🤜🏾 🤚🏼 🈹 تقنيات التخزين الجديدة: هل هناك اختراقة في عام 2020؟ 🥩 🉐 🍵

لعدة عقود ، تم قياس التقدم المحرز في تقنيات تخزين المعلومات ، أولاً وقبل كل شيء ، من حيث سعة التخزين وسرعة قراءة / كتابة البيانات. بمرور الوقت ، تم استكمال معلمات التقييم هذه من خلال التقنيات والمنهجيات التي تجعل محركات الأقراص الثابتة ومحركات أقراص الحالة الصلبة أكثر ذكاءً ومرونة وأسهل في الإدارة. في كل عام ، يشير مصنعو المحركات بشكل تقليدي إلى أن سوق البيانات الضخمة سيتغير ، وأن 2020 ليس استثناءً. يبحث قادة تكنولوجيا المعلومات بفارغ الصبر عن طرق فعالة لتخزين وإدارة تدفقات البيانات الضخمة ، وبالتالي ، يعدون مرة أخرى بتغيير مسار أنظمة التخزين. في هذه المقالة ، قمنا بتجميع التقنيات الأكثر تقدمًا لنشر المعلومات ، بالإضافة إلى الحديث عن مفاهيم محركات الأقراص المستقبلية ، والتي لم تجد بعد إدراكها المادي.

شبكات التخزين المعرفة بالبرمجيات

إذا تحدثنا عن عمليات الأتمتة والمرونة وزيادة سعة تخزين المعلومات ، إلى جانب زيادة في كفاءة الموظفين ، فإن المزيد والمزيد من الشركات تدرس إمكانية التحول إلى ما يسمى بشبكات التخزين المعرفة بالبرمجيات أو SDS (التخزين المحدد بالبرامج).

تتمثل إحدى السمات الرئيسية لتقنية SDS في فصل الأجهزة عن البرامج: بمعنى ضمني ظاهرية وظائف التخزين . بالإضافة إلى ذلك ، على عكس أنظمة التخزين التقليدية مع اتصال الشبكة (NAS) أو شبكات منطقة التخزين (SAN) ، تم تصميم SDS للعمل في أي نظام x86 قياسي. في كثير من الأحيان ، الهدف من نشر SDS هو تحسين نفقات التشغيل (OpEx) ، مما يتطلب جهدًا إداريًا أقل.

ستنمو سعة محركات الأقراص الصلبة حتى 32 تيرابايت

محركات الأقراص المغناطيسية التقليدية لم تموت على الإطلاق ، ولكنها تشهد فقط نهضة تكنولوجية. يمكن بالفعل أن توفر محركات الأقراص الصلبة الحديثة للمستخدمين ما يصل إلى 16 تيرابايت من تخزين البيانات. على مدى السنوات الخمس المقبلة ، ستتضاعف هذه القدرة. في الوقت نفسه ، ستظل محركات الأقراص الثابتة هي تخزين الوصول العشوائي الأكثر بأسعار معقولة وستحتفظ بأولويتها في سعر غيغابايت من مساحة القرص لعدة سنوات أخرى.

سيعتمد توسيع القدرات على التقنيات المعروفة بالفعل:

تخزين الهليوم (يقلل الهليوم من السحب والاضطراب الديناميكي الهوائي ، مما يسمح لك بتركيب المزيد من الألواح المغناطيسية في التخزين ؛ علاوة على ذلك ، لا يزيد استهلاك الحرارة والطاقة) ؛
التخزين الحراري المغنطيسي (أو HAMR HDD ، الذي يتوقع ظهوره في عام 2021 ويستند إلى مبدأ تسجيل بيانات الميكروويف ، عندما يتم تسخين جزء من القرص بواسطة الليزر والمغنطة) ؛
محرك الأقراص الثابتة القائم على التجانب (أو محركات SMR ، حيث يتم وضع مسارات البيانات فوق بعضها البعض ، بتنسيق التجانب ؛ وهذا يضمن كثافة عالية لتسجيل المعلومات).

أجهزة تخزين الهليوم مطلوبة بشكل خاص في مراكز البيانات السحابية ، وتعتبر محركات الأقراص الصلبة SMR مثالية لتخزين الأرشيفات الكبيرة ومكتبات البيانات ، والوصول إلى البيانات وتحديثها ، وهي ليست مطلوبة في كثير من الأحيان. كما أنها مثالية لإنشاء نسخ احتياطية.

تزداد سرعة محركات NVMe

تم توصيل SSDs الأولى باللوحات الأم عبر SATA أو SAS ، ولكن تم تطوير هذه الواجهات منذ أكثر من 10 سنوات لمحركات الأقراص الصلبة المغناطيسية. بروتوكول NVMe الحديث هو بروتوكول اتصال أقوى بكثير مصمم للأنظمة التي توفر معالجة عالية السرعة للبيانات. ونتيجة لذلك ، في مطلع 2019-2020 ، نرى انخفاضًا خطيرًا في أسعار أقراص NVMe SSDs ، التي أصبحت متاحة لأي فئة من المستخدمين. في قطاع الشركات ، تحظى حلول NVMe بتقدير خاص من قبل تلك الشركات التي تحتاج إلى تحليل البيانات الكبيرة في الوقت الحقيقي.

لقد أظهرت شركات مثل Kingston و Samsung بالفعل ما يمكن للمستخدمين من الشركات الاعتماد عليه في عام 2020: نحن جميعًا ننتظر ظهور NVMe SSDs مع دعم PCIe 4.0 ، مما يسمح بإضافة مراكز بيانات أكثر سرعة عند العمل مع البيانات. الأداء المطالب به للمنتجات الجديدة هو 4.8 جيجابايت / ثانية ، وهذا بعيد عن الحد. سيتمكن الجيل التالي من Kingston NVMe SSD PCIe gen 4.0 من توفير عرض النطاق الترددي بسرعة 7 جيجابايت / ثانية.

جنبًا إلى جنب مع مواصفات NVMe-oF (أو NVMe over Fabrics) ، ستتمكن المؤسسات من إنشاء شبكات تخزين عالية الأداء بأقل قدر من الكمون ، والتي ستتنافس مع مراكز البيانات مع اتصالات DAS (أو وحدات تخزين متصلة مباشرة). في نفس الوقت ، باستخدام NVMe-oF ، تتم معالجة عمليات الإدخال / الإخراج بشكل أكثر كفاءة ، في حين أن التأخير يمكن مقارنته بأنظمة DAS. يتوقع المحللون أن نشر الأنظمة القائمة على NVMe-oF سوف يتسارع بسرعة في عام 2020.

QLC- الذاكرة أخيرا "تبادل لاطلاق النار"؟

كما ستظهر ذاكرة فلاش NAND رباعية المستوى (QLC) شعبية متزايدة في السوق. تم تقديم QLC في عام 2019 وبالتالي كان توزيعها ضئيلًا في السوق. سيتغير هذا في عام 2020 ، خاصة بين الشركات التي طبقت تقنية LightOS Global Flash Translation Layer (GFTL) للتغلب على مشاكل QLC المتأصلة.

وفقًا للمحللين ، ستزداد مبيعات محركات الأقراص ذات الحالة الثابتة المستندة إلى خلايا QLC بنسبة 10٪ ، بينما ستستحوذ حلول TLC على 85٪ من السوق. أياً كان ما قد يقوله المرء ، فإن QLC SSD لا يزال متخلفًا في الأداء مقارنةً بـ TLC SSD ولن يصبح أساسًا لمركز البيانات في السنوات الخمس المقبلة.

في الوقت نفسه ، من المتوقع أن تزداد تكلفة ذاكرة فلاش NAND في عام 2020 ، ولهذا السبب يراهن Phison Controls على سبيل المثال ، على أن زيادة الأسعار ستدفع في نهاية المطاف سوق محركات الأقراص الصلبة للمستهلك لاستخدام فلاش 4 بت - ذاكرة QLC NAND. بالمناسبة ، تخطط Intel لإطلاق حلول QLC من 144 طبقة (بدلاً من منتجات 96 طبقة). حسنًا ... يبدو أننا ننتظر مزيدًا من التهميش لمحرك الأقراص الصلبة.

ذاكرة SCM: سرعة قريبة من DRAM

تم التنبؤ بتوافر ذاكرة SCM على نطاق واسع (ذاكرة فئة التخزين) لعدة سنوات ، ويمكن أن تكون 2020 نقطة البداية التي ستتحقق فيها هذه التوقعات أخيرًا. في حين دخلت وحدات الذاكرة Intel Optane و Toshiba XL-Flash و Samsung Z-SSD بالفعل سوق الشركات ، فإن مظهرها لم يتسبب في رد فعل مذهل.

يجمع جهاز Intel بين ميزات الذاكرة العشوائية السريعة ولكن غير المستقرة مع تخزين NAND الأبطأ والمستمر. يهدف هذا المزيج إلى زيادة قدرة المستخدمين على العمل بكميات كبيرة من البيانات ، مما يوفر سرعة DRAM وسعة NAND. ذاكرة SCM ليست أسرع فقط من البدائل القائمة على NAND: إنها أسرع عشر مرات. التأخير هو ميكروثانية ، وليس ميلي ثانية.

يشير خبراء السوق إلى أن مراكز البيانات التي تخطط لاستخدام SCM ستكون محدودة لأن هذه التقنية ستعمل فقط على الخوادم التي تستخدم معالجات Intel من جيل Cascade Lake. ومع ذلك ، في رأيهم ، لن يصبح هذا حجر عثرة لوقف موجة التحديثات لمراكز البيانات الموجودة من أجل ضمان معالجة المعلومات بسرعة عالية.

من الواقع المنظور إلى المستقبل البعيد

بالنسبة لمعظم المستخدمين ، لا يرتبط تخزين البيانات بإحساس "بالسعة هرمجدون". ولكن فكر فقط: إن 3.7 مليار شخص يستخدمون الإنترنت حاليًا يولدون حوالي 2.5 كوينتليون بايت من البيانات يوميًا. لتلبية هذه الحاجة ، هناك حاجة إلى المزيد من مراكز البيانات.

وفقًا للإحصاءات ، بحلول عام 2025 ، يكون العالم جاهزًا لمعالجة 160 Zetabytes من البيانات سنويًا (وهذا يزيد عن وحدات البايت عن النجوم في الكون المرئي). من المحتمل أنه سيتعين علينا كذلك تغطية كل متر مربع من كوكب الأرض بمراكز البيانات ، وإلا فلن تتمكن الشركات ببساطة من التكيف مع هذا النمو المرتفع للمعلومات. أو ... عليك التخلي عن بعض البيانات. ومع ذلك ، هناك العديد من التقنيات التي يمكن أن تكون مثيرة للاهتمام والتي يمكن أن تحل المشكلة المتزايدة لتدفق المعلومات.

هيكل الحمض النووي كأساس لمستودعات البيانات المستقبلية

لا تبحث شركات تكنولوجيا المعلومات فقط عن طرق جديدة لتخزين المعلومات ومعالجتها ، ولكن أيضًا العديد من العلماء. التحدي العالمي هو ضمان الحفاظ على المعلومات لآلاف السنين. يعتقد باحثون من المدرسة التقنية العليا السويسرية في زيورخ (ETH زيورخ ، سويسرا) أنه يجب البحث عن الحل في نظام تخزين البيانات العضوية الموجود في كل خلية حية: في الحمض النووي. والأهم من ذلك - تم "اختراع" هذا النظام قبل الكمبيوتر بوقت طويل.

جدائل الحمض النووي معقدة للغاية ومضغوطة وكثيفة بشكل لا يصدق ، مثل حاملات المعلومات: وفقًا للعلماء ، يمكن كتابة 455 إكسابايت من البيانات بالجرام من الحمض النووي ، حيث يعادل 1 eB مليار غيغابايت. سمحت التجارب الأولى بالفعل بتسجيل 83 كيلوبايت من المعلومات في الحمض النووي ، وبعد ذلك اقترح أستاذ قسم الكيمياء والعلوم البيولوجية روبرت غراس أنه في العقد الجديد يحتاج المجال الطبي إلى أن يكون أكثر تكاملاً مع هيكل تكنولوجيا المعلومات للتطورات المشتركة في مجال تقنيات التسجيل و مخزن البيانات.

وفقًا للعلماء ، يمكن لسلاسل تخزين البيانات العضوية المستندة إلى سلاسل الحمض النووي أن تكون قادرة على تخزين المعلومات لمدة تصل إلى مليون سنة وتقديمها بدقة عند الطلب الأول. من الممكن أنه في غضون بضعة عقود ، ستكافح معظم محركات الأقراص على وجه الدقة من أجل هذه الفرصة: القدرة على تخزين البيانات بشكل موثوق به وبسرعة لفترة طويلة.

السويسريون ليسوا وحدهم الذين يعملون على إنشاء أنظمة تخزين تعتمد على الحمض النووي. تم طرح هذا السؤال منذ عام 1953 ، عندما اكتشف فرانسيس كريك اللولب المزدوج للحمض النووي. ولكن في تلك اللحظة ، لم يكن لدى البشرية ببساطة المعرفة الكافية لمثل هذه التجارب. يركز التفكير التقليدي في مجال تخزين البيانات المستندة إلى الحمض النووي على توليف جزيئات الحمض النووي الجديدة. مقارنة تسلسل البتات بتسلسل أربعة أزواج أساسية من الحمض النووي وإنشاء جزيئات كافية لتمثيل جميع الأرقام التي يجب حفظها. لذا ، في صيف عام 2019 ، تمكن مهندسو CATALOG من كتابة 16 جيجابايت من "ويكيبيديا" باللغة الإنجليزية في الحمض النووي الذي تم إنشاؤه من البوليمرات الاصطناعية. تكمن المشكلة في أن هذه العملية بطيئة ومكلفة ، وهو ما يمثل اختناقًا كبيرًا عندما يتعلق الأمر بتخزين البيانات.

…:

يقول باحثون من جامعة براون (جامعة براون ، الولايات المتحدة الأمريكية) إن جزيء الحمض النووي ليس الخيار الوحيد للتخزين الجزيئي للبيانات لمدة تصل إلى مليون سنة. يمكن أن تعمل المستقلبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض أيضًا كمخزن عضوي. عندما يتم كتابة المعلومات إلى مجموعة من المستقلبات ، تبدأ الجزيئات بالتفاعل مع بعضها البعض وتنتج جزيئات محايدة كهربائياً جديدة تحتوي على البيانات المسجلة فيها.

بالمناسبة ، لم يتوقف الباحثون عند هذا الحد وقاموا بتوسيع نطاق الجزيئات العضوية ، مما سمح بزيادة كثافة البيانات المسجلة. قراءة هذه المعلومات ممكنة من خلال التحليل الكيميائي. السلبية الوحيدة هي أن تنفيذ جهاز التخزين العضوي هذا غير ممكن حتى الآن من الناحية العملية ، خارج ظروف المختبر. هذه مجرد وقت تشغيل للمستقبل.

5D الذاكرة الضوئية: ثورة في تخزين البيانات

مستودع تجريبي آخر ينتمي إلى المطورين من جامعة ساوثامبتون (جامعة ساوثامبتون ، إنجلترا). في محاولة لإنشاء نظام مبتكر لتخزين المعلومات الرقمية يمكن أن يكون موجودًا لملايين السنين ، طور العلماء عملية لكتابة البيانات إلى قرص كوارتز صغير ، يعتمد على تسجيل نبض الفيمتو ثانية. تم تصميم نظام التخزين للأرشفة والتخزين البارد لكميات كبيرة من البيانات ويوصف بأنه تخزين خماسي الأبعاد.

لماذا خماسية الأبعاد؟ والحقيقة أن المعلومات يتم ترميزها في عدة طبقات ، بما في ذلك الأبعاد الثلاثة المعتادة. تمت إضافة قياسين آخرين إلى هذه القياسات - حجم واتجاه النانو. تصل سعة البيانات التي يمكن كتابتها إلى محرك صغير مثل هذا إلى 100 بيتابايت ، وفترة التخزين 13.8 مليار سنة عند درجات حرارة تصل إلى 190 درجة مئوية. درجة حرارة التسخين القصوى التي يمكن أن يتحملها القرص هي 982 درجة مئوية. باختصار ... إنها أبدية تقريبًا!

في الآونة الأخيرة ، اجتذب عمل جامعة ساوثهامبتون انتباه Microsoft ، التي يهدف برنامج التخزين السحابي Project Silica إلى إعادة التفكير في تقنيات التخزين الحالية. وفقًا لتنبؤات "الناعمة" ، بحلول عام 2023 ، سيتم تخزين أكثر من 100 زيتابايت من المعلومات في السحب ، بحيث تواجه حتى أنظمة التخزين واسعة النطاق صعوبات.

لمزيد من المعلومات حول منتجات Kingston Technology ، قم بزيارة الموقع الرسمي للشركة.

تقنيات التخزين الجديدة: هل هناك اختراقة في عام 2020؟