אחסון מדור קודם והאבולוציה של התקני נתונים

אינפורמטק דיגיטל » Recursos » אחסון מדור קודם והאבולוציה של התקני נתונים

לאורך ההיסטוריה, האנושות המציאה כל מיני טריקים ומכשירים לאחסון מידע : החל מלוחות חרס וכרטיסי קרטון מנוקבים ועד ענני נתונים הפרוסים ברחבי העולם. נפח הנתונים שאנו מייצרים כיום הוא כה מדהים עד כי המוח שלנו, גם אם הוא מפותח, לוקה בחסר וזקוק לסיוע טכנולוגי.

הבנת האופן שבו עברנו מכמה קילובייטים בארון מתכת לטרה -בייטים בכיסים שלנו וזטה-בייטים במרכזי נתונים מבוזרים אינה רק קוריוז היסטורי: היא מסבירה מדוע אנו עובדים כפי שאנו עובדים, כיצד אנו צורכים בידור דיגיטלי, ואילו סיכונים אנו עומדים בפני אובדן זיכרונות, מסמכים או ידע אם נבחר באמצעי אחסון שגוי.

מזיכרון אנושי ועד מכונות אחסון הנתונים הראשונות

לפני שנדון בדיסקים, קלטות או עננים, כדאי לזכור שהתקן האחסון הראשון הוא המוח האנושי, עם הזיכרון הביולוגי המוגבל והלא מושלם שלו . האבולוציה הגדילה את גודלו וקיבולתו: מינים כמו אוסטרלופיתקוס אפארנסיס היו בעלי מוחות של כ-400-500 סמ"ק, הומו הביליס הגיע ל-600-700 סמ"ק, הומו ארקטוס הגיע ל-800-1100 סמ"ק, והניאנדרטלים היו בסביבות 1200-1600 סמ"ק . לבני אדם מודרניים, הומו סאפיינס, יש מוחות של כ-1230 סמ"ק.

קפיצה זו אפשרה לנו לייצר כלים, ליצור תרבויות, טקסים ושפות מורכבות , אך הזיכרון נותר שביר: אנו שוכחים, מעוותים זיכרונות ואיננו מסוגלים להתמודד עם מפולת הנתונים הנוכחית. מכאן הצורך לפתח התקנים חיצוניים המאחסנים מידע ביציבות , מבלי להיות תלויים בנוירונים שלנו.

כרטיסי ניקוב: שפת החורים

הקפיצה הגדולה הראשונה לעבר אחסון דיגיטלי הייתה מכנית: כרטיסים מנוקבים . בשנת 1725, הצרפתי בזיל בושון הגה מערכת של כרטיסים מנוקבים לשליטה בנולים. זה לא היה מחשוב במובן המודרני, אלא שיטה של ​​קידוד ושימוש חוזר בהוראות.

בשנת 1837, המתמטיקאי הבריטי צ'ארלס באבג' תכנן את המנוע האנליטי המפורסם שלו , מכונת חישוב בעלת חלקים נעים שהשתמשה בכרטיסי ניקוב עבור פקודות ותוצאות כאחד. החורים שימשו כמתגי הפעלה/כיבוי , וצפו קוד בינארי.

מאוחר יותר, האמריקאי הרמן הולרית' יישם את הרעיון הזה עם המנוע האנליטי שלו למפקד האוכלוסין: החורים המנוקבים ייצגו הוראות וגם נתונים שהמכונה יכלה לקרוא באופן אוטומטי. במשך עשרות שנים, כרטיסי מנוקבים היו אמצעי האחסון הסטנדרטי לתוכניות ונתונים במחשבים רבים.

משנות ה-60 ואילך הן החלו להיות מוחלפות בטכנולוגיות מגנטיות, אם כי הן המשיכו לשמש גם בשנות ה-80 למשימות כמו מבחנים סטנדרטיים או הצבעה אלקטרונית על נייר מנוקב.

ראשית המגנטיות: סרטים, תופים וליבות

בשנות ה-50, עולם המחשוב אימץ את השימוש במגנטיות לאחסון מידע. הרעיון הבסיסי פשוט: לצפות תווך בחומר ניתן למגנט ולארגן אותו לתחומים זעירים (דיפולים) המייצגים ביטים.

בשנת 1928, המהנדס הגרמני פריץ פפלואר רשם פטנט על סרט מגנטי , בהשראת הכבל המגנטי של ולדמר פולסן. בשנת 1965, Mohawk Data Sciences הציגה מקודד סרט מגנטי שנועד להחליף בהדרגה כרטיסי ניקוב . הקלטות הציעו קיבולת גדולה יותר במחיר נמוך יותר, אם כי הגישה נותרה סדרתית.

בשנת 1932, המציא האוסטרי גוסטב טאושק את התוף המגנטי , גליל מצופה בחומר הניתן למגנט. תופים אלה יכלו לאחסן כעשרת אלפים מילים והיו קודמיהם הישירים של כוננים קשיחים מודרניים, והציעו גישה מהירה יותר מקלטת.

בערך באותו הזמן, צצו טכנולוגיות לזיכרון ראשי. בין סוף שנות ה-40 לשנות ה-50 של המאה ה-20 פותח זיכרון ליבה מגנטית , המכונה גם זיכרון טורואידי: טבעות קטנות של חומר פרומגנטי שעברו על ידי חוטים מוליכים. כל ליבה אחסנה סיבית אחת , וניתן היה לקרוא ולכתוב את מצבה המגנטי במהירות.

בשנת 1953, רכשה MIT את הפטנט ובנתה את מחשב ה- Whirlwind , חלוץ בשימוש בזיכרון בעל ליבה מגנטית כ-RAM. הוא היה מהיר ואמין הרבה יותר מכרטיסי מנוקב, אך ייצורו היה מורכב ויקר , ודרש הרכבה מדויקת ומייגעת מאוד.

זיכרונות אלקטרוניים: מצינור וויליאמס ועד למחצה

לפני שהטרנזיסטורים חוללו מהפכה בכל דבר, היו פתרונות ביניים לאחסון אלקטרוני. בשנת 1946, פרופסור פרדריק סי. וויליאמס וטום קילבורן פיתחו את מה שנקרא שפופרת וויליאמס באוניברסיטת מנצ'סטר. זו הייתה שפופרת קרן קתודית שעברה שינוי שאפשרה לאחסן נתונים בינאריים כתבניות מטען על המסך . היא שימשה כזיכרון RAM במחשבים מוקדמים של תוכניות מאוחסנות.

בשנת 1948 צצה טכנולוגיה יוצאת דופן נוספת: ה- Selectron , שסתום תרמיוני המסוגל לתפקד כזיכרון גישה אקראית . הוא פותח על ידי יאן א. רג'צ'מן וצוותו בחברת הרדיו של אמריקה (RCA). למרות היותה מעניינת מבחינה טכנית, מורכבותה ועלותה הגבילו משמעותית את אימוצה.

בשנת 1949 הוצג זיכרון קו השהייה , המבוסס על ניצול הזמן שלוקח לאות להתפשט דרך תווך פיזי (לדוגמה, כספית או קוורץ). ביטים קודדו כפולסים שהסתובבו ברציפות דרך התווך; זה היה פתרון גאוני, אך לא גמיש במיוחד בהשוואה לזיכרון RAM מאוחר יותר.

בסוף שנות ה-50, זיכרון הליבה המגנטית הפך ל-RAM הדומיננטי, עד שהחלו להופיע מוליכים למחצה בשנות ה-60 וה-70 . בשנת 1966, חברת אינטל, שהוקמה לאחרונה, החלה למכור שבבי זיכרון מוליכים למחצה של 2000 סיביות , שבהם כל תא הכיל טרנזיסטורים או קבלים ממוזערים.

