ולאחזר נתונים דיגיטליים באמצעות מולקולות DNA. לאחר שתשתכלל, המערכת הזו עשויה יום אחד לאחסן מידע בארכיון פי מיליוני בצורה קומפקטית יותר מטכנולוגיות אחסון נתונים קיימות.
זיכרון אטומי ניתן לכתיבה מחדש של קילובייט. על ידי מניפולציה של אטומי כלור בודדים על יריעת נחושת שטוחה, כתבו מדענים הודעה של 1 קילובייט ב-500 טרה-ביט לאינץ' רבוע - בערך פי 100 יותר מידע לאינץ' רבוע מהכונן הקשיח היעיל ביותר בשוק.
אחסון נתונים 5D. מערכת אחסון מיוחדת זו, בראשות אוניברסיטת סאות'המפטון, כוללת קיבולת נתונים של 360 TB/דיסק, יציבות תרמית של עד 1,000 מעלות צלזיוס ואורך חיים כמעט בלתי מוגבל בטמפרטורת החדר (13.8 מיליארד שנים ב-190 מעלות צלזיוס). במילים אחרות, אחסון נתונים 5D יהיה אידיאלי לשימושי ארכיון במוזיאונים ובספריות.

תשתית אחסון מוגדרת תוכנה (SDS). לא רק חומרת אחסון זוכה לחדשנות, אלא גם התוכנה שמפעילה אותה עוברת פיתוח מרגש. SDS משמש בעיקר ברשתות מחשבים של חברות גדולות או בשירותי אחסון בענן שבהם הנתונים מאוחסנים באופן מרכזי והגישה אליהם מתבצעת באמצעות מכשירים בודדים ומחוברים. זה בעצם לוקח את הכמות הכוללת של קיבולת אחסון הנתונים ברשת ומפריד אותה בין השירותים וההתקנים השונים הפועלים ברשת. מערכות SDS טובות יותר מקודדות כל הזמן כדי להשתמש ביעילות רבה יותר בחומרת אחסון קיימת (במקום חדשה).

האם בכלל נצטרך אחסון בעתיד?

אוקיי, אז טכנולוגיית האחסון הולכת להשתפר מאוד במהלך העשורים הקרובים. אבל הדבר שעלינו לשקול הוא, מה זה משנה בכל זאת?

אדם ממוצע לעולם לא ינצל את הטרה-בייט של שטח האחסון הזמין כעת בדגמי המחשבים השולחניים העדכניים ביותר. ובעוד שנתיים עד ארבע שנים, לסמארטפון הבא שלך יהיה מספיק שטח אחסון כדי לצבור תמונות וסרטונים בשווי שנה מבלי שתצטרך לנקות את המכשיר שלך באביב. בטח, יש מיעוט של אנשים שם בחוץ שאוהבים לצבור כמויות אדירות של נתונים במחשבים שלהם, אבל עבור כולנו, יש מספר מגמות שמצמצמות את הצורך שלנו בשטח אחסון בדיסק מוגזם בבעלות פרטית.

שירותי סטרימינג. פעם, אוספי המוזיקה שלנו כללו איסוף תקליטים, אחר כך קלטות, ואז דיסקים. בשנות ה-90, השירים הפכו דיגיטליים לקובצי MP3 כדי לאגור באלפים (תחילה באמצעות טורנטים, אחר כך יותר ויותר דרך חנויות דיגיטליות כמו iTunes). כעת, במקום לאחסן ולארגן אוסף מוזיקה במחשב או בטלפון הביתי, נוכל להזרים אינסוף שירים ולהאזין להם בכל מקום דרך שירותים כמו Spotify ו-Apple Music.

התקדמות זו הפחיתה תחילה את המרחב הפיזי שתפסה המוזיקה בבית, ולאחר מכן את המרחב הדיגיטלי במחשב שלך. כעת ניתן להחליף את הכל בשירות חיצוני המספק לכם גישה זולה ונוחה, בכל מקום/כל זמן, לכל המוזיקה שתרצו. כמובן שלרובכם שקוראים את זה כנראה יש עדיין כמה תקליטורים מונחים, לרובם עדיין יהיה אוסף מוצק של קבצי MP3 במחשב שלהם, אבל הדור הבא של משתמשי מחשבים לא יבזבז את זמנם על מילוי המחשבים שלהם במוזיקה שהם יכולים. גישה חופשית באינטרנט.

ברור, העתיקו את כל מה שאמרתי זה עתה על מוזיקה ויישמו אותו על קולנוע וטלוויזיה (שלום, נטפליקס!) והחיסכון האישי באחסון ממשיך לגדול.

מדיה חברתית. עם מוזיקה, סרטים ותוכניות טלוויזיה שסותמים פחות ופחות מהמחשבים האישיים שלנו, הצורה הבאה בגודלה של תוכן דיגיטלי היא תמונות וסרטונים אישיים. שוב, נהגנו להפיק תמונות וסרטונים פיזית, בסופו של דבר כדי לאסוף אבק בעליות הגג שלנו. ואז התמונות והסרטונים שלנו הפכו לדיגיטליים, רק כדי שוב לאסוף אבק בתחתית המחשבים שלנו. וזה הנושא: לעתים רחוקות אנו מסתכלים ברוב התמונות והסרטונים שאנו מצלמים.

אבל אחרי שהמדיה החברתית התרחשה, אתרים כמו פליקר ופייסבוק נתנו לנו את היכולת לשתף מספר אינסופי של תמונות עם רשת של אנשים שאכפת לנו מהם, ובמקביל גם לשמור את התמונות הללו (בחינם) במערכת תיקיות או ציר זמן המתארגנת את עצמה. אמנם האלמנט החברתי הזה, יחד עם מצלמות טלפון מיניאטוריות ומתקדמיות, הגדילו במידה ניכרת את מספר התמונות והווידאו שהפיק האדם הממוצע, אבל זה גם הפחית את ההרגל שלנו לאחסן תמונות במחשבים הפרטיים שלנו, מה שעודד אותנו לאחסן אותן באינטרנט, באופן פרטי. או בפומבי.

שירותי ענן ושיתוף פעולה. בהתחשב בשתי הנקודות האחרונות, נותר רק מסמך הטקסט הצנוע (ועוד כמה סוגי נתוני נישה). המסמכים הללו, בהשוואה למולטימדיה שדיברנו עליהם זה עתה, הם בדרך כלל כל כך קטנים עד שאחסון אותם במחשב לעולם לא יהווה בעיה.

עם זאת, בעולם הנייד שלנו יותר ויותר, יש ביקוש הולך וגובר לגשת למסמכים תוך כדי תנועה. והנה שוב, אותה התקדמות שדיברנו עליה עם מוזיקה מתרחשת כאן - כאשר תחילה העברנו מסמכים באמצעות תקליטונים, תקליטורים ו-USB, כעת אנו משתמשים יותר נוחים ומוכווני צרכן אחסון ענן שירותים, כמו Google Drive ו-Dropbox, המאחסנים את המסמכים שלנו במרכז נתונים חיצוני לגישה מאובטחת באינטרנט. שירותים כמו אלה מאפשרים לנו לגשת ולשתף את המסמכים שלנו בכל מקום, בכל זמן, בכל מכשיר או מערכת הפעלה.

למען ההגינות, שימוש בשירותי סטרימינג, מדיה חברתית ושירותי ענן לא אומר בהכרח שנעביר הכל לענן - יש דברים שאנחנו מעדיפים לשמור על פרטיות ומאובטחים מדי - אבל השירותים האלה חתכו, וימשיכו לקצץ, הכמות הכוללת של שטח אחסון נתונים פיזי שאנו צריכים להחזיק משנה לשנה.

מדוע חשוב יותר אחסון אקספוננציאלי

בעוד שהאדם הממוצע עשוי לראות פחות צורך ליותר אחסון דיגיטלי, ישנם כוחות גדולים שמניעים את חוק קרידר קדימה.

ראשית, בשל הרשימה הכמעט שנתית של הפרות אבטחה במגוון חברות טכנולוגיה ושירותים פיננסיים - כל אחת מסכנת את המידע הדיגיטלי של מיליוני אנשים - החששות לגבי פרטיות הנתונים גדלים בצדק בקרב הציבור. בהתאם לצרכים האישיים, הדבר עשוי להניע את הביקוש הציבורי לאפשרויות אחסון נתונים גדולות וזולות יותר לשימוש אישי כדי להימנע מהתלות בענן. אנשים עתידיים עשויים אפילו להקים שרתי אחסון נתונים פרטיים בתוך בתיהם כדי להתחבר אליהם חיצונית במקום להיות תלויים בשרתים שבבעלות חברות הטכנולוגיה הגדולות.

שיקול נוסף הוא שמגבלות אחסון נתונים חוסמות כיום התקדמות במספר סקטורים מביוטכנולוגיה ועד בינה מלאכותית. מגזרים התלויים בהצטברות ובעיבוד של ביג דאטה צריכים לאחסן כמויות גדולות יותר של נתונים כדי לחדש מוצרים ושירותים חדשים.

בשלב הבא, עד סוף שנות ה-2020, האינטרנט של הדברים (IoT), כלי רכב אוטונומיים, רובוטים, מציאות רבודה ושאר 'טכנולוגיות קצה' מהדור הבא ידרבן השקעה בטכנולוגיית אחסון. הסיבה לכך היא שכדי שטכנולוגיות אלו יפעלו, הם יצטרכו להיות בעלי כוח מחשוב ויכולת אחסון כדי להבין את הסביבה שלהם ולהגיב בזמן אמת ללא תלות מתמדת בענן. אנו חוקרים את המושג הזה בהמשך פרק חמישי בסדרה זו.

לבסוף, אינטרנט של דברים (מוסבר במלואו אצלנו עתיד האינטרנט סדרה) תגרום למיליארדים עד טריליונים של חיישנים שעוקבים אחר התנועה או המצב של מיליארדי עד טריליונים של דברים. הכמויות העצומות של נתונים אינספור החיישנים האלה ידרשו קיבולת אחסון יעילה לפני שניתן יהיה לעבד אותם ביעילות על ידי מחשבי העל שנכסה לקראת סוף הסדרה הזו.

בסך הכל, בעוד שהאדם הממוצע יצמצם יותר ויותר את הצורך שלו בחומרת אחסון דיגיטלית בבעלות אישית, כולם על פני כדור הארץ עדיין ייהנו בעקיפין מיכולת האחסון האינסופית שטכנולוגיות האחסון הדיגיטלי העתידיות יציעו. כמובן, כפי שנרמז קודם לכן, עתיד האחסון נמצא בענן, אבל לפני שנוכל לצלול עמוק לתוך הנושא הזה, עלינו להבין תחילה את המהפכות המשלימות המתרחשות בצד העיבוד (מיקרו-שבבים) של עסקי המחשבים - נושא הפרק הבא.