Куантумрун

КРЕДИТ ЗА СЛИКУ: Куантумрун

Револуција дигиталног складиштења: Будућност рачунара П3

Давид Тал, издавач, футурист
@ДавидТалВритес
ЛинкедИн

Уто, 09 - 15:2020

Већина вас који ово читате вероватно се сећате скромне дискете и то је солидних 1.44 МБ простора на диску. Неки од вас су вероватно били љубоморни на тог једног пријатеља када је извадио први УСБ флеш диск, са монструозних 8МБ простора, током школског пројекта. Данас је магија нестала, а ми смо се уморили. Један терабајт меморије је стандардан за већину десктоп рачунара из 2018. године — а Кингстон сада чак продаје и један терабајт УСБ дискова.

Наша опсесија складиштењем расте из године у годину како конзумирамо и стварамо све више дигиталног садржаја, било да је у питању школски извештај, фотографија са путовања, миксејп вашег бенда или ГоПро видео на којем скијате низ Вислер. Други трендови попут Интернета ствари у настајању само ће убрзати брдо података које свет производи, додајући додатно ракетно гориво потражњи за дигиталним складиштењем

Због тога смо недавно одлучили да уредимо ово поглавље, да бисмо правилно разговарали о складиштењу података, поделивши га на два дела. Ова половина ће покрити технолошке иновације у складиштењу података и њихов утицај на просечне дигиталне потрошаче. У међувремену, следеће поглавље ће покрити надолазећу револуцију у облаку.

Иновације за складиштење података у припреми

(ТЛ;ДР – Следећи одељак описује нову технологију која ће омогућити да се све веће количине података чувају на све мањим и ефикаснијим дисковима за складиштење. Ако вам није стало до технологије, већ желите да читате о ширем трендове и утицаје око складиштења података, онда препоручујемо да пређете на следећи поднаслов.)

Многи од вас су већ чули за Муров закон (запажање да се број транзистора у густом интегрисаном колу удвостручује отприлике сваке две године), али на страни складиштења рачунара, имамо Крајдеров закон—у суштини, нашу способност да стиснемо све више уложака у смањење хард дискова такође се удвостручује отприлике сваких 18 месеци. То значи да особа која је потрошила 1,500 долара за 5МБ пре 35 година сада може потрошити 600 долара за диск од 6ТБ.

Ово је запањујући напредак и неће престати ускоро.

Следећа листа је кратак увид у краткорочне и дугорочне иновације које ће произвођачи дигиталног складишта користити да задовоље наше друштво које је гладно складиштења.

Бољи хард дискови. До раних 2020-их, произвођачи ће наставити да праве традиционалне хард дискове (ХДД), паковање у више меморијског капацитета све док више не будемо могли да правимо чврсте дискове. Технике измишљене да воде ову последњу деценију ХДД технологије укључују Схинглед Магнетна снимања (СМР), праћено Дводимензионално магнетно снимање (ТДМР), и потенцијално Магнетно снимање уз помоћ топлоте (ХАМР).

Чврсти дискови у чврстом стању. Замена традиционалног хард диска који је горе наведен је солид стате хард диск (САТА ССД). За разлику од ХДД-а, ССД-ови немају дискове који се окрећу — у ствари, уопште немају покретне делове. Ово омогућава ССД-овима да раде много брже, на мањим величинама и са већом издржљивошћу од својих претходника. ССД дискови су већ стандард на данашњим лаптоповима и постепено постају стандардни хардвер на већини нових модела десктоп рачунара. И док је првобитно много скупљи од ХДД-а, њихов цена пада брже од ХДД-а, што значи да би њихова продаја могла потпуно надмашити ХДД-ове до средине 2020-их.

ССД-ови нове генерације се такође постепено уводе, а произвођачи прелазе са САТА ССД-а на ПЦИе ССД-ове који имају најмање шест пута већу пропусност од САТА дискова и расту.

Фласх меморија постаје 3Д. Али ако је брзина циљ, ништа није боље од чувања свега у меморији.

ХДД и ССД дискови се могу упоредити са вашом дуготрајном меморијом, док је флеш више сличан вашој краткорочној меморији. И баш као и вашем мозгу, рачунару су традиционално потребне обе врсте складишта да би функционисао. Обично се назива меморија са случајним приступом (РАМ), традиционални лични рачунари обично долазе са два штапа РАМ-а од 4 до 8 ГБ сваки. У међувремену, најтежи играчи као што је Самсунг сада продају 2.5Д меморијске картице које садрже 128 ГБ свака – невероватно за хардцоре играче, али практичније за суперкомпјутере следеће генерације.

Изазов са овим меморијским картицама је то што се суочавају са истим физичким ограничењима са којима се суочавају хард дискови. Што је још горе, што ситнији транзистори постају унутар РАМ-а, то су лошији током времена - транзисторе је теже брисати и прецизно писати, на крају ударајући у зид перформанси који приморава њихову замену новим РАМ штапићима. У светлу овога, компаније почињу да праве следећу генерацију меморијских картица:

КСНУМКСД НАНД. Компаније као што су Интел, Самсунг, Мицрон, Хиник и Таиван Семицондуцтор залажу се за широко усвајање КСНУМКСД НАНД, који слаже транзисторе у три димензије унутар чипа.
Отпорна меморија са случајним приступом (РРАМ). Ова технологија користи отпор уместо електричног набоја за складиштење битова (0с и 1с) меморије.
3Д чипови. О томе ће се детаљније говорити у следећем поглављу серије, али укратко, 3Д чипови имају за циљ да комбинују рачунарство и складиштење података у вертикално наслаганим слојевима, чиме се побољшавају брзине обраде и смањују потрошња енергије.
Меморија промене фазе (ПЦМ). технологија иза ПЦМ-а у основи загрева и хлади халкогенидно стакло, пребацујући га између кристализованих у некристализована стања, свако са својим јединственим електричним отпором који представља бинарне 0 и 1. Једном усавршена, ова технологија ће трајати много дуже од тренутних РАМ варијанти и неиспарљива је, што значи може да држи податке чак и када је напајање искључено (за разлику од традиционалне РАМ меморије).
Меморија са случајним приступом обртног момента окретања (СТТ-РАМ). Моћан Франкенштајн који комбинује капацитете ДРАМ са брзином од СРАМ, заједно са побољшаном непроменљивошћу и скоро неограниченом издржљивошћу.
КСНУМКСД КСПоинт. Са овом технологијом, уместо да се ослањају на транзисторе за складиштење информација, 3Д Кспоинт користи микроскопску мрежу жица, координисаних "селектором" које су наслагане једна на другу. Једном усавршено, ово би могло да направи револуцију у индустрији јер је 3Д Кспоинт непостојан, радиће хиљадама пута брже од НАНД флеш меморије и 10 пута гушће од ДРАМ-а.

Другим речима, сећате се када смо рекли „ХДД и ССД дискови се могу упоредити са вашом дуготрајном меморијом, док је флеш више сличан вашој краткорочној меморији“? Па, 3Д Кспоинт ће се носити са оба и то боље него било који од њих одвојено.

Без обзира на то која опција победи, сви ови нови облици флеш меморије ће понудити више меморијског капацитета, брзине, издржљивости и енергетске ефикасности.

Иновације за дуготрајно складиштење. У међувремену, за оне случајеве употребе где је брзина мање битна од очувања велике количине података, нове и теоријске технологије су тренутно у раду:

Погони траке. Изумљени пре више од 60 година, првобитно смо користили траке за архивирање пореских и здравствених докумената. Данас се ова технологија усавршава близу свог теоретског врхунца ИБМ поставља рекорд архивирањем 330 терабајта некомпримованих података (~330 милиона књига) у касету траке величине ваше руке.
Складиштење ДНК. Истраживачи са Универзитета у Вашингтону и Мицрософт Ресеарцх развио систем да кодирају, чувају и преузимају дигиталне податке користећи ДНК молекуле. Једном усавршен, овај систем може једног дана архивирати информације милионе пута компактније од тренутних технологија за складиштење података.
Килобајтна преписива атомска меморија. Манипулисањем појединачних атома хлора на равном листу бакра, писали су научници порука од 1 килобајта на 500 терабита по квадратном инчу — отприлике 100 пута више информација по квадратном инчу од најефикаснијег чврстог диска на тржишту.
5Д складиштење података. Овај специјални систем за складиштење, који предводи Универзитет Саутемптон, има капацитет података од 360 ТБ/диск, термичку стабилност до 1,000°Ц и скоро неограничен животни век на собној температури (13.8 милијарди година на 190°Ц). Другим речима, 5Д складиштење података било би идеално за архивску употребу у музејима и библиотекама.

Софтверски дефинисана инфраструктура за складиштење (СДС). Није само хардвер за складиштење тај који доживљава иновације, већ и софтвер који га покреће такође пролази кроз узбудљив развој. СДС се углавном користи у рачунарским мрежама великих компанија или сервисима за складиштење у облаку где се подаци чувају централно и приступа им се преко појединачних, повезаних уређаја. У основи узима укупну количину капацитета за складиштење података у мрежи и одваја је између различитих услуга и уређаја који раде на мрежи. Бољи СДС системи се кодирају све време како би се ефикасније користио постојећи (уместо новог) хардвера за складиштење.

Да ли ће нам уопште требати складиште у будућности?

У реду, технологија складиштења ће се знатно побољшати у наредних неколико деценија. Али оно што морамо да размотримо је каква је то разлика?

Просечна особа никада неће искористити терабајт простора за складиштење који је сада доступан у најновијим моделима десктоп рачунара. А за још две до четири године, ваш следећи паметни телефон ће имати довољно простора за складиштење слика и видео записа за годину дана без потребе за пролећним чишћењем уређаја. Наравно, постоји мањина људи који воле да гомилају огромне количине података на својим рачунарима, али за нас остале, постоје бројни трендови који смањују нашу потребу за прекомерним простором на диску у приватном власништву.

Стреаминг услуге. Некада давно наше музичке колекције су се бавиле прикупљањем плоча, па касета, па ЦД-ова. Деведесетих су песме постале дигитализоване у МП90 формате да би их гомилале хиљаде (прво путем торрента, а затим све више и више кроз дигиталне продавнице попут иТунес-а). Сада, уместо да складиштимо и организујемо музичку колекцију на вашем кућном рачунару или телефону, можемо да стримујемо бесконачан број песама и да их слушамо било где преко услуга као што су Спотифи и Аппле Мусиц.

Овај напредак је прво смањио физички простор који музика заузима код куће, а затим дигитални простор на рачунару. Сада све то може бити замењено екстерном услугом која вам пружа јефтин и практичан, било где/било када приступ свој музици коју желите. Наравно, већина вас који ово читате вероватно још увек има неколико ЦД-ова унаоколо, већина ће и даље имати солидну колекцију МП3-ова на свом рачунару, али следећа генерација корисника рачунара неће губити време испуњавајући своје рачунаре музиком коју могу приступ слободан на мрежи.

Очигледно, копирајте све што сам управо рекао о музици и примените то на филм и телевизију (здраво, Нетфлик!) и уштеде личне меморије настављају да расту.

друштвени медији. Уз музику, филмове и ТВ емисије које зачепљују све мање наше личне рачунаре, следећи највећи облик дигиталног садржаја су личне слике и видео снимци. Опет, некада смо физички производили слике и видео записе, на крају да бисмо скупљали прашину на нашим таванима. Тада су наше слике и видео снимци постали дигитални, да би поново скупили прашину у доњем делу наших рачунара. И то је проблем: ретко гледамо већину слика и видео записа које снимамо.

Али након што су се десили друштвени медији, сајтови попут Флицкр-а и Фацебоок-а дали су нам могућност да делимо бесконачан број слика са мрежом људи до којих нам је стало, док такође чувамо те слике (бесплатно) у самоорганизованом систему фасцикли или временској линији. Иако је овај друштвени елемент, заједно са минијатурним, врхунским телефонским камерама, увелико повећао број слика и видео записа које производи просечна особа, такође је смањио нашу навику да чувамо фотографије на нашим приватним рачунарима, подстичући нас да их чувамо онлајн, приватно. или јавно.

Цлоуд и услуге сарадње. С обзиром на последње две тачке, остаје само скромни текстуални документ (и неколико других нишних типова података). Ови документи, у поређењу са мултимедијом о којој смо управо говорили, обично су толико мали да њихово складиштење на рачунару никада неће бити проблем.

Међутим, у нашем све мобилнијем свету, све је већа потражња за приступом документима у покрету. И овде се опет дешава иста прогресија о којој смо разговарали са музиком – где смо прво транспортовали документе користећи флопи дискове, ЦД-ове и УСБ-ове, сада користимо погодније и оријентисане на потрошаче Цлоуд Стораге услуге, као што су Гоогле диск и Дропбок, које чувају наше документе у екстерном центру података да бисмо безбедно приступали онлајн. Услуге попут ових нам омогућавају да приступамо и делимо наше документе било где, било када, на било ком уређају или оперативном систему.

Да будемо поштени, коришћење сервиса за стриминг, друштвених медија и услуга у облаку не значи нужно да ћемо све преместити у клауд – неке ствари ми више волимо да држимо претерано приватне и безбедне – али ове услуге су се смањиле и наставиће да се смањују, укупна количина физичког простора за складиштење података који треба да поседујемо из године у годину.

Зашто је важно експоненцијално више простора за складиштење

Иако просечан појединац може видети мање потребе за више дигиталног складиштења, у игри су велике силе које воде Крајдеров закон напред.

Прво, због скоро годишње листе кршења безбедности у низу компанија за технолошке и финансијске услуге – од којих свака угрожава дигиталне информације милиона појединаца – забринутост око приватности података с правом расте у јавности. У зависности од индивидуалних потреба, ово може да подстакне јавну потражњу за већим и јефтинијим опцијама складиштења података за личну употребу како би се избегло зависно од облака. Будући појединци могу чак поставити приватне сервере за складиштење података у својим домовима како би се повезали са екстерним, уместо да зависе од сервера у власништву великих технолошких компанија.

Друго разматрање је да ограничења складиштења података тренутно блокирају напредак у бројним секторима од биотехнологије до вештачке интелигенције. Сектори који зависе од акумулације и обраде великих података морају да складиште све веће количине података како би иновирали нове производе и услуге.

Следеће, до касних 2020-их, Интернет ствари (ИоТ), аутономна возила, роботи, проширена стварност и друге такве „ивичне технологије“ следеће генерације ће подстаћи улагања у технологију складиштења. То је зато што ће ове технологије функционисати, требаће да имају рачунарску снагу и капацитет складиштења да разумеју своје окружење и реагују у реалном времену без сталне зависности од облака. Истражујемо овај концепт даље у пето поглавље ове серије.

Коначно, Интернет ствари (у потпуности објашњено у нашем Будућност интернета серија) ће резултирати милијардама до трилиона сензора који прате кретање или статус милијарди до трилиона ствари. Огромне количине података које ће ови безбројни сензори произвести захтеваће ефикасан капацитет складиштења пре него што их ефикасно обрађују суперрачунари које ћемо покрити пред крај ове серије.

Све у свему, док ће просечна особа све више смањити своју потребу за хардвером за дигитално складиштење података у личном власништву, сви на планети ће и даље имати индиректне користи од бесконачног капацитета складиштења које ће понудити будуће технологије дигиталног складиштења. Наравно, као што је раније наговештено, будућност складиштења лежи у облаку, али пре него што заронимо дубоко у ту тему, прво морамо да разумемо комплементарне револуције које се дешавају на страни обраде (микрочипова) рачунарског пословања – тема следећег поглавља.