בשנת 1966 הופיע גם DRAM (זיכרון גישה אקראית דינמי) . ב-DRAM, כל ביט מאוחסן כמטען חשמלי בקבל . זהו זיכרון נדיף: אם החשמל מנותק, המידע אובד. עם זאת, הוא צפוף מאוד וזול, ולכן הפך לזיכרון הראשי הסטנדרטי במחשבים אישיים ובשרתים.

לעומת זאת, ROM (זיכרון לקריאה בלבד) מתוכנת לצמיתות ושומר נתונים גם כאשר המכשיר כבוי, דבר שימושי מאוד לאחסון קושחה ושגרות אתחול.

חידושים מגנטיים מתקדמים: טוויסטור וזיכרון בועות

בשנת 1957, החוקר אנדרו בובק המציא את זיכרון הטוויסטור במעבדות בל . טכנולוגיה זו עטפה סרט מגנטי סביב חוט מוליך , במקום להשתמש בליבות טורואידליות, מה שהפחית את המשקל, צריכת החשמל ועלות הייצור.

מעבדות בל הציגה את טוויסטור כחלופה עדיפה לליבות מגנטיות: זולה יותר, קלה יותר וקל יותר לייצור . עם זאת, חלון המסחר שלה היה קצר, מכיוון שבמהרה הגיעו שבבי זיכרון RAM קומפקטיים וניתנים להרחבה של מוליכים למחצה.

בהתבסס על מחקר זה, בובק פיתח את זיכרון הבועות המפורסם בשנת 1980. טכנולוגיה זו השתמשה בשכבה דקה מאוד של חומר מגנטי שבו נוצרו אזורים ממוגנטים קטנים, ה"בועות " , שכל אחת מהן מייצגת קצת. הוא היה לא נדיף וחזק למדי , אם כי קשה לייצר אותו בקנה מידה גדול.

דיסקים וקלטות מגנטיים: מה-IBM 350 ועד לתקליטון

הקפיצה הגדולה למה שאנו מכירים כיום הגיעה עם דיסקים מגנטיים . בשנת 1951, ה-UNIVAC I כבר שילב כונני קלטות המסוגלים לאחסן עד 128 מילים לאינץ'. אבל מלך המפלגה המודרנית היה כונן הדיסק הקשיח.

בשנת 1956, IBM השיקה את ה- IBM 350 , שנחשב לכונן הקשיח המודרני הראשון. היה לו קיבולת של כ-4,4 מגה-בייט , הורכב מחמישים לוחות דיסק בגודל 24 אינץ' שהסתובבו במהירות של 1200 סל"ד, והיה בגודל של מקרר, ומשקלו היה מעל טון. למרות זאת, הוא הציע גישה אקראית מהירה מאוד בהשוואה לקלטות.

עם הזמן, שיפורים בטכנולוגיית ההקלטה המגנטית הובילו לכך שכוננים קשיחים הגדילו את קיבולתם, ירדו במחירם והפכו ממוזערים , מה שהוביל בסופו של דבר לכונני הדיסק הקשיחים של ימינו, שולחניים וניידים, עם כמה טרה-בייט בפורמטים של 3,5 או 2,5 אינץ', החלטה שכיום מושווית ל- SSD לעומת דיסק קשיח חיצוני.

לצד הדיסקים הקשיחים הגדולים, IBM קידמה גם דיסקטים . בשנים 1971-1972 הופיעו דיסקטים בגודל 8 אינץ' , בעלי קיבולת התחלתית של כ-80 קילו-בייט. הם כללו דיסק מחומר גמיש מצופה תחמוצת מגנטית, בתוך שרוול מגן.

בשנת 1975, אלן שוגארט פיתח את הדיסקט בגודל 5,25 אינץ' , שהיה קל יותר לניהול עבור מחשבים אישיים. דיסקים אלה היו בעלי קיבולת של כ-110 קילו-בייט בגרסאותיהם המוקדמות והיו מהירים וזולים יותר מדיסקי 8 אינץ'. עד 1978, כבר היו כעשרה יצרנים שייצרו כוננים בגודל 5,25 אינץ'.

בתחילת שנות ה-80, התקליטון הקלאסי בגודל 3,5 אינץ' פרץ לתודעה , עם מעטפתו הנוקשה ולשונית מתכת המגנה על המשטח המגנטי. הוא היה עמיד יותר, קומפקטי יותר ובעל קיבולת גדולה יותר מקודמיו. הוא הפך כל כך פופולרי שאפילו כיום, בתוכניות רבות, סמל ה"שמירה" עדיין משמש כדיסקטון.

למרות היותן מיושנות כמעט לחלוטין בתחום הביתי, חלק מהתשתיות הקריטיות, כמו מערכות צבאיות או גרעיניות מסוימות, שמרו על כונני תקליטונים במשך שנים רבות באופן מפתיע, דווקא בגלל פשטותם ובידודם, נוהג הקשור לאופן אחסון המחשבים הישנים שלכם.

סרט מגנטי במחשוב: מגיבוי ועד לאריכות ימים

למרות שהגישה הרציפה של סרט מגנטי הופכת אותו לאיטי יותר מדיסקים, יחס העלות/קיבולת הנמוך שלו ועמידותו שמרו עליו כמדיום מוביל לגיבויים גדולים.

בשנות ה-80 הופיעו פורמטים כמו קלטת שמע המותאמת לנתונים, שנמצאה בשימוש נרחב במחשבים ביתיים, ומאוחר יותר קלטות גיבוי ספציפיות כמו DAT (Digital Audio Tape) , שפותחה על ידי סוני בשנת 1987. זו הייתה קלטת שעוצבה מחדש, עם קלטת של 4 מ"מ במחסנית קומפקטית.

בשנת 1989, סוני ו- Hewlett-Packard השיקו את תקן DDS (אחסון נתונים דיגיטלי) , התפתחות של DAT שהתמקדה באחסון נתונים במחשב. הוא הציע קיבולות הולכות וגדלות בפורמטים קטנים יחסית , אידיאליים לעסקים.

דיסקים אופטיים: CD, DVD ו-Blu-ray

בעוד שהקלטה מגנטית שלטה, גישה מהפכנית נוספת החלה להתגבש: אחסון אופטי באמצעות לייזרים . בשנות ה-60, הממציא ג'יימס טי. ראסל עבד על הרעיון של שימוש באור כדי להקליט ולהשמיע מוזיקה. במשך שנים זה נחשב לחידוש לא גדול.

בשנת 1975, סוני ופיליפס השקיעו רבות בפרויקט שלו ומימנו את פיתוחו. התוצאה הייתה הדיסק הקומפקטי (CD) , שהושק מסחרית בשנת 1980. עבור אודיו, הוא יכל לאחסן כ-700 מגה-בייט של נתונים בפורמט מחשב, כמות עצומה באותה תקופה בהשוואה לדיסקים.

בשנת 1984 הופיע ה- CD-ROM (זיכרון קריאה בלבד של דיסק קומפקטי) , אשר השתמש באותו פורמט פיזי כמו תקליטור שמע אך קידד נתוני מחשב. מיקרו-גומות ואזורים שטוחים (קרקעות) חרוטים על פני השטח הפלסטיים של הדיסק , אותם הלייזר מפרש כסיביות.

מאוחר יותר, הופיעו גרסאות הניתנות לצריבה: CD-R לצריבה בלבד ו- CD-RW לצריבה חוזרת , שהוצגו בשנת 1995. אלה אפשרו לכל משתמש להקליט ולמחוק נתונים מספר פעמים על אותו דיסק.

בשנת 1995 הגיע ה- DVD (דיסק דיגיטלי רב-תכליתי) , והגדיל משמעותית את קיבולת אחסון הנתונים. DVD חד-שכבתי החזיק 4,7 ג'יגה-בייט , ו-DVD דו-שכבתי החזיק פי שניים מכך. הוא הפך לסטנדרט להפצת וידאו ביתי ותוכנות גדולות.

כניסיון מתחרה, פורמט ה- HD-DVD הופיע בשנת 2005 , בקידום של טושיבה, NEC וסאניו. הוא הציע רזולוציה גבוהה, אך בקרב המסחרי ניצח בסופו של דבר Blu-ray , שהושק בשנת 2003 והתבסס על לייזר כחול-סגול באורך גל קצר יותר , המאפשר אחסון מידע רב יותר באותו מרחב פיזי.

בלו-ריי ביסס את מעמדו כמדיום לווידאו ברזולוציה גבוהה ולאחסון בצפיפות גבוהה , עם קיבולות של 25 ג'יגה-בייט לשכבה וגרסאות מרובות שכבות המגיעות לעשרות ג'יגה-בייט לדיסק.

מדיה מגנטו-אופטית ופורמטים היברידיים

בין מגנטיות טהורה לדיסקים אופטיים, צצה משפחה היברידית: דיסקים מגנטו-אופטיים . הם הוצגו בסביבות 1990, ושילבו טכניקות מגנטיות ואופטיות לאחסון וקריאת נתונים.

דיסקים אלה, שלעתים קרובות היו בקוטר 3,5 או 5,25 אינץ', השתמשו בלייזר לחימום מקומי של פני השטח ובשדה מגנטי כדי לכוון את הפלטים. הקריאה התבססה על שינויים בקיטוב של האור המוחזר (אפקט קר) . הם הציעו עמידות טובה ויכולות כתיבה חוזרת , למרות שהיו יקרים ומורכבים יותר מתקליטורים או DVD.

שנות ה-90 ראו גם כמה פורמטים קצרי מועד אך מעניינים. בשנת 1992, סוני הוציאה את ה- MiniDisc , שנועד להחליף את קלטת האודיו וגם לאחסן נתונים (בגרסאות MD Data), עם קיבולת של כ-140 מגה-בייט. בשנת 1994, Iomega השיקה את Zip ומאוחר יותר את Jaz , דיסקים נשלפים בעלי קיבולת גבוהה לאותה תקופה (100 מגה-בייט עד 1 ג'יגה-בייט), שניסו למלא את הפער בין הדיסקט לבין הכוננים הקשיחים החיצוניים הראשונים.

זיכרון פלאש וכונני USB: הקפיצה הניידת הגדולה

בסוף שנות ה-90 הגיעה מהפכה שקטה: זיכרון פלאש , סוג של אחסון אלקטרוני בלתי נדיף. למרות שתוכנן בתחילה עבור מצלמות ומכשירים ניידים , הוא התפשט במהרה לכל דבר.

בשנת 1993 הוצג CompactFlash (CF) , כרטיס ששילב זיכרון פלאש לפורמט חזק. הוא שימש באופן נרחב כאחסון פנימי במצלמות דיגיטליות ובמחשבים משובצים מסוימים . זמן קצר לאחר מכן הגיע SmartMedia (Toshiba, 1995) וכרטיס המולטימדיה (MMC) של סימנס וסנדיסק בשנת 1997.

בשנת 1999, IBM הוציאה את ה- Microdrive , כונן קשיח מיני בגודל של כרטיס קומפקטי, ובשנת 2000 , כרטיסי Secure Digital (SD) הפכו פופולריים , עם הצפנה מובנית ומידות סטנדרטיות של 32 x 32 x 2,1 מ"מ. כרטיסי SD הפכו לסטנדרט דה פקטו עבור טלפונים ניידים, מצלמות ומגוון רחב של מכשירים ניידים.

נקודת המפנה העיקרית עבור המשתמש הממוצע הייתה כונן הבזק מסוג USB . בסביבות שנת 2000, החברה הסינגפורית Trek 2000 International הציגה את ה- ThumbDrive , הנחשב לכונן הבזק מסוג USB הראשון שהצליח מסחרית. הוא השתמש בזיכרון הבזק מסוג NAND וחובר ישירות ליציאת USB , ללא צורך במקור חשמל חיצוני או בבקרים מורכבים, אם כי לעיתים כדאי להיות מודעים לבעיות פוטנציאליות עם רכזות USB . כוננים אלה, המכונים גם כונני עט, מקלות USB או כונני הבזק , הציעו קיבולות החל מכמה מגה-בייט בלבד ועד מהרה צמחו לעשרות ג'יגה-בייט. לא היו להם חלקים נעים, הם יכלו לעמוד באלפי מחזורי כתיבה והיו עמידים מאוד בפני זעזועים והפרעות אלקטרומגנטיות . בכך, הם החליפו את הדיסקטים והחלו להאפיל על תקליטורים ו-DVD כאמצעי אחסון.

כונני SSD (Solid State Drive) ו-SMR: האצה וצמצום קיבולת

אותה טכנולוגיית זיכרון פלאש הולידה את כונני הזיכרון המוצק (SSD) . התקנים אלה מתפקדים כמו כוננים קשיחים מנקודת מבטה של ​​מערכת ההפעלה, אך באופן פנימי הם קבוצות של שבבי פלאש המחוברים זה לזה , ללא פלטות או ראשי קריאה/כתיבה; אם אתם מתעניינים בהבדל עם טכנולוגיות אחרות כמו אחסון NVMe , זה די חושפני.

כונני ה-SSD הראשונים שהצליחו מסחרית הגיעו מחברות כמו SanDisk והתפשטו במהירות למחשבים ניידים ונייחים, והחליפו כוננים קשיחים שבהם מהירות גישה וצריכת חשמל מופחתת הן המפתח. השבבים שלהם שונים מאלה שנמצאים בדרך כלל בכונני הבזק מסוג USB, ומציעים ביצועים גבוהים יותר, עמידות ועמידות בפני שחיקה , מה שמתורגם למחיר גבוה יותר לג'יגה-בייט.

בינתיים, כוננים קשיחים מסורתיים המשיכו להתפתח. טכנולוגיה חדשה אחת היא הקלטה מגנטית עם רעפים (SMR) . במקום לכתוב רצועות נפרדות, הן חופפות חלקית כמו רעפי גג , מה שחותך רצועות מבלי לאבד תוכן רלוונטי.

זה מאפשר הגדלת קיבולת באותו שטח פיזי , תוך שמירה על עלויות נמוכות ומינוף תשתית הדיסקים הקשיחים הקיימת. SMR כבר קיים בכוננים קשיחים מודרניים רבים, במיוחד בטווחי קיבולת גבוהה המיועדים לאחסון בכמות גדולה ולארכיון.

ממחסן פיזי למרכז נתונים: ממגורות, אגמים וביג דאטה

הצמיחה המהירה של מידע דיגיטלי הובילה ארגונים ליצור מערכות אחסון לוגיות גדולות. מצב זה הוליד סילו נתונים , שהם קבוצות מידע המאוחסנות עבור מחלקה או מערכת ספציפית, שאינן תואמות או קשות לשילוב עם שאר החברה.

בתחילה, ממגורות אלו נתפסו כאיי נתונים מוזרים; עם הזמן, הן הפכו למקור מידע יקר ערך עבור ביג דאטה , שאפשר שילוב וניתוח של כמויות גדולות של נתונים היסטוריים. מאוחר יותר, צץ הקונספט של אגם נתונים.

אגם נתונים מאחסן מידע בפורמט המקורי והלא מעובד שלו , המנוהל בדרך כלל באמצעות מסדי נתונים NoSQL. מערכות אלו מקבלות נתונים מובנים, חצי מובנים ולא מובנים, ומאפשרות לאנליסטים ולאלגוריתמים של בינה מלאכותית לעבד את המידע לפי דרישה.

על פי יוזמות כמו BBVA OpenMind, אגמי נתונים משתמשים בארכיטקטורות שטוחות , ללא מבנים היררכיים נוקשים, כדי להקל על גישה גמישה ולחסוך עלויות נמוכות. הם הפכו למרכיבים חיוניים עבור פרויקטים של ביג דאטה ובינה מלאכותית.

הענן ואחסון מקוון: נתונים בכל מקום

השינוי הגדול הבא לא היה כל כך מדיה פיזית חדשה, אלא שינוי במודל הודות לרשתות מהירות . רוחב פס משופר ושטח דיסק זול יותר אפשרו לבנות מרכזי נתונים עצומים הנגישים דרך האינטרנט.

כך נולד מחשוב ענן , ועמו נולד אחסון ענן . מנקודת מבטו של המשתמש, הענן מציע קיבולת כמעט בלתי מוגבלת, נגישה מכל מכשיר ומיקום , בתמורה לתשלום או אפילו בחינם אם מקבלים את המגבלות.

בפועל, ה"ענן" הוא אוסף עצום של שרתים, מערכי דיסקים, כונני SSD, קלטות ורשתות פנימיות . הוא משמש הן לגיבויים והן לאחסון ראשוני של מסמכים, תמונות וסרטונים . אם אתם משתמשים בדוא"ל, במדיה חברתית או בשירותי סטרימינג, אתם כבר משתמשים באחסון ענן מדי יום.

ספקים נאלצו לחזק את האבטחה באמצעות הצפנה, אימות ובקרות גישה מכיוון שארכיטקטורה משותפת מציבה אתגרי סודיות. מגזרים כמו בנקאות כפופים לתקנות מחמירות כדי להפחית סיכונים אלה.

בנוסף לאחסון מקוון למטרות כלליות, קיימים פתרונות אחסון אלחוטיים ספציפיים לבית . דוגמה היסטורית לכך היא Apple AirPort Time Capsule , מכשיר Wi-Fi ששילב נתב ודיסק קשיח בנפח של עד 3 טרה-בייט, שנועד לגיבויים אוטומטיים וגישה אלחוטית לנתונים ממכשירי Apple.

חזיתות חדשות: הולוגרמות, DNA וחומרים עמידים במיוחד

לנוכח צונאמי הנתונים הצפוי בעשורים הקרובים, מחקר האחסון בוחן נתיבים שונים מאוד מדיסקים או כונני הבזק. אחד מהם הוא זיכרון הולוגרפי , המאחסן נתונים דיגיטליים בתוך נפח של חומר כמו גבישים או פוטופולימרים , במקום להיות מוגבל לפני השטח שלו.

היתרון הגדול של זיכרון הולוגרפי הוא שהוא יכול לנצל את עובי אמצעי האחסון כדי לאחסן מידע בתלת-ממד (נפח בראג), ולהשיג צפיפויות עצומות. למרות שקיימים אבות טיפוס, זוהי עדיין לא טכנולוגיה בשימוש נרחב, אך היא מתגלה כאחד הפתרונות האפשריים לטווח ארוך לארכיון בצפיפות גבוהה מאוד.

תחום מרתק נוסף הוא אחסון DNA . DNA, מולקולת החיים, יכולה לקודד כמות מדהימה של מידע: כ -2,2 פטה-בייט לגרם . בתיאוריה, כל הנתונים שנוצרו על ידי האנושות יכולים להיכנס לכפית של DNA.

יתר על כן, DNA הוא מדיום עמיד במיוחד , המסוגל לשמר מידע במשך אלפי שנים אם הוא מאוחסן כראוי. הבעיה הנוכחית היא עלות ומהירות: קידוד של פחות מ-100 KB של נתונים יכול לעלות כ-1500 דולר, ותהליכי הסינתזה והריצוף נותרים איטיים.

השימוש ב- DNA מלאכותי או במולקולות ביולוגיות שעברו שינוי נבדק כדי להפחית את העלות והמהירות של פעולות אלו, אך הוא עדיין בשלב הניסויי. הרעיון, עם זאת, ברור: לעבור מדיסקים ושבבים לאחסון מולקולרי אמיתי.

במקביל, ננוטכנולוגיות פותחות דלתות ליישומים כגון שימוש באיזוטופים של פחמן (לדוגמה, אטומי פחמן-12 עבור "0" ואטומי פחמן-13 עבור "1") או חומרים מינרליים יציבים במיוחד. בשנת 2023, חברת Cerabyte הכריזה על מערכת המשתמשת בלייזר לחריטת מערכי נתונים תלת-ממדיים בדומה לקודי QR על גבי מצע מינרלי , עמידה לטמפרטורות קיצוניות, אש, שיטפונות וקפיצות מתח, עם אורך חיים משוער של למעלה מ-5000 שנה.

אמינות, ריקבון סיביות והעתקים: הצד הפחות זוהר של אחסון

ללא קשר לאמצעי האחסון, לכולם בעיה אחת משותפת: אורך החיים שלהם מוגבל והם רגישים לכשל . כוננים קשיחים עלולים להינזק מפגיעות, קלטות עלולות להפוך למגנטיות, דיסקים אופטיים עלולים להתכלות וזיכרון פלאש עלול לאבד את טעינתו עם הזמן.

תופעה המוזכרת לעתים קרובות היא ריקבון סיביות , ההידרדרות השקטה שבה חלק מהסיביות משנות את ערכן מבלי להיות מורגשות באופן מיידי . זה משפיע במיוחד על מדיות אחסון לטווח ארוך כגון כוננים קשיחים ישנים, קלטות או כונני הבזק שעוברים שנים רבות מבלי להיקרא.

לכן, מומלץ לגשת מעת לעת לאמצעי אחסון (לדוגמה, קריאת כונן USB מדי פעם) ולשכפל את המידע לאמצעי אחסון חדשים כל כמה שנים. מערכות כמו RAID עם קודי תיקון שגיאות מאפשרות שחזור של נתונים פגומים על ידי הכנסת יתירות, אך הן לעולם אינן מבטלות לחלוטין את הסיכון.

בנוגע לסיווג, אנו בדרך כלל מבחינים בין אחסון ראשוני (RAM, מטמון), שהוא מהיר במיוחד אך נדיף ונגיש ישירות על ידי המעבד, לבין אחסון משני (דיסקים, SSD, קלטות, אחסון ענן), שהוא איטי יותר אך לא נדיף. בתוך אחסון משני, אנו מבחינים עוד יותר בין גישה סדרתית (קלטות) לגישה אקראית (דיסקים, SSD, אחסון פלאש), בהתאם לשאלה האם אנו יכולים לקפוץ ישירות לנתונים הרצויים או שחייבים לסרוק את כל הנתונים מההתחלה.

ללא קשר לטכנולוגיה, ההגנה האמיתית היחידה מפני אובדן נתונים נותרה יתירות וגיבויים מתוכננים היטב . וכאשר מתמודדים עם מידע רגיש, נכנסת לתמונה קריפטוגרפיה , הן במפתח ציבורי (RSA וכו') והן במפתח סימטרי (AES, DES), דבר שרלוונטי במיוחד בהקשרים של אחסון ענן.

בסך הכל, ההיסטוריה של האחסון הובילה אותנו ממכונות עצומות עם קיבולת של כמה קילובייטים לשבבים זעירים המסוגלים להתמודד עם טרה-בייטים ומערכות מבוזרות המנהלות זטה-בייטים; ובכל זאת, אנו ממשיכים לחפש אחר אמצעי אחסון חדשים, צפופים, עמידים ומאובטחים יותר , החל מהולוגרמות ועד DNA או חומרים מינרליים אקזוטיים. הכל מצביע על כך שכפי שהיה עד כה, הקפיצות הבאות ישלבו חידושים פיזיים עם ארכיטקטורות רשת חכמות יותר ויותר כדי להמשיך ולאפשר לנו לאחסן ולאחזר, כמעט מבלי שנבין, את כמות הנתונים העצומה שאנו מייצרים מדי יום.