Công nghệ lưu trữ cũ và sự phát triển của các thiết bị dữ liệu

Informatec Digital » Recursos » Công nghệ lưu trữ cũ và sự phát triển của các thiết bị dữ liệu

Xuyên suốt lịch sử, nhân loại đã nghĩ ra đủ mọi thủ đoạn và thiết bị để lưu trữ thông tin : từ những tấm bảng đất sét và thẻ bìa cứng đục lỗ đến những đám mây dữ liệu trải rộng khắp toàn cầu. Khối lượng dữ liệu mà chúng ta tạo ra ngày nay lớn đến mức bộ não của chúng ta, dù tiến hóa đến đâu, vẫn không thể đáp ứng và cần đến sự hỗ trợ của công nghệ.

Hiểu được quá trình chuyển đổi từ vài kilobyte trong một chiếc tủ kim loại đến terabyte trong túi và zettabyte trong các trung tâm dữ liệu phân tán không chỉ là một sự tò mò về lịch sử: nó giải thích tại sao chúng ta làm việc theo cách hiện tại, cách chúng ta tiêu thụ nội dung giải trí kỹ thuật số và những rủi ro mà chúng ta phải đối mặt khi chọn phương tiện lưu trữ không phù hợp.

Từ trí nhớ con người đến những máy lưu trữ dữ liệu đầu tiên

Trước khi bàn về đĩa cứng, băng từ hay điện toán đám mây, điều đáng nhớ là thiết bị lưu trữ đầu tiên chính là bộ não con người, với bộ nhớ sinh học hạn chế và không hoàn hảo . Quá trình tiến hóa đã làm tăng kích thước và dung lượng của nó: các loài như Australopithecus afarensis có bộ não khoảng 400-500 cm³, Homo habilis đạt 600-700 cm³, Homo erectus đạt 800-1100 cm³, và người Neanderthal khoảng 1200-1600 cm³ . Con người hiện đại, Homo sapiens, có bộ não khoảng 1230 cm³.

Bước tiến này cho phép chúng ta chế tạo công cụ, tạo ra các nền văn hóa, nghi lễ và ngôn ngữ phức tạp , nhưng trí nhớ vẫn dễ bị tổn thương: chúng ta quên, bóp méo ký ức và không thể xử lý lượng dữ liệu khổng lồ hiện nay. Do đó, cần phải phát triển các thiết bị bên ngoài để lưu trữ thông tin một cách ổn định , mà không phụ thuộc vào các tế bào thần kinh của chúng ta.

Thẻ đục lỗ: ngôn ngữ của những lỗ

Bước tiến lớn đầu tiên hướng tới lưu trữ kỹ thuật số là bằng cơ học: thẻ đục lỗ . Năm 1725, người Pháp Basile Bouchon đã phát minh ra hệ thống thẻ đục lỗ để điều khiển máy dệt. Đó không phải là điện toán theo nghĩa hiện đại, nhưng đó là một phương pháp mã hóa và tái sử dụng các lệnh.

Năm 1837, nhà toán học người Anh Charles Babbage đã thiết kế cỗ máy phân tích nổi tiếng của mình , một máy tính có các bộ phận chuyển động sử dụng thẻ đục lỗ cho cả lệnh và kết quả. Các lỗ trên thẻ hoạt động như công tắc bật/tắt , báo trước sự ra đời của mã nhị phân.

Sau đó, người Mỹ Herman Hollerith đã hiện thực hóa ý tưởng này với Máy phân tích dùng trong điều tra dân số: các lỗ đục đại diện cho các chỉ dẫn và cả dữ liệu mà máy có thể tự động đọc. Trong nhiều thập kỷ, thẻ đục lỗ là phương tiện lưu trữ tiêu chuẩn cho các chương trình và dữ liệu trong nhiều máy tính.

Từ những năm 60 trở đi, chúng bắt đầu được thay thế bằng công nghệ từ tính, mặc dù chúng vẫn tiếp tục được sử dụng cho đến những năm 80 cho các nhiệm vụ như kiểm tra tiêu chuẩn hóa hoặc bỏ phiếu điện tử trên giấy đục lỗ.

Khởi nguồn của từ tính: băng từ, trống từ và lõi từ.

Vào những năm 50, thế giới máy tính đã đón nhận từ tính để lưu trữ thông tin. Ý tưởng cơ bản rất đơn giản: phủ một lớp vật liệu từ hóa lên môi trường và sắp xếp nó thành các vùng nhỏ (lưỡng cực) đại diện cho các bit.

Năm 1928, kỹ sư người Đức Fritz Pfleumer đã được cấp bằng sáng chế cho băng từ , lấy cảm hứng từ cáp từ của Valdemar Poulsen. Năm 1965, Mohawk Data Sciences giới thiệu bộ mã hóa băng từ được thiết kế để dần thay thế thẻ đục lỗ . Băng từ cung cấp dung lượng lớn hơn với giá thành thấp hơn, mặc dù việc truy cập vẫn phải theo trình tự.

Năm 1932, nhà kỹ sư người Áo Gustav Taushek đã phát minh ra trống từ , một hình trụ được phủ vật liệu từ hóa. Những chiếc trống này có thể lưu trữ khoảng mười nghìn từ và là tiền thân trực tiếp của ổ cứng hiện đại, cung cấp tốc độ truy cập nhanh hơn so với băng từ.

Cũng vào khoảng thời gian đó, các công nghệ bộ nhớ chính bắt đầu xuất hiện. Giữa những năm cuối thập niên 40 và thập niên 50, bộ nhớ lõi từ , còn được gọi là bộ nhớ hình xuyến, đã được phát triển: những vòng nhỏ bằng vật liệu sắt từ được xuyên qua bởi các dây dẫn. Mỗi lõi lưu trữ một bit , và trạng thái từ tính của nó có thể được đọc và ghi nhanh chóng.

Năm 1953, MIT đã mua lại bằng sáng chế và chế tạo máy tính Whirlwind , một thiết bị tiên phong trong việc sử dụng bộ nhớ lõi từ làm RAM. Nó nhanh hơn và đáng tin cậy hơn nhiều so với thẻ đục lỗ, nhưng quá trình sản xuất phức tạp và tốn kém , đòi hỏi sự lắp ráp rất chính xác và tốn nhiều công sức.

Bộ nhớ điện tử: từ ống Williams đến chất bán dẫn

Trước khi transistor làm thay đổi mọi thứ, đã có những giải pháp lưu trữ điện tử trung gian. Năm 1946, Giáo sư Frederick C. Williams và Tom Kilburn đã phát triển cái gọi là ống Williams tại Đại học Manchester. Đó là một ống tia cathode được sửa đổi cho phép lưu trữ dữ liệu nhị phân dưới dạng các mẫu điện tích trên màn hình . Nó được sử dụng như RAM trong các máy tính lập trình lưu trữ đời đầu.

Năm 1948, một công nghệ độc đáo khác xuất hiện: Selectron , một loại van điện tử có khả năng hoạt động như bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên . Nó được phát triển bởi Jan A. Rajchman và nhóm của ông tại Tập đoàn Radio Hoa Kỳ (RCA). Mặc dù về mặt kỹ thuật rất thú vị, nhưng độ phức tạp và chi phí của nó đã hạn chế đáng kể việc ứng dụng rộng rãi.

Năm 1949, bộ nhớ đường trễ được giới thiệu , dựa trên việc tận dụng thời gian tín hiệu lan truyền qua môi trường vật lý (ví dụ: thủy ngân hoặc thạch anh). Các bit được mã hóa dưới dạng các xung lưu thông liên tục trong môi trường; đó là một giải pháp khéo léo, nhưng không linh hoạt lắm so với RAM sau này.

Vào cuối những năm 50, bộ nhớ lõi từ trở thành loại RAM chiếm ưu thế, cho đến khi chất bán dẫn bắt đầu xuất hiện vào những năm 60 và 70. Năm 1966, công ty Intel mới thành lập bắt đầu bán các chip nhớ bán dẫn 2000 bit , trong đó mỗi ô chứa các bóng bán dẫn hoặc tụ điện thu nhỏ.

Năm 1966, DRAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động) cũng xuất hiện . Trong DRAM, mỗi bit được lưu trữ dưới dạng điện tích trong một tụ điện . Đây là bộ nhớ khả biến: nếu nguồn điện bị ngắt, thông tin sẽ bị mất. Tuy nhiên, nó rất nhỏ gọn và rẻ tiền, vì vậy nó đã trở thành bộ nhớ chính tiêu chuẩn trong máy tính cá nhân và máy chủ.

Ngược lại, ROM (Bộ nhớ chỉ đọc) được lập trình vĩnh viễn và giữ lại dữ liệu ngay cả khi thiết bị tắt, rất hữu ích để lưu trữ phần mềm và các chương trình khởi động.

Những cải tiến từ tính tiên tiến: Công nghệ Twistor và Bubble Memory

Năm 1957, nhà nghiên cứu Andrew Bobeck đã phát minh ra bộ nhớ Twistor tại Bell Labs . Công nghệ này sử dụng băng từ quấn quanh một dây dẫn , thay vì sử dụng lõi hình xuyến, giúp giảm trọng lượng, điện năng tiêu thụ và chi phí sản xuất.

Bell Labs đã giới thiệu Twistor như một giải pháp thay thế vượt trội cho lõi từ: rẻ hơn, nhẹ hơn và dễ sản xuất hơn . Tuy nhiên, thời gian thương mại hóa của nó khá ngắn, vì các chip RAM bán dẫn nhỏ gọn và có khả năng mở rộng hơn đã sớm xuất hiện.

Dựa trên nghiên cứu này, Bobeck đã phát triển công nghệ Bubble Memory nổi tiếng vào năm 1980. Công nghệ này sử dụng một lớp màng từ tính rất mỏng, trong đó hình thành các vùng từ hóa nhỏ, gọi là "bong bóng" , mỗi vùng đại diện cho một bit. Nó có tính chất không bay hơi và khá bền vững , mặc dù khó sản xuất trên quy mô lớn.

Đĩa từ và băng từ: từ IBM 350 đến đĩa mềm

Bước tiến lớn dẫn đến những gì chúng ta quen thuộc ngày nay đến từ đĩa từ . Năm 1951, máy tính UNIVAC I đã tích hợp ổ đĩa băng từ có khả năng lưu trữ tới 128 từ trên mỗi inch. Nhưng "ông vua" của kỷ nguyên hiện đại chính là ổ đĩa cứng.

Năm 1956, IBM cho ra mắt IBM 350 , được coi là ổ cứng hiện đại đầu tiên. Nó có dung lượng khoảng 4,4 MB , bao gồm năm mươi đĩa từ 24 inch quay với tốc độ 1200 vòng/phút, và có kích thước tương đương một chiếc tủ lạnh, nặng hơn một tấn. Mặc dù vậy, nó cung cấp khả năng truy cập ngẫu nhiên rất nhanh so với băng từ.

Theo thời gian, những cải tiến trong công nghệ ghi từ tính đã dẫn đến việc ổ cứng tăng dung lượng, giảm giá thành và được thu nhỏ lại , cuối cùng dẫn đến sự ra đời của các ổ cứng HDD dành cho máy tính để bàn và máy tính xách tay ngày nay, với dung lượng vài terabyte ở định dạng 3,5 hoặc 2,5 inch, một quyết định hiện đang được so sánh với việc lựa chọn giữa SSD và ổ cứng HDD gắn ngoài.

Bên cạnh các ổ cứng HDD dung lượng lớn, IBM cũng quảng bá đĩa mềm . Vào năm 1971-1972, đĩa mềm 8 inch xuất hiện , với dung lượng ban đầu khoảng 80 KB. Chúng bao gồm một đĩa làm bằng vật liệu dẻo được phủ oxit từ tính, nằm bên trong một lớp vỏ bảo vệ.

Năm 1975, Allan Shugart đã phát triển đĩa mềm 5,25 inch , loại đĩa dễ sử dụng hơn cho máy tính cá nhân. Những đĩa này có dung lượng khoảng 110 KB trong các phiên bản đầu tiên và nhanh hơn, rẻ hơn so với đĩa 8 inch. Đến năm 1978, đã có khoảng mười nhà sản xuất sản xuất ổ đĩa 5,25 inch.

Đầu những năm 80, đĩa mềm 3,5 inch kinh điển xuất hiện với lớp vỏ cứng cáp và một miếng kim loại bảo vệ bề mặt từ tính. Nó bền hơn, nhỏ gọn hơn và có dung lượng lớn hơn so với các thế hệ trước. Nó trở nên phổ biến đến nỗi ngay cả ngày nay, trong nhiều chương trình, biểu tượng "Lưu" vẫn là hình đĩa mềm.

Mặc dù gần như lỗi thời trong phạm vi gia đình, một số cơ sở hạ tầng quan trọng, chẳng hạn như một số hệ thống quân sự hoặc hạt nhân, vẫn duy trì ổ đĩa mềm trong nhiều năm đáng ngạc nhiên, chính xác là vì tính đơn giản và khả năng hoạt động độc lập của chúng, một thực tiễn có liên quan đến cách lưu trữ máy tính cá nhân cũ của bạn.

Băng từ trong điện toán: từ sao lưu đến tuổi thọ lâu dài

Mặc dù việc truy cập tuần tự của băng từ khiến nó chậm hơn so với ổ đĩa, nhưng tỷ lệ chi phí/dung lượng thấp và độ bền đã giúp nó trở thành phương tiện hàng đầu cho việc sao lưu dữ liệu quy mô lớn.

Vào những năm 80, các định dạng như băng cassette âm thanh được chuyển đổi thành băng dữ liệu xuất hiện, được sử dụng rộng rãi trong các máy vi tính gia đình, và sau đó là các loại băng sao lưu chuyên dụng như DAT (Digital Audio Tape) , được Sony phát triển vào năm 1987. Đó là một loại băng cassette được thiết kế lại, với băng 4 mm trong một hộp nhỏ gọn.

Năm 1989, Sony và Hewlett-Packard cho ra mắt tiêu chuẩn DDS (Digital Data Storage) , một sự phát triển của DAT tập trung vào lưu trữ dữ liệu máy tính. Tiêu chuẩn này cung cấp dung lượng ngày càng tăng trong các định dạng tương đối nhỏ , lý tưởng cho các doanh nghiệp.

Đĩa quang: CD, DVD và Blu-ray

Trong khi ghi âm từ tính vẫn chiếm ưu thế, một phương pháp mang tính cách mạng khác đang dần hình thành: lưu trữ quang học sử dụng tia laser . Vào những năm 60, nhà phát minh James T. Russell đã nghiên cứu ý tưởng sử dụng ánh sáng để ghi và phát lại nhạc. Trong nhiều năm, ý tưởng này chỉ được xem là một điều mới lạ.

Năm 1975, Sony và Philips đã đầu tư mạnh vào dự án của ông và tài trợ cho việc phát triển nó. Kết quả là đĩa CD ra đời , được thương mại hóa vào năm 1980. Đối với âm thanh, nó có thể lưu trữ khoảng 700 MB dữ liệu ở định dạng máy tính, một dung lượng khổng lồ vào thời điểm đó so với đĩa mềm.

Năm 1984, đĩa CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) xuất hiện , sử dụng cùng định dạng vật lý với đĩa CD âm thanh nhưng mã hóa dữ liệu máy tính. Các rãnh nhỏ và vùng phẳng (lands) được khắc lên bề mặt nhựa của đĩa , mà tia laser sẽ hiểu là các bit.

Sau đó, các phiên bản có thể ghi xuất hiện: đĩa CD-R chỉ ghi và đĩa CD-RW có thể ghi lại , được giới thiệu vào năm 1995. Điều này cho phép bất kỳ người dùng nào cũng có thể ghi và xóa dữ liệu nhiều lần trên cùng một đĩa.

Năm 1995, đĩa DVD (Digital Versatile Disc) ra đời , làm tăng đáng kể dung lượng lưu trữ dữ liệu. Một đĩa DVD một lớp có dung lượng 4,7 GB , và đĩa DVD hai lớp có dung lượng gấp đôi. Nó trở thành tiêu chuẩn cho video gia đình và phân phối phần mềm dung lượng lớn.

Để cạnh tranh, định dạng HD-DVD xuất hiện vào năm 2005 , được Toshiba, NEC và Sanyo quảng bá. Nó cung cấp độ phân giải cao, nhưng cuộc chiến thương mại cuối cùng đã thuộc về Blu-ray , ra mắt năm 2003 và dựa trên tia laser xanh tím có bước sóng ngắn hơn , cho phép lưu trữ nhiều thông tin hơn trong cùng một không gian vật lý.

Blu-ray đã khẳng định vị thế của mình như một phương tiện lưu trữ video độ phân giải cao và dung lượng lớn , với dung lượng lên đến 25 GB mỗi lớp và các phiên bản nhiều lớp có thể đạt đến hàng chục gigabyte mỗi đĩa.

Phương tiện từ quang và các định dạng lai

Giữa từ tính thuần túy và đĩa quang, một dòng sản phẩm lai đã ra đời: đĩa từ quang (Magneto-Optical Discs ). Được giới thiệu vào khoảng năm 1990, chúng kết hợp các kỹ thuật từ tính và quang học để lưu trữ và đọc dữ liệu.

Những đĩa này, thường có kích thước 3,5 hoặc 5,25 inch trong hộp đựng, sử dụng tia laser để làm nóng cục bộ bề mặt và từ trường để định hướng các đĩa từ. Việc đọc dữ liệu dựa trên sự thay đổi độ phân cực của ánh sáng phản xạ (hiệu ứng Kerr) . Chúng có độ bền tốt và khả năng ghi lại nhiều lần , mặc dù đắt hơn và phức tạp hơn so với đĩa CD hoặc DVD.

Thập niên 90 cũng chứng kiến ​​một số định dạng ngắn ngủi nhưng thú vị. Năm 1992, Sony phát hành MiniDisc , được thiết kế để thay thế băng cassette âm thanh và cũng để lưu trữ dữ liệu (trong phiên bản MD Data), với dung lượng khoảng 140 MB. Năm 1994, Iomega ra mắt Zip và sau đó là Jaz , các ổ đĩa di động dung lượng cao vào thời điểm đó (từ 100 MB đến 1 GB), nhằm mục đích lấp đầy khoảng trống giữa đĩa mềm và các ổ cứng gắn ngoài đầu tiên.

Bộ nhớ flash và ổ USB: bước nhảy vọt tuyệt vời trong lĩnh vực thiết bị di động

Vào cuối những năm 90, một cuộc cách mạng thầm lặng đã xuất hiện: bộ nhớ flash , một loại bộ nhớ điện tử không bị mất dữ liệu khi tắt nguồn. Mặc dù ban đầu được thiết kế cho máy ảnh và các thiết bị di động , nhưng nó nhanh chóng lan rộng ra mọi lĩnh vực.

Năm 1993, CompactFlash (CF) được giới thiệu , một loại thẻ tích hợp bộ nhớ flash vào một định dạng bền chắc. Nó được sử dụng rộng rãi làm bộ nhớ trong cho máy ảnh kỹ thuật số và một số máy tính nhúng . Không lâu sau đó, SmartMedia (Toshiba, 1995) và Thẻ Đa phương tiện (MMC) của Siemens và SanDisk ra đời vào năm 1997.

Năm 1999, IBM cho ra mắt Microdrive , một ổ cứng mini có kích thước bằng thẻ nhớ, và đến năm 2000 , thẻ nhớ Secure Digital (SD) trở nên phổ biến với tính năng mã hóa tích hợp và kích thước tiêu chuẩn 32 x 32 x 2,1 mm. Thẻ SD trở thành tiêu chuẩn mặc định cho điện thoại di động, máy ảnh và vô số thiết bị di động khác.

Bước ngoặt lớn đối với người dùng thông thường chính là ổ đĩa flash USB . Khoảng năm 2000, công ty Trek 2000 International của Singapore đã giới thiệu ThumbDrive , được coi là ổ đĩa flash USB thành công về mặt thương mại đầu tiên. Nó sử dụng bộ nhớ flash NAND và kết nối trực tiếp với cổng USB , không cần nguồn điện bên ngoài hoặc bộ điều khiển phức tạp, mặc dù đôi khi cần lưu ý đến các vấn đề tiềm ẩn với các hub USB . Những ổ đĩa này, còn được gọi là ổ bút, USB stick hoặc ổ flash , có dung lượng khởi điểm chỉ vài megabyte và nhanh chóng tăng lên hàng chục gigabyte. Chúng không có bộ phận chuyển động, có thể chịu được hàng nghìn chu kỳ ghi và có khả năng chống sốc và nhiễu điện từ cao . Nhờ đó, chúng đã thay thế đĩa mềm và bắt đầu vượt trội hơn CD và DVD như một phương tiện lưu trữ.

Ổ cứng thể rắn (SSD) và bộ nhớ SMR: Tăng tốc và tối ưu hóa dung lượng

Công nghệ bộ nhớ flash tương tự đã tạo ra ổ đĩa trạng thái rắn (SSD) . Từ góc nhìn của hệ điều hành, các thiết bị này hoạt động giống như ổ cứng thông thường, nhưng bên trong chúng là một tập hợp các chip flash được kết nối với nhau , không có đĩa từ hay đầu đọc/ghi; nếu bạn quan tâm đến sự khác biệt so với các công nghệ khác như bộ nhớ NVMe , bạn sẽ thấy điều đó khá rõ ràng.

Những ổ SSD thành công về mặt thương mại đầu tiên đến từ các công ty như SanDisk và nhanh chóng lan rộng sang máy tính xách tay và máy tính để bàn, thay thế ổ HDD ở những nơi tốc độ truy cập và giảm tiêu thụ điện năng là yếu tố quan trọng. Chip của chúng khác với những chip thường thấy trong ổ USB flash, mang lại hiệu năng cao hơn, độ bền tốt hơn và khả năng chống mài mòn cao hơn, điều này dẫn đến giá thành mỗi gigabyte cao hơn.

Trong khi đó, các ổ cứng truyền thống vẫn tiếp tục phát triển. Một công nghệ mới đây là ghi từ tính xếp lớp (Shingled Magnetic Recording - SMR) . Thay vì ghi các rãnh riêng biệt, chúng được chồng lên nhau một phần giống như ngói lợp , cắt các rãnh mà không làm mất nội dung quan trọng.

Điều này cho phép tăng dung lượng lưu trữ trong cùng một không gian vật lý , đồng thời duy trì chi phí thấp và tận dụng cơ sở hạ tầng ổ cứng HDD hiện có. Công nghệ SMR đã có mặt trong nhiều ổ cