Новые технологии хранения информации

Введение

Хранение, защита, анализ данных и управление ими были и будут оставаться важной функцией ИТ в обозримом будущем - в этом нет никаких сомнений. Компании будут продолжать сбор данных во всё возрастающих масштабах и со всей большей быстротой, и им потребуются новые способы извлечения инсайтов вместе с обеспечением доступности и безопасности, что и вызвало актуальность данной темы.По мере нарастания этой тенденции конкретные параметры систем хранения будут терять первостепенную важность для заказчиков, тогда как вопросы бизнес-ценности данных, напротив, будут приобретать всё большее значение. Сейчас заказчики уже не задумываются, выбрать ли SAN или NAS, и точно так же скоро они не будут мучиться дилеммой: что лучше — локальное или облачное хранение? NetApp или Pure Storage? Решения о выборе той или иной технологии хранении всё чаще принимаются исходя из того, что нужно заказчику для развития бизнеса и достижения прибыльности, а не где и как хранятся их данные.Цель работы – рассмотреть подробно новые технологии хранения информации.Исходя из цели были выявлены следующие задачи: 1.1.1. История хранения информацииИстория хранения информации в письменной форме уходит вглубь веков. До наших дней в некоторых местах сохранились наскальные письмена древнего человека, выполненные 25-20 тыс. лет назад; лунный календарь, выгравированный на кости 20 тыс. лет назад. Для письма также использовались дерево, глина. Многие века письменные документы составлялись на пергаментных свитках. Это было «очень дорогим удовольствием». Пергамент делался из кожи животных. Ее растягивали, чтобы получить тонкие листы. Когда на востоке научились ткать шелк, его стали использовать не только для одежды, но и для письма.Во втором веке нашей эры в Китае изобрели бумагу. Однако до Европы она дошла в 11 веке. Вплоть до 15 века письма, документы, книги писались вручную. В качестве инструмента для письма использовались кисточки, перья птиц, позже - металлические перья; изобретались краски, чернила. Книг было очень мало, они считались предметами роскоши.В середине 15 века немецкий типограф Иоганн Гуттенберг изобрел первый печатный станок. С этого времени началось книгопечатание. На Руси книгопечатанье основал Иван Федоров в середине 16 века. Книг стало значительно больше, быстро росло число грамотных людей.До сегодняшнего дня лист бумаги остается основным носителем информации. Но у него появились серьезные «конкуренты».Чтобы понять, насколько сильно человек в информационном плане продвинулся и, благодаря этому, эволюционировал, достаточно вспомнить о бумаге. Вы представляете себе цивилизацию без бумаги и книг? Глиняные таблички, рулоны папируса, деревянные страницы.Начало электронно-информационной революции, в эпицентре которой мы сейчас находимся, никогда бы не состоялось. Ведь всё начиналось с бумаги.Рисунок 1.1. - Бумажная лента, перфорированнаяЭра компьютеров началась гораздо раньше, чем думает большинство людей. Конечно, в нём не было микропроцессора, видеокарты для Contra Strike и веб-камеры для болтовни по "Скайпу". В привычном понимании компьютера сегодня, это были вовсе и не компьютеры, а огромные тугодумающие монстры, выполняющие ничтожно малое количество расчетов при помощи старой доброй бумаги. Вернее, бумажной лены, намотанной на бобины. Информация на оной хранилась в виде аккуратных дырочек. Ранние машины по типу Colossus Mark I (1944 год выпуска) работали с данными в ручном режиме. Бумажные перфорированные ленты вводились как бумага в принтер в реальном времени. Однако, уже более поздние монстро-компьютеры умели считывать программы с ленты, к примеру, Manchester Mark I (1949 г.в.), считывали код с ленты и загружали его в примитивное подобие электронной памяти. Перфорированная лента использовалась для записи и чтения данных свыше тридцати лет. Это было начало новой эры - информационного расцвета человечества.История перфокарт уходит корнями в самое начало XIX века, когда они использовались для управления ткацкими станками.Рисунок 1.2. - Магнитная лентаВместе с выходом первого американского коммерческого компьютера UNIVAC I (1951) в IT-индустрии началась эра магнитной пленки. Магнитная лента наматывалась открытым способом на катушки и представляла собой очень тонкую полосу пластика, покрытого магниточувствительным веществом. Машины записывали и считывали данные при помощи специальных магнитных головок, встроенных в привод бобин. Магнитная лента широко использовалась во многих моделях компьютеров (особенно мейнфреймах и мини-компьютерах) вплоть до 1980-х, пока не изобрели ленточные картриджи.Рисунок 1.3. -Первые съемные дискиВ 1963 году IBM представила первый винчестер со съемным диском ? IBM 1311. Он представлял собой набор взаимозаменяемых дисков. Каждый набор состоял из шести дисков диаметром 14 дюймов, вмещавших до 2 Мб информации. В 1970-х многие винчестеры, к примеру, DEC RK05, поддерживали такие дисковые наборы, особенно часто их использовали производители миникомпьютеров для продажи программного обеспечения.Цифровая технология победно шествует по планете, и ученые напряженно работают над новыми способами хранения информации — большого объёма и на длительное время. Исследуются как новые материалы для записи информации, так и новые способы нанесения информации на конкретные носители. В то время как некоторые компании хранят данные на дне моря, другие мечтатели смотрят в небо, грезя о гигантских небоскрёбах-накопителях. Очень быстро появляется множество нововведений, подстёгивая гонку, в финале которой — неограниченные возможности хранения данных.Для сравнения: в современных жестких дисках для хранения информации с помощью магнитной записи для хранения одного бита информации задействуется примерно 100 000 атомов. Используя для хранения одного бита всего один атом, можно было бы увеличить плотность хранения настолько, что, скажем, вся фонотека iTunes из 35 миллионов звукозаписей поместилась бы в устройстве размерами с кредитную карточку.1.2. Новейшие тренды в сфере хранения данныхУже очевидно, что приход и будущую вездесущность интернета вещей (IoT), искусственного интеллекта (ИИ) и умных технологий осознали все, кроме того, уже активно обсуждаются сетевые подключения и вычислительные мощности, которые понадобятся для работы всех этих решений. Но не стоит забывать, что активно развивается также третий элемент, находящийся, так сказать, за кадром реализации этих инноваций. Речь идет о хранении данных. Эффективная и рабочая инфраструктура хранения данных – это ключ успеху и долговечности компании, а масштабирование важно для монетизации и максимального использования данных.Повышение плотности записи на HDD-накопители, как на традиционные – заполненные воздухом, так и на заполненные гелием, означает, что самые современные НЖМД получат емкость до 16 Тбайт, при этом HDD-накопители на 18 Тбайт при традиционной магнитной записи (CMR) и на 20 Тбайт при черепичной магнитной записи (SMR) сейчас находятся на этапе тестирования и появятся на рынке уже в этом году. Ожидается, что в следующие пять лет распространенность SMR значительно увеличится, открыв путь более эффективному распределению рабочей нагрузки и инновациям из разряда Zoned Storage. В условиях масштабирования рост плотности записи – ключевой элемент для обеспечения большей емкости при разумной общей стоимости владения (TCO), и дальнейшая эволюция SMR будет этому способствовать. В то же время, благодаря преимуществам, которые дает флеш-технология для решения таких рабочих задач, как аналитика и ИИ, более широкое распространение получили СХД, использующие исключительно флеш-накопители. Дальнейшее развитие технологии трехмерной флеш-памяти 3D NAND еще больше увеличивает плотность и уменьшает физический размер за счет вертикальной укладки слоев и горизонтального масштабирования по пластине в совокупности с увеличением количества битов.Основная движущая сила, без которой не получится в полной мере раскрыть весь потенциал флеш-памяти в SSD – это переход от SATA к NVMe™ (Non-Volatile Memory Express). Этот высокопроизводительный протокол, используемый для доступа к серверам, оборудованию СХД и на сетевых фабриках хранилищ данных, кардинально снижает задержку и ускоряет выполнение приложениями рабочих задач.Рисунок 1.4. - Non-Volatile Memory ExpressТемпы перехода в облако не снижаются, можно выделить два фактора, которые поддерживают дальнейший рост локальных (или микро-) ЦОД. Во-первых, новые нормативные требования к хранению данных по-прежнему остаются на повестке дня. Многие страны принимают законы об условиях хранения данных, поэтому компании вынуждены не отпускать данные далеко от себя, чтобы правильно оценивать и смягчать потенциальные риски, связанные с обеспечением безопасности и конфиденциальности удерживаемых данных. Во-вторых, наблюдается репатриация облаков. Крупные компании стремятся держать свои данные в собственности и за счет аренды облака могут снижать затраты и по своему усмотрению контролировать различные параметры, включая средства защиты, задержку и доступ к данным; такой подход ведет к повышению спроса на локальные СХД.Помимо этого, для обработки все увеличивающегося объема и многообразия данных будут появляться новые архитектуры ЦОД. В эру зеттабайтов из-за увеличения объема и сложности рабочих задач, приложений и ИИ/IoT-наборов данных архитектуру инфраструктуры хранения данных придется изменить. Новые логические структуры будут состоять из нескольких уровней СДХ, оптимизированных под разные рабочие задачи, кроме того, изменится подход к системному ПО. Инициатива открытого исходного кода по зональному хранению данных Zoned Storage поможет клиентам полностью раскрыть потенциал управления разделенными на зоны блочными устройствами хранения как на HDD-накопителях с SMR, так и на SSD-накопителях с ZNS для рабочих задач с последовательной записью и с преобладанием операций чтения. Такой унифицированный подход позволяет управлять естественно сериализованными данными с масштабированием и обеспечивает предсказуемую производительность.1.3. Будущее: новые технологии хранения данныхСейчас удивительная эпоха, когда технологии развиваются с огромной скоростью, а в цифровом мире ежесекундно генерируются колоссальные объемы данных. Одновременно с этим растет потребность в как можно более эффективном и долговечном и надежном способе хранения существующей информации. Ученые постоянно занимаются изучением новых материалов и способов хранения данных, причем как в личных целях, так и в промышленных масштабах. Одни предлагают использовать глубины океана, другие — строить небоскребы с хранилищами информации, третьи занимаются исследованиями материалов для наилучшего хранения данных. Предлагаем узнать больше об этих и других концепциях, которые поражают воображение и будто иллюстрируют технологии из любимых фантастических книг.Рисунок 1.5. - Стеклянный 5D-дискКоманда исследователей университета при научно-исследовательском центре оптоэлектроники Southampton предлагает использовать для хранения данных стеклянные диски, внутри которых запись информации происходит в пяти измерениях благодаря использованию специальной наноструктуры. Разработчики уже создали работающий прототип, размер с монетку, в котором может храниться до 360 ТБ данных. Что важно, диск способен выдерживать экстремальные перепады температур, например, нагрев до 190 градусов Цельсия. Кроме того, специальная структура стекла защищает от ударов и царапин, так что данные на дисках могут храниться миллиарды лет.Рисунок 1.6. - Подводные центры хранения данныхВ распоряжении корпорации Microsoft находятся колоссальные объемы данных, которые нуждаются в надежных хранилищах. В качестве эксперимента специалисты технологического гиганта начали экспериментировать с подводными дата-центрами облачной инфраструктуры. В рамках проекта Natick огромная водонепроницаемая капсула была затоплена в Тихом океане у побережья штата Вашингтон. После двухмесячного испытательного периода контейнер весом более 17 тонн был поднят на поверхность, в специалисты Microsoft убедились в сохранении работоспособности начинки, сопоставимой по мощности с 300 настольными компьютерами. Не исключено, что когда-нибудь в будущем корпорация будет размещать на дне океана центры хранения данных, но пока на этот счет нет четких планов.Рисунок 1.7. - Информационный небоскреб в ИсландииВ настоящий момент на этапе разработки концепции находится проект гигантского небоскреба для обработки и хранения данных в Исландии. Само здание будет выступать в качестве гигантской цилиндрической материнской платы с полым центром для естественной вентиляции и теплоотведения, а обеспечивать установку энергией предполагается из возобновляемых источников для максимальной экологичности. Концепция дизайна небоскреба заняла третье место в конкурсе eVolo Skyscraper 2016 года, однако на текущий момент информация о сроках реализации этого проекта отсутствует.Рисунок 1.8. - Диск из кварцевого стекла от HitachiКомпания Hitachi тоже экспериментирует с 5D-стеклами для хранения данных. Кварцевые пластины толщиной два миллиметра позволяют хранить 40 МБ данных на площади 6.5 квадратных сантиметров. Особенность этой технологии в том, что стекло остается полностью прозрачным вне зависимости от количества записанных данных, а также оно устойчиво к значительным перепадам температур, погружениям в воду и воздействию химических веществ. Считывание данных с пластин Hitachi осуществляется с помощью оптического микроскопа.Рисунок 1.9. - Плавающие консоли для устройств с низким энергопотреблениемМеждународная исследовательская группа, базирующаяся в Южной Корее и Шотландии, разработала концепцию нового типа хранения данных, которая опирается на использование плавающей консоли для небольших устройств типа смартфонов и планшетов. Консоль реагирует на электрические токи внутри устройства, чтобы преобразовать электрическую информацию в двоичный код. В теории это должно работать работает быстрее и более энергоэффективно, чем любые другие существующие технологии, однако предпосылкой для появления этой технологии в потребительских устройствах пока нет.Рисунок 1.10. - Заброшенные шахты в качестве центров обработки данныхПока одни исследователи напряженно работают над созданием новых устройств хранения данных, другие ищут лучшие места для размещения серверов. По одной из версий ответ на вопрос о расположении дата-центров находится прямо у нас под ногами. Заброшенные шахты можно модернизировать для создания подземных центров обработки данных. Особенности микроклимата подземных тоннелей обеспечили бы два важных фактора для работы вычислительной техники: низкую температуру и подходящий уровень влажности. Кстати, архитектурная фирма Callison уже использовала одну из заброшенных шахт в США для размещения дата-центра, однако точное место держится в секрете — речь идет о безопасном хранении данных.

Заключение

Уже многие годы идет разговор о том, что ИТ-администраторам приходится управлять всё более сложной инфраструктурой на фоне сокращения бюджетов и персонала. Ответом на это в 2022 году и далее будет растущая интеллектуальность ИТ-инфраструктуры, и особенно это касается хранения данных.Вендоры всё шире используют искусственный интеллект и машинное обучение для автоматизации управления хранением данных. Это может быть мониторинг потребности в емкости хранения с автоматическим размещением заказа на дополнительное оборудование или использование предиктивной аналитики для упреждения проблем.HPE была первопроходцем интеллектуального хранения данных со своей платформой InfoSight, которая ведет непрерывный мониторинг рабочих параметров систем хранения у клиентов — а это миллионы замеров в секунду, — чтобы выстроить «нормальный» профиль и помочь оперативно реагировать на отклонения еще до того, как они станут очевидны.Другие вендоры также движутся в этом направлении, и переход ко всё более интеллектуальным хранилищам будет нарастать в 2022 году, поскольку организации стремятся уменьшить влияние человеческого фактора в управлении инфраструктурой хранения.

Список использованных источников

1. Венделева, М.А. Информационные технологии в управлении.: Учебное пособие для бакалавров / М.А. Венделева, Ю.В. Вертакова. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 462 c.2. Гохберг, Г.С. Информационные технологии: Учебник / Г.С. Гохберг. - М.: Academia, 2018. - 474 c.3. Остроух, А.В. Интеллектуальные информационные системы и технологии: Монография / А.В. Остроух, А.Б. Николаев. - СПб.: Лань, 2019. - 308 c.4. Семенов, А.Л. Современные информационные технологии и перевод / А.Л. Семенов. - М.: Academia, 2017. - 188 c.5. Советов, Б.Я. Информационные технологии: теоретические основы: Учебное пособие / Б.Я. Советов, В.В. Цехановский. - СПб.: Лань, 2016. - 448 c.