آینده ذخیره سازی اطلاعات و دیتا کارتریج

چرا آینده ذخیره سازی اطلاعات به سمت نوارهای مغناطیسی گرایش دارد؟

در حالی که هارد دیسک‌ها در حال رسیدن به انتهای قابلیت‌های خود هستند، دیتا کارتریج ها هر روز بهتر و بهتر می‌شوند.

دور از ذهن نیست که پیشرفت‌های اخیر در زمینه تجزیه و تحلیل داده‌های کلان و هوش مصنوعی انگیزه شدیدی برای شرکت‌ها ایجاد کرده تا اطلاعات خود را به طور مطمئن و به بهترین شکل ممکن محافظت کنند.

مطالعات نشان می‌دهد که به طور میانگین میزان داده‌های ثبت شده 30 تا 40 درصد در سال در حال افزایش است. خوشبختانه بسیاری از این اطلاعات نیازی به دسترسی فوری ندارند و برای حفاظت از چنین اطلاعاتی، دیتا کارتریج بهترین راه حل است.

بسیاری از اطلاعات سازمان‌های سراسرجهان بر روی دیتا کارتریج‌ نگهداری می شوند، از جمله اطلاعات مربوط به علوم پایه، میراث انسانی و بایگانی‌های ملی، فیلم های اصلی، بانکداری، بیمه، اکتشاف نفت و موارد دیگر. حتی گروهی از افراد وجود دارند که وظیفه آنها بهبود وضعیت ذخیره سازی توسط دیتا کارتریج است.

در حالیکه مدت زمان طولانیست که دیتا کارتریج عرضه شده، کاملاً برعکس هارد دیسک و ترانزیستور است و طی دهه ها متوالی بسیار پیشرفت کرده است.

اولین سیستم ذخیره سازی نوار دیجیتال تجاری، IBM 726 که می‌تواند حدود 1.1 مگابایت را روی یک دیتا کارتریج ذخیره کند. امروزه یک دیتا کارتریج مدرن می تواند بیشتر از 15 ترابایت را در خود جای دهد و tape library می تواند حداکثر 278 پتابایت از اطلاعات را در خود جای داده باشد.

اگر همین مقدار اطلاعات را بر روی هارد دیسک های کم حجم ذخیره کنید به بیش از 397 میلیون هارد دیسک نیاز دارید که روی هم می‌توانند برجی با ارتفاع 476 کیلومتر را تشکیل دهند.

ماهیت آفلاین دیتا کارتریج ها یک خط دفاعی را در برابر باگ‌های نرم افزاری را ارائه می‌دهد. به طور مثال در سال 2011، نقص نرم افزاری باعث شد که گوگل اطلاعات ذخیره شده در ایمیل 40000 حساب از کاربران خود را حذف کند. خوشبختانه گوگل داده‌های خود را رو دیتا کارتریج ها نیز بکاپ گرفته بود و به آسانی توانست تمامی اطلاعات را از روی نسخه‌های پشتیبان برگرداند.

حادثه Gmail 2011 یکی از اولین مواردی بود که ارائه دهنده خدمات cloud از دیتا کارتریج برای فعالیت‌های خود استفاده می‌کرد. اخیراً، مایکروسافت اعلام کرد که Azure Archive Storage خود از تجهیزات ذخیره سازی تیپ IBM استفاده می‌کند.

علیرغم تمام این امتیازات، دلیل اصلی استفاده سازمان‌ها از دیتا کارتریج معمولاً هزینه کم است. هزینه ذخیره سازی یک ششم مبلغی است که باید برای نگهداری همان مقدار از اطلاعات روی هارد دیسک بپردازید. به همین دلیل تقریبا در هر سازمانی که اطلاعات گسترده در آن ذخیره می‌شود سیستم‌های ذخیره سازی مغناطیسی در آن یافت می‌شود.

علیرغم همه این امتیازات، دلیل اصلی استفاده شرکتها از نوار معمولاً صرفه اقتصادی است.

 هزینه ذخیره سازی نوار یک ششم مبلغی است که باید برای نگهداری همان مقدار داده روی دیسک بپردازید، به همین دلیل تقریباً در هر مکانی که داده‌های عظیمی ذخیره می شود Tape ها را پیدا می‌کنید.

اما از آنجا که نوار در حال حاضر به طور کامل از محصولات سطح مصرف کننده محو شده است، اکثر مردم از وجود آن بی اطلاع هستند، چه برسد به پیشرفت‌های شگرفی که فناوری ضبطtape  ها در سال‌های اخیر داشته و برای آینده‌ای قابل پیش بینی ادامه خواهد داشت.

همه اینها به این معنی است که نوار برای دهه‌ها در کنار ما بوده و برای دهه‌های آینده نیز در اینجا خواهد بود.

چرا هنوز Tape ها مقرون به‌صرفه هستند؟

Tape ها به یک دلیل اساسی هنوز هم مقرون به صرفه هستند: ارزان است و دائماً به صرفه‌تر می‌شود. اما آیا همیشه اینطور خواهد بود؟

شما ممکن است انتظار داشته باشید که اگر توانایی جمع کردن هرچه بیشتر داده‌ها روی دیسک‌های مغناطیسی کاهش می‌یابد، این مسئله برای نوار که از همان فناوری پایه استفاده می کند اما حتی قدیمی تر است نیز باید صادق باشد.

واقعیت شگفت آور این است که برای دیتا کارتریج افزایش این ظرفیت، هیچ نشانه ای از کند شدن ندارد. در واقع، این باید سالهای زیادی با نرخ تاریخی حدود 33 درصد در سال ادامه داشته باشد، به این معنی که تقریباً هر دو تا سه سال انتظار دو برابر شدن ظرفیت را دارید و آن را به عنوان یک قانون برای نوار مغناطیسی در نظر بگیرید.

این خبر خوبی برای هر کسی است که مجبور است با انفجار داده‌ها، با توجه به بودجه ذخیره سازی که ثابت است مقابله کند. برای درک اینکه چرا نوار هنوز هم نسبت به درایوهای سخت پتانسیل زیادی دارد، نحوه تکامل نوار و هارد را در نظر بگیرید.

هر دو برای ذخیره داده‌های دیجیتالی به مکانیسم‌های اساسی فیزیکی یکسان اعتماد می‌کنند. آنها این کار را به صورت نوارهای باریک در یک فیلم نازک از ماده مغناطیسی انجام می‌دهند که در آن مغناطیس بین دو حالت قطب سوئیچ می‌شود.

اطلاعات به صورت یک سری بیت رمزگذاری می‌شوند که با حضور یا عدم وجود انتقال قطب مغناطیسی در نقاط خاص در امتداد مسیر نشان داده می‌شوند. از زمان معرفی نوار و هارد دیسک در دهه 1950، تولیدکنندگان هر دو توسط “مانترا” متراکم‌تر، سریعتر، ارزان‌تر رانده می‌شوند. در نتیجه، هزینه هر دو، بر حسب دلار به ازای هر گیگابایت ظرفیت، به مقدار زیادی سفارش کاهش یافته است.

این کاهش هزینه ها نتیجه افزایش نمایی تراکم اطلاعاتی است که می‌تواند روی هر میلی‌متر مربع از بستر مغناطیسی ثبت شود. این تراکم منطقه‌ای محصول تراکم ضبط شده در امتداد داده‌ها و تراکم آن مسیرها در جهت عمود است.

در اوایل، تراکم منطقه‌ای نوارها و هارد دیسک‌ها مشابه بود. اما اندازه بازار و درآمد بسیار بیشتر از فروش هارد دیسک بودجه ای برای یک تحقیق R&D فراهم کرد، که سازندگان را قادر ساخت تا با شدت بیشتری مقیاس خود را افزایش دهند. در نتیجه، تراکم دیتای فعلی هارد دیسک های با ظرفیت بالا در حدود 100 برابر هارد دیسک های پیشین است.

با این وجود، از آنجا که سطح بسیار بیشتری برای ذخیره سازی در دسترس است، بر روی دیتا کارتریج ظرفیت تا 15 ترابایت فراهم شده است، بیشتر از دیسک‌های سخت با بالاترین ظرفیت در بازار.

یک کارتریج  LTOمدرن از یک حلقه واحد تشکیل شده است. پس از قرار دادن کارتریج، نوار به طور خودکار به یک حلقه تعبیه شده در مکانیزم درایو وصل شده و از آن طریق تغذیه می شود.

به استثنای ظرفیت، البته ویژگی‌های عملکرد نوار و هارد دیسک بسیار متفاوت است.

طول نوار‌ها در یک کارتریج – به طور معمول صدها متر – منجر به میانگین زمان دسترسی به اطلاعات از 50 تا 60 ثانیه در مقایسه با فقط 5 تا 10 میلی ثانیه برای هارددیسک ها می شود. اما به میزان کافی شگفت آور سرعت نوشتن داده ها به صورت نوار، بیش از دو برابر سرعت نوشتن روی دیسک است.

طی چند سال گذشته، مقیاس بندی تراکم منطقه ای داده ها روی دیسک های سخت از میانگین تاریخی آن در حدود 40 درصد در سال به 10 تا 15 درصد کاهش یافته است. دلیل آن مربوط به برخی از فیزیک های اساسی است: برای ثبت داده های بیشتر در یک منطقه مشخص، باید یک منطقه کوچکتر به هر بیت اختصاص دهید. این به نوبه خود سیگنالی را که می توانید هنگام خواندن دریافت کنید کاهش می دهد. اگر سیگنال را بیش از حد کاهش دهید، در نویز ناشی از ذرات دانه ای مغناطیسی که دیسک را پوشانده اند، از بین می رود.

می توان با کوچکتر کردن آن دانه ها، صدای پس زمینه را کاهش داد. اما کوچک کردن دانه های مغناطیسی بیش از اندازه مشخص بدون به خطر انداختن توانایی آنها در حفظ حالت مغناطیسی به روشی پایدار، دشوار است. کوچکترین اندازه ای که استفاده از آن برای ضبط مغناطیسی عملی است، در این تجارت به عنوان حد فوق العاده مغناطیسی شناخته می شود و تولیدکنندگان دیسک به آن رسیده اند.

تا همین اواخر، این کاهش سرعت برای مصرف کنندگان مشهود نبود، زیرا تولید کنندگان درایو دیسک قادر به جبران خسارت با اضافه کردن تعداد بیشتری هد و صفحه به هر واحد بودند، و امکان ایجاد ظرفیت بالاتر در بسته بندی همان اندازه را داشتند. اما اکنون هم فضای موجود و هم هزینه افزودن جزییات های بیشتر، منافعی را که تولید کنندگان درایو می توانند کسب کنند محدود می کند و فلات شروع به آشکار شدن می کند.

چند فناوری در دست توسعه است که می تواند مقیاس گذاری هارددیسک را فراتر از حد فوق العاده مغناطیسی امروز امکان پذیر کند. این موارد شامل ضبط مغناطیسی به کمک گرما (HAMR) و ضبط مغناطیسی به کمک مایکروویو(MAMR) ، تکنیک هایی است که استفاده از دانه های کوچکتر را امکان پذیر می کند و از این رو اجازه می دهد تا مناطق کوچکتر از دیسک مغناطیسی شوند. اما این رویکردها به هزینه اضافه می کنند و چالش های آزار دهنده مهندسی را به شما معرفی می کنند و حتی در صورت موفقیت، مقیاس ارائه شده توسط آنها، به گفته تولید کنندگان، به احتمال زیاد محدود خواهد بود. به عنوان مثالWestern Digital Corp ، که اخیراً اعلام کرده است که احتمالاً حمل و نقل دیسک های سخت MAMR را در سال 2019 آغاز می کند، انتظار دارد که این فناوری مقیاس بندی تراکم منطقه را فقط با حدود 15 درصد در سال امکان پذیر کند.