Festplatten sind immer noch ein wesentlicher Bestandteil der Datenspeicherung, aber obwohl sie immer größer und schneller werden, ist ihre Rolle im Laufe der Jahre immer kleiner geworden. Früher die Standardwahl für fast jede Arbeitslast, sind Festplatten heute zunehmend auf Bereiche beschränkt, in denen Kapazität und Kosten pro TB wichtiger sind als Geschwindigkeit, Latenz und Energieverbrauch.
Der Umzug erfolgte natürlich nicht über Nacht. Flash-Speicher sind billiger, dichter und zuverlässiger geworden, und Rechenzentren stehen unter dem Druck, den Stromverbrauch, den Kühlbedarf und sogar den Platzbedarf zu senken. Gleichzeitig wächst die Menge der generierten Daten immer weiter und zwingt die Betreiber dazu, zu überdenken, wie und wo Informationen gespeichert werden.
Aus diesem Grund wird eine breite Palette von Technologien als Alternativen zu Festplatten untersucht und wir haben hier viele davon behandelt TechRadar Pro. Einige Technologien tauchen bereits in Produktionsumgebungen auf, während andere noch fest im … experimentellen Bereich bleiben, sagen wir mal.
Ich denke, dass Sie in den kommenden Jahren noch mehr von diesen Technologien hören werden.
1. Enterprise-SSDs mit hoher Kapazität
SSDs sind natürlich die offensichtlichsten Kandidaten für den Ersatz von Festplatten, insbesondere in modernen Rechenzentren. Mittlerweile treiben Anbieter den Flash-Speicher deutlich über die 100-TB-Marke hinaus und zielen direkt auf Arbeitslasten ab, die früher auf großen Festplatten-Arrays beruhten.
Microns 6600 ION ist in einer 122-TB-PCIe-Gen5-Konfiguration erhältlich und könnte durchaus auf 245 TB skaliert werden. Bei diesen Kapazitäten kann ein einzelnes Rack laut Micron bis zu 88 PB Speicher erreichen, während ein 2U-Server mit 36 E3.S-SSDs bis zu 4,42 PB aufnehmen kann.
Bei dem auf Microns G9 NAND basierenden Laufwerk stehen Dichte, Energieeffizienz und Platzeinsparungen im Mittelpunkt, mit dem Ziel, Hyperscale- und Unternehmensbetreibern die Konsolidierung von Speicher zu ermöglichen und gleichzeitig den Energieverbrauch und den Kühlbedarf zu senken.
2. E2 SSD-Formfaktor
Der E2-SSD-Formfaktor zielt auf einen anderen Teil des Marktes ab und konzentriert sich auf warme Daten, die zwischen heißen und kalten Speicherebenen liegen. Es wurde entwickelt, um große Festplatten-Arrays zu ersetzen, bei denen Kapazität und Kosten wichtiger sind als Spitzenleistung.
E2 wurde in Zusammenarbeit zwischen SNIA und dem Open Compute Project entwickelt und zielt auf eine Flash-Dichte im Petabyte-Bereich in Standard-2U-Servern ab. In seiner ehrgeizigsten Form könnte ein einzelnes E2-Laufwerk bis zu 1 PB QLC-Flash speichern.
Das Design folgt dem EDSFF Ruler-Standard und nutzt NVMe über PCIe 6.0. Stromverbrauch und Wärmeabgabe bleiben große Herausforderungen, aber Befürworter sehen in E2 einen praktischen, flashbasierten Mittelweg zwischen teuren Hochleistungs-SSDs und platzhungrigem HDD-Speicher.
3. 5D-Speicherkristallspeicher
5D-Memory-Crystal-Speicher erfüllen eine ganz andere Rolle als Festplatten und konzentrieren sich eher auf die langfristige Haltbarkeit der Archivierung als auf die Geschwindigkeit. Die Technologie nutzt Quarzglas, das mit Femtosekundenlasern geätzt wird, um Daten in mikroskopische Strukturen zu kodieren.
Informationen werden in fünf Dimensionen gespeichert und kombinieren räumliche Position mit Orientierung und Intensität. Eine einzelne 5-Zoll-Glasscheibe soll bis zu 360 TB speichern können, wobei die Daten bei Temperaturen von bis zu 190 °C über extrem lange Zeiträume stabil bleiben.
Wie es bei neuer, experimenteller Technologie oft der Fall ist, sind aktuelle Prototypen langsam, mit Schreibgeschwindigkeiten um 4 MB/s und Lesegeschwindigkeiten um die 30 MB/s, was sie fest in die Kategorie der kalten Speicher einordnet.
4. DNA-Datenspeicherung
Anstelle von Magnetismus oder Ladung kodiert dieser Ansatz, vielleicht die radikalste Alternative zu Festplatten, digitale Daten in synthetische DNA, indem er Binärdaten in die vier DNA-Basen übersetzt.
Dies ermöglicht (zumindest theoretisch) die Speicherung großer Informationsmengen auf kleinstem Raum. Einige Unternehmen argumentieren, dass die DNA-Speicherung es in großem Maßstab ermöglichen könnte, dass die Daten der Menschheit in ein einziges Rechenzentrums-Rack passen.
DNA bleibt ohne Strom Tausende von Jahren stabil, was sie für eine langfristige Konservierung attraktiv macht. Obwohl es erste kommerzielle Produkte gibt, ist die Leistung langsam, die Kosten hoch und die DNA-Speicherung ist noch lange nicht für den Mainstream-Einsatz geeignet.
5. Stehende Wellenspeicherung
Standing-Wave-Storage oder SWS ist ein weiterer Versuch, die langfristige Datenspeicherung zu überdenken, indem Strom, Aktualisierungszyklen und magnetische Medien vollständig entfernt werden. Die von Clark Johnson, dem Kopf hinter der HDTV-Revolution, bei Wave Domain entwickelte Technologie ist von frühen fotografischen Techniken inspiriert und speichert Daten als Farbinterferenzmuster in einer Silberhalogenidemulsion.
Die Methode fängt stehende Lichtwellen in einer haltbaren Platte ein und erstellt so eine physikalische Aufzeichnung, die ohne Energiezufuhr über Jahrhunderte hinweg stabil bleiben kann. Die NASA testete monatelang an Bord der Internationalen Raumstation Proben, die kosmischer Strahlung ausgesetzt waren, ohne dass eine messbare Datenverschlechterung gemeldet wurde.
Die Speicherung mit stehender Welle richtet sich eher an kalte Archive als an aktive Systeme. Der Zugang erfordert optisches Scannen und Puffern, aber seine Beständigkeit gegenüber Strahlung, Feuchtigkeit und Zeit macht ihn zu einem Kandidaten für wissenschaftliche, behördliche, und Speicherplatzdaten, die weitaus länger überleben müssen als Festplatten oder Bänder.
6. SSD-Band-Hybrid
Die Magneto-Electric Disk (MED) von Huawei nutzt neben einem integrierten Bandmechanismus eine interne SSD für schnellen Zugriff, präsentiert sich äußerlich jedoch eher als Blockspeichergerät als als herkömmliches Bandsystem.
Daten, auf die schneller zugegriffen werden muss, werden auf den SSD-Bereich geschrieben, während kältere Daten automatisch auf das interne Band verschoben werden. Das Abrufen von auf Band gespeicherten Daten dauert länger, aber das System vermeidet die Komplexität externer Bandbibliotheken und reduziert den Stromverbrauch im Vergleich zu großen HDD-Arrays.
Durch das Verstecken des Bandes hinter einer festplattenähnlichen Schnittstelle zielt das Design auf Workloads ab, die zwischen Warm- und Cold-Storage liegen. Wir gehen davon aus, dass die erste Generation im Jahr 2025 erscheinen wird, mit einem Modell der zweiten Generation im Jahr 2026 oder 2027, aber Huawei hat in letzter Zeit keine Ankündigungen gemacht.
7. Atomare und defektbasierte Speicherung
Atomare und defektbasierte Speicherkonzepte treiben die Datenspeicherung auf die Ebene einzelner Atome. Akademische Forschungen haben gezeigt, wie winzige Defekte im Inneren von Kristallen als binäre Gedächtniszellen fungieren können.
Bei einem Ansatz werden mit seltenen Erden dotierte Kristalle verwendet, um Ladungen einzufangen, die Einsen und Nullen darstellen. Jedes fehlende Atom fungiert als einzelnes Bit und ermöglicht so eine extreme Datendichte in sehr kleinen Volumina.
Die Technologie ist experimentell und langsam, aber theoretisch könnte sie Terabytes an Daten auf einem Raum speichern, der nicht größer als ein Reiskorn ist. Der Fokus liegt naturgemäß eher auf der ultralangfristigen Archivierung als auf der aktiven Nutzung.
8. UltraRAM
Das Ziel dabei ist es, Speicher und Speicher in einer einzigen Technologie zusammenzufassen. UltraRAM stammt aus der Forschung der Lancaster University und wurde vom britischen Startup Quinas Technology entwickelt. Es zielt auf DRAM-ähnliche Geschwindigkeiten mit SSD-ähnlicher Nichtflüchtigkeit ab.
UltraRAM speichert Elektronen in einem Quantentopf und ermöglicht so einen schnellen Zugriff ohne die ständige Aktualisierung, die bei DRAM erforderlich ist, oder ohne die mit Flash verbundenen Verschleißmechanismen. Es wird auch erwartet, dass der Stromverbrauch weitaus geringer ist als bei bestehenden Speichertechnologien.
Staatliche Förderung und Branchenanerkennung haben dazu beigetragen, dass UltraRAM über Labordemonstrationen hinausgeht. Es bestehen jedoch weiterhin Hürden bei der Herstellung, und die Zukunft des Unternehmens hängt davon ab, ob es wirtschaftlich skalierbar ist.
9. Organische und molekulare Speicherung
Diese Forschung untersucht, ob Daten auf chemischer Ebene statt durch Magnetismus oder Ladung gespeichert werden können. Forscher in China untersuchen molekulare Festplatten, die aus metallorganischen Verbindungen aufgebaut sind.
Daten werden mithilfe einer leitfähigen Rasterkraftmikroskopspitze geschrieben und gelesen, die kontrollierte chemische Reaktionen auslöst. Dies ermöglicht eine äußerst feine Steuerung der Leitfähigkeitszustände und eine sehr hohe theoretische Datendichte.
Dadurch kann auch eine Verschlüsselung direkt im Material ermöglicht werden. Trotz seines Versprechens bleiben Haltbarkeit, Skalierbarkeit und die Praktikabilität des Lese-/Schreibmechanismus ungelöst.
10. Keramikspeicher
Keramikspeicher sind eindeutig auf Archivdaten ausgerichtet, bei denen Langlebigkeit und Energieeffizienz weitaus wichtiger sind als die Zugriffsgeschwindigkeit. Das von Western Digital unterstützte Unternehmen Cerabyte ist führend bei diesem Ansatz und verwendet lasergravierte Keramik-Nanoschichten, um Daten in einem inerten Medium zu speichern, das so konzipiert ist, dass es Tausende von Jahren stabil bleibt, ohne dass Strom benötigt wird.
Erste Pilotsysteme werden voraussichtlich etwa 1 PB pro Rack liefern, obwohl die Zugriffszeiten im Vergleich zu Festplatten oder Flash sehr langsam sind. Die Roadmap von Cerabyte deutet auf viel höhere Dichten hin, wobei die Ziele bei schnelleren Übertragungsraten auf 100 PB pro Rack steigen.
Wenn diese Ziele erreicht werden, könnte Keramikspeicher direkt mit Band- und Festplattenlaufwerken bei kalten Archiven konkurrieren, aber derzeit ist er fest in der Kategorie der Langzeitarchivierung angesiedelt und nicht im Alltagsspeicher.
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