Зовсім недавно ми розповідали про роботу служби тех. підтримки нашого хмарного сервісу 1cloud і запропонували «п'ятничний формат», що дозволяє познайомитися з пристроєм сервісу Netflix і оцінками вчених щодо перспектив в галузі ШІ.
Сьогодні ми вирішили подивитися на стан справ у сфері зберігання даних, а завтра вас чекає традиційний «п'ятничний формат» з розбором теми «хмарної робототехніки» і суміжних сфер діяльності.
Уже «на порозі»
Подібна технологія може серйозно змінити на краще інфраструктуру дата-центрів та ІТ-індустрію в цілому. Прямий зв'язок дисків з додатками дозволить відмовитися від контролерів, файлових систем і навіть масивів RAID. Це безперечно сприятиме поширенню розподілених баз даних на зразок Cassandra.
Що стосується технологій запису, то ще однією технікою, здатної увірватися на ринок в найближчому майбутньому, є запис з перекриттям доріжок (SMR - Shingled Magnetic Recording) - це особлива техніка зберігання, коли при записі інформації на диск, доріжки накладаються один на одного. Це дозволяє збільшити кількість доріжок на кожній пластині і скоротити відстань між ними, що в свою чергу призводить до підвищення ємності диска на 25%.
Однак тут є кілька складнощів. Наприклад, щоб перезаписати або оновити інформацію, потрібно оновити не лише потрібний фрагмент, але і дані на останніх доріжках, оскільки записує головка таких дисків ширше зчитує і захоплює захоплює дані на межують доріжках. Все це призводить до низької продуктивності записи.
Розвитком технології SMR займаються як Seagate, так і HGST. Що стосується HGST, то компанія випускала гелевий диск об'ємом 10 ТБ, що використовує цю технологію. Він призначався «холодного» зберігання даних.
перспективні розробки
Протягом близько 50 років виробники магнітних накопичувачів використовували метод, іменований паралельної магнітної записом (LMR - Longitudinal Magnetic Recording), в якій вектор намагніченості для кожного біта інформації розташований паралельно поверхні носія (плівки або диска).
У той час як в історичній ретроспективі поверхнева щільність запису подвоювалася приблизно щороку, в кінці кінців швидкість цього зростання сповільнилася, і за минулі десять років поздовжня магнітний запис досягла фундаментального межі щільності запису, який склав близько 100-200 гігабіт на квадратний дюйм.
Ця межа отримав назву «суперпарамагнітна межі», обумовленого температурними коливаннями в момент поляризації гранул (зміни станів) під час запису на пристрій. Ефект парамагнетизм веде до виникнення полів розсіювання і неправильної орієнтації зарядів на площині диска - «двійкового помилок».
Щоб розширити можливості HDD, була придумана перпендикулярна магнітний запис (PMR - Perpendicular Magnetic Recording), здатна забезпечити запис 1 ТБ даних на дискову пластину: біти поляризувалися «перпендикулярно площині», а не «паралельно».
Спочатку технологія PMR розглядалася як тимчасове рішення, але вона стала використовуватися повсюдно. Однак PMR має всі ті ж проблеми зі стійкістю читання і записи, як у випадку з LMR.
Тому Western Digital і Seagate працюють над дисками, що використовують технологію термоассістіруемой магнітного запису (HAMR - Heat Assisted Magnetic Recording), за допомогою якої можна буде створити диски формату 3,5 "з ємністю до 60 ТБ.
HAMR покликана замінити PMR і використовує невеликий лазер для нагріву частини диска, на яку планується здійснити запис. Це дозволяє зменшити розміри магнітної області, що зберігає один біт інформації, і збільшити стабільність зберігання даних.
У ML-3D замість одного магнітного шару використовуються відразу три, між якими прокладений ізолятор. Для запису використовується спеціальна магнітна головка. Читання здійснюється за допомогою більш слабкою магнітною головки, шляхом обчислення векторної суми наностолбцов. На малюнку нижче показані набори бітів, сформовані магнітним полем різної сили і напряму і згруповані в наноколонкі.
Ще однією цікавою і перспективною технологією є пам'ять з фазовим переходом (PCM - Phase Change Memory), яка розглядається як майбутня заміна технології флеш-пам'яті NAND. PCM використовує халькогенід, матеріал, здатний при нагріванні переходити з кристалічного стану в аморфний.
Зміни стану осередку можуть бути зроблені близько мільйона разів, що значно перевищує параметри комерційно успішних NAND-осередків в SSD-вінчестерах корпоративного рівня (близько 30 000 циклів перезапису).
Для цього використовується два лазера: червоний і зелений, об'єднані в один промінь. Зелений лазер читає дані, закодовані у вигляді сітки з голографічного шару, близького до поверхні диска, в той час як червоний лазер використовується для читання допоміжних сигналів зі звичайного шару, розташованого в глибині.
Далеке майбутнє
Для отримання такої високої щільності експерти Fujifilm розробили технологію Nanocubic, завдяки якій можна сформувати надтонкий магнітний шар. Чим тонше магнітний шар, тим більше намагнічених доменів розміщується на одиниці площі магнітної стрічки. Комерційні реалізації технології можуть з'явитися протягом найближчих 10 років.
Однак найперспективнішою і багатообіцяючою технологією майбутнього є сховища на основі ДНК.
Процес синтезу послідовності ДНК схожий на нанизування перлів на нитку. У цьому випадку інформація кодується у вигляді традиційних нулів і одиниць. Ці значення присвоюються певним хімічним компонентам, мономерам, які за допомогою хімічних методів зчіплюються в один ланцюг, утворюючи полімери. Щоб прочитати записану інформацію, досить скористатися мас-спектрометром - пристроєм для зчитування ДНК-послідовності.
Для перевірки того, як довго дані можуть зберігається в ДНК, вчені закодували 83 кілобайт даних (за даними New Scientist, вартість кодування 83 кілобайт склала $ 1500). Матеріалом послужили Швейцарський Федеральний втомившись від 1291 року і палімпсест Архімеда. Вибір цих документів, на думку вчених, показує не тільки потенційну можливість застосування методу, але і його історичну важливість. За оцінками представників ETH Zurich, ці дані залишаться незмінними протягом мільйона років (якщо ДНК піддасться заморожування).
Найбільшою перешкодою, яке поки що не дозволяє використовувати ДНК для зберігання інформації на практиці, є час. Навіть з використанням сучасних технологій розшифровки, читання молекули ДНК займає багато годин - на кілька порядків більше, ніж читання звичайного файлу на комп'ютері. Тому цей тип сховищ не підходить для часто використовуваних даних. Більш того, вчені до цих пір заносять інформацію в штучну ДНК і лише після цього поміщають її в бактерію.
Як відомо, не всі технології починають використовуватися повсюдно і стають широкодоступним. Але команда дослідників з США нещодавно здійснила прорив, в якому показала, що можна зберігати дані в так званих «м'яких речовинах».
Згідно з новим дослідженням, мікроскопічні частинки в рідині можуть бути використані, щоб кодувати ті ж нулі і одиниці, прямо як в сучасних жорстких дисках. В теорії кластери таких частинок одного разу зможуть зберігати до 1 ТБ даних в столовій ложці рідини.
Термін «м'яке речовина» може ставитися до рідин, полімерів і навіть біоматеріалів. Всі ці речовини мають передбачуваним поведінкою під впливом різних температур - змінюють форму на молекулярному рівні. Команда, відповідальна за дослідження, використовувала певний тип колоїдної суспензії зі спеціальними наночастинками, що вони бережуть свої властивості.
Такі частинки при нагріванні організовуються в групи. В даному конкретному випадку наночастинки збиралися в групи з чотирьох і більше штук, в той час як одна з них була центром. Розміри зв'язок ледь перевищували 5 мікрометрів в діаметрі, але команда вчених змогла візуально відзначити зміни, що відбуваються.
Кластери з чотирьох часток можуть перебувати всього в двох станах, які можна закодувати як нуль і одиницю. Однак це всього лише перший крок в сторону «рідких сховищ». Зараз необхідно знайти надійний спосіб формувати кластери в великих обсягах рідини і швидко зчитувати записані дані.
Але, ймовірно, найбільш передовою технологією майбутнього можуть стати квантові сховища. Сьогодні вчені вивчають способи зберігання даних із застосуванням законів квантової фізики - тобто намагаються закодувати інформацію за допомогою керованої орієнтації спина електрона.
На даний момент таким способом можна зберегти невелику кількість даних на дуже нетривалий час (менше дня), але якщо все вийде, то, можливо, завдяки квантової заплутаності ми отримаємо можливість миттєво синхронізувати дані між двома точками.
P.S. Ми в 1cloud розглядаємо найрізноманітніші теми в нашому блозі на Хабре - пара прикладів:
І розповідаємо про власний хмарному сервісі: