Будущее хранения данных: 8 новых технологий +18




В нашем блоге на Хабре мы не только рассказываем о развитии своего облачного сервиса 1cloud, но и много пишем о новых технологиях, в том числе в области процессоров и памяти. Мы уже публиковали подборку высокопроизводительных и емких устройств хранения, а также рассказывали о 16-терабайтном диске от Samsung и новом подходе к созданию флэш-памяти от Intel.

Индустрия хранения данных переживает этап драматических перемен, которые проявятся, как в ближайшее время, так и в долгосрочной перспективе. Поэтому сегодня мы поговорим о технологиях, которые приведут к этим изменениям.

Ближайшее будущее


Жесткие диски с Ethernet-интерфейсом

В 2014 году Seagate анонсировала накопитель Kinetic HDD с интерфейсом Ethernet, который в несколько раз производительнее существовавших на тот момент конкурирующих продуктов.

С помощью платформы Kinetic Open Storage можно отказаться от традиционной схемы работы с привычными системами хранения данных, позволил приложениям и хостам связываться друг с другом напрямую через их жесткие диски с помощью TCP/IP-инфраструктуры дата-центров, используя открытый API. У каждого 4TB Kinetic HDD дисков есть два гигабитных Ethernet-порта, каждый со своим IP-адресом.

Подобный подход позволяет также сократить затраты на железо, одновременно повысив вычислительные мощности.

Аналитик Forrester Генри Бальтазар так прокомментировал появление Ethernet-дисков от Seagate:

Если данная технология будет коммерчески успешно, то это очень сильно изменит ИТ-индустрию, поскольку прямая связь дисков с приложениями позволит в той или иной степени отказаться от контроллеров хранения, файловых систем, SAN и даже RAID-массивов. Это отличное решение для объектных хранилищ и распространенных файловых систем (Hadoop, Lustre, GlusterFS) распределенных баз данных вроде Cassandra.

Жесткие диски с гелием

Еще в 2013 году подразделение Western Digital под названием HGST представило свой заполненный гелием диск на 6 терабайт. Заполнение диска гелием, а не более плотным воздухом, позволяет увеличить емкость диска и снизить его нагрев. Гелиевый винчестер на 7200 оборотах в минуту примерно на 4-5 градусов холоднее, чем обычный, поскольку теплопроводность гелия на порядок выше воздуха.



Впоследствии HGST выпустила винчестер на 10 терабайт, обойдя продукт своего главного конкурента Seagate для корпоративного сектора, емкость которого не превышает 8 ТБ. Компания планирует к 2017 году полностью перейти на выпуск дисков с гелием, полностью отказавшись от винчестеров, использующих воздух.

Запись с перекрытием дорожек (Shingled magnetic recording, SMR)

Запись с перекрытием дорожек — это техника хранения, которая использует наложение дорожек данных при записи или «усекаются». Это позволяет увеличить количество дорожек на каждой пластине и сократить расстояние между ними, что в свою очередь приводит к повышению емкости диска на 25%.

Однако с технологией SMR есть и проблемы — для перезаписи и обновления информации, нужно перезаписать не только нужный фрагмент, но и данные на последних дорожках. Записывающий элемент таких дисков шире считывающего, поэтому он захватывает данные на граничащих дорожках — это и вызывает необходимость перезаписи. Все это приводит к низкой производительности записи.

Развитием технологии SMR занимаются как Seagate так и HGST (обе компании писали о ней в своих блогах на Хабре – здесь и здесь). HGST запускала заполненный гелием диск на 10 ТБ, использующий эту технологию — он предназначен для применения в облачных приложениях и приложениях холодного хранения, поскольку они не требуют большой производительности записи.

Среднесрочная перспектива


Диски на 60 ТБ по технологии термоассистируемой магнитной записи

В настоящий момент диски высокой емкости используют технологию перпендикулярной магнитной записи (PMR, perpendicular magnetic recording), представленной еще в 2005 году и обеспечивает запись 1 Тбайт данных на дисковую пластину.

И Western Digital и Seagate работают над дисками, использующими технологию термоассистируемой магнитной записи (heat assisted magnetic recording, HAMR), которая призвана заменить PMR. HAMR использует небольшой лазер для нагрева части диска, на которую планируется осуществить запись. Это позволяет уменьшить размеры магнитной области, хранящей один бит информации, и увеличить стабильность хранения данных. С помощью технологии HAMR возможно создание дисков на 3,5” с емкостью 60 Тбайт.

Гибридные диски с памятью с фазовым переходом и NAND-технологией

Память с фазовым переходом (Phase change memory, PCM) рассматривается как будущая замена технологии флэш-памяти NAND, используемой в SSD-накопителях. PCM использует халькогенид, который при нагреве может «переключаться» между двумя состояниями: кристаллическим и аморфным.

Изменения состояния ячейки могут быть произведены около миллиона раз, что значительно превышает параметры коммерчески успешных high-end SLC NAND-ячеек в SSD-винчестерах энтерпрайз-уровня — 30 тысяч циклов перезаписи.

Проблема PCM-памяти в большой задержке записи, но IBM продемонстрировала, что гибридное устройство, которые использует PCM, NAND и DRAM на одном контроллере может работать до 275 раз быстрее, чем стандартное SSD-устройство. Скорость считывания такого диска колеблется в промежутке от 100 до 300 наносекунд, а время записи от 10 до 150 микросекунд.

По оценкам IBM, первые коммерческие продукты, основанные на гибридной технологии PCM, появятся в продаже уже в 2016 году.

Новые поколения ленточных носителей Linear Tape –Open

Впервые представленная в 2000 году, текущее поколение технологии LTO-записи, LTO-6 предлагает емкость 6,25 ТБ, соотношение компрессии 2.5:1 и стоимость записи 1,3 цента на гигабайт или меньше. Следующие два поколения повысят емкость до 16 Тбайт, а затем и до 32 Тбайт.

В сентябре 2014 года компании, сформировавшие консорциум LTO Program Technology — HP, IBM, Quantum — анонсировали расширенную дорожную карту по подготовке новых поколений (9 и 10) ленточных накопителей, с компрессионной емкостью 62,5 ТБ и 120 ТБ соответственно. Скорость передачи должна вырасти до 1,770 МБ/сек для 9 поколения и до 2,750 МБ/сек для 10.

Отдаленное будущее


IBM 154TB

В мае 2014 года IBM и Fujifilm анонсировали ленточное устройство хранения, которое может хранить 85,9 млрд бит на квадратном дюйме магнитной ленты. Подобная плотность позволяет создавать картриджи, способные хранить до 154 терабайт несжатых данных, что в 62 раза больше, чем могут предложить LTO-6 картриджи. Коммерческие реализации технологии могут появиться в течение ближайших 10 лет.

Для получения столь высокой плотности эксперты Fujifilm разработали технологию Nanocubic, которая позволяет создавать сверхтонкий магнитный слой. Чем тоньше магнитный слой, тем больше намагниченных доменов размещается на единице площади магнитной ленты.



Генетические хранилища

Ученые спокойно работают с ДНК мамонта, который был заморожен на протяжении тысяч лет, так что нет никаких сомнений в том, что ДНК может сохраняться долгое время. Британские ученые в 2013 году продемонстрировали, как ДНК можно использовать для хранения архивных данных, которые можно прочитать со 100% точностью.

Молекулы ДНК — это очень плотная среда хранения, в одном грамме может помещаться до 2000 ТБ данных.

На данном уровне развития технологии синтез ДНК является слишком дорогим процессом для использования ДНК в коммерческих хранилищах данных. Однако в будущем этот инструмент может применяться для долгосрочного хранения важной информации — например, данные различных государственных ведомств.




К сожалению, не доступен сервер mySQL