По состоянию на 2020 год, одна только компания Google обрабатывает свыше 3,5 млрд поисковых запросов, а YouTube транслирует почти 4,5 миллиона видеороликов. Ежедневно пользователи Интернета и социальных сетей генерируют все больше контента и по самому оптимистичному прогнозу, через 5 лет мы достигнем отметки в 463 эксабайта новой информации в день. Только представьте, почти 5 миллиардов ГБ в сутки и это с учетом того, что более половины населения Земли не имеют доступа к сети Интернет.
На деле проблемы с хранением данных наблюдаются уже сейчас — современные дата-центры занимают огромные площади, потребляют невиданное количество электроэнергии. Согласно подсчетам, на долю дата-центров приходится чуть больше 1% потребляемого электричества в мире, а человечество расходует свыше 20 000 млрд кВтч.
Нужен выход, какой? Правильно, следует плотнее упаковывать информацию, причем не в ущерб надежности, производительности и энергопотреблению. Несколько предложений от ученых уже есть и их разработки не фантастика, а наше ближайшее будущее.
Где хранить информацию — в облаке или дома на HDD
Учёные, новые разработки, совсем скоро... Вызывает скепсис, понимаем. Ведь если что-то новое и станут внедрять, то рядовому пользователю доступ к высоким технологиям откроется нескоро. Это действительно так — в первую очередь хайтек, если мы говорим о хранении данных, коснется тех самых дата-центров, облачного хранилища.
Данные в облаке — это модно, молодежно, но недостатков у такого подхода масса:
- Никто не гарантирует, что данные в облаке не украдут. И как мы знаем, все что попало в интернет, там навсегда и остается.
- Получить информацию из облачного хранилища невозможно без подключения к интернету.
- Ежемесячная плата — хочешь хранить, люби и денежки платить.
- Наконец, если облако потеряет ваши данные в случае серьезного сбоя, то что-то восстановить вряд ли удастся.
Это все к тому, что мы еще долго будем пользоваться всеми типами твердотельных накопителей дома. Еще десятки лет никакое облачное хранилище полностью не заменит домашний жесткий диск, а потому все те новые технологии, которые скоро начнут внедрять в дата-центрах, не останутся достоянием лишь IT-корпораций. Нам тоже достанется, а значит следует узнать, к чему готовиться.
Второе пришествие магнитных лент
Мы же говорили о хайтеке... Именно, магнитные ленты нового поколения будут изготавливать из эпсилон-оксида железа. Это позволит не только хранить на бобинах будущего существенно больше информации, но и повысить надежность хранения данных.
Ученые уверены в своей разработке на все 100%, поскольку успели сравнить ее с современными HDD- и SSD-накопителями. Результаты тестирования показали, что магнитные ленты нового поколения действительно отличаются большей плотностью записи, более высокой надежностью и потребляют меньше энергии.
Основная цель подобного накопителя — длительное хранение данных. То есть магнитные ленты могут создать конкуренцию нынешним HDD и SSD в обозримом будущем. Кстати, сейчас «живее всех живых» даже древние магнитные ленты — на них хранят огромные массивы информации во многих странах мира, включая РФ.
Как это работает
Записывается информация на новый тип магнитных лент при помощи сфокусированных миллиметровых волн в пределах частот от 30 до 300 Гц. В качестве записывающего устройства используется специальная головка с генератором волн, в результате чего биты данных фиксируются на ленте. Ученые утверждают, что подобный способ записи позволит хранить информацию настолько долго, насколько это возможно, поскольку эпсилон-оксид железа весьма устойчив к внешним паразитным магнитным полям.
Самое примечательное, что специалисты смогли решить т.н. «трилемму магнитной записи» — уменьшение размера магнитных частиц для увеличения плотности записи. Ведь чем меньше частица, тем она нестабильнее и выше риск потери данных. Именно в процессе решения трилеммы ученые и придумали прорывной материал — эпсилон-оксид железа.
Когда ждать
Как обычно, никаких точных дат. По мнению специалистов, их разработка найдет широкое применение за пределами лаборатории в ближайшие 5–10 лет. Что интересно, примерно через 6 лет производители традиционных носителей обещают выпустить 50–терабайтные HDD для дата-центров. Не потеряют ли актуальность к тому времени магнитные ленты нового поколения?
ДНК в качестве носителя высокой емкости
Теперь окунемся в совсем уж фантастику. По примерным подсчетам, интернет сегодня хранит до 700 миллиардов гигабайт информации. В один грамм ДНК можно закодировать порядка 0,5 млрд ГБ данных (в теории). Все знания человечества уместить в 1,4 кг макромолекул — понимаете, насколько это эпично?
Но молекула ДНК очень хрупкая, скажут одни и будут правы. Хотя при правильных условиях хранения ей ничего не грозит — вспомните только фрагменты геномов, сохранившихся в окаменелостях, коим десятки тысяч лет. Никакой из современных носителей ничем подобным похвастать не может. Оптимизма добавляет тот факт, что Microsoft совместно со специалистами Вашингтонского университета уже смогли создать прототип устройства хранения информации на базе ДНК. Тормозит процесс внедрения ДНК в качестве накопителя сложность записи и последующего чтения данных, но эти проблемы постепенно решаются созданием систем по типу DORIS или MIST. Сроки появления ДНК-накопителей вообще никак не обозначаются — ждем в обозримом будущем.
На кварцевом стекле
Постоянную структуру кварцевого стекла можно легко трансформировать лазером, то есть закодировать, а затем считать информацию с использованием нейросетей. Преимуществом такого метода хранения данных является компактность, отсутствие необходимости контроля температуры и регулярного обслуживания. Очевидно, что кварцевое стекло выступит в качестве реального носителя информации и будет использовано в коммерческих целях намного раньше, чем ДНК.
Подтверждением тому служит успешный опыт Microsoft с технологией под названием Project Silica. Так, в 2019 году на стеклянный накопитель размером 75×75х2 мм корпорация записала целый фильм — «Супермен» (1978). На этом дело не остановилось — в 2023 году Microsoft начала продвигать Project Silica на рынке как прорывное решение для облачных серверов, гарантируя сохранность данных в течение тысяч лет.
На керамических картриджах
В 2023 году стартап Cerabyte из Германии заявил о собственной технологии, которая позволит создавать петабайтные архивы на керамических картриджах и эксабайтные хранилища на керамических лентах. Обещается и внушительный срок их жизни — до 5000 лет.
В первом случае носитель представляет собой небольшой квадрат, во втором — ленту. В обоих случаях на них наносится керамическое покрытие с толщиной от 100 нм до 3 нм. Соответственно плотность данных может составлять от ГБ/см2 до ТБ/см2. Информация на них записывается с помощью лазеров или ионных пучков со скоростью до 2 млн бит за такт — в виде двумерного машиночитаемого оптического кода (на манер QR-кодов). Считывается — методом микроскопической визуализации высокого разрешения со скоростью несколько Гбит/с.
В компании Cerabyte говорят, что картриджи и ленты с вместительностью до 100 ПБ (сейчас предел 10 ПБ) получится произвести уже к 2025 году, а изготовление эксабайтных хранилищ запланировано не ранее 2030 года. Отмечается, что разработка крайне экологична: носитель полностью пригоден для вторичной переработки, запись и чтение обладают низким энергопотреблением, заявлена высокая долговечность.
Вечное 5D-хранилище
Значительный шаг вперед в вопросе цифровых хранилищ сделали ученые из Саутгемптонского университета. Они взяли наноструктурированное стекло и разработали процессы записи и последующего считывания данных, записанных в формате 5D. Для этого используется фемтосекундная лазерная запись. Чем интересна технология:
- Огромная емкость — до 360 ТБ на диске;
- Термостойкость — выдерживает экстремальные температуры до 1000 ℃;
- Неограниченный срок службы.
Это очень стабильная и безопасная форма хранения информации, и она окажется крайне полезной для оцифровки и хранения больших архивов. Впервые ее работоспособность продемонстрировали в 2013 году, записав небольшой текстовый файл размером 300 Кб в 5D. Теперь же ее используют для увековечивания важнейших документов в истории, например, «Всеобщей декларации прав человека».
Кстати, в 2018 году несколько таких кварцевых носителей с трилогией «Основание» Айзека Азимова были запущены в космос — вместе с красным электрокаром Tesla Roadster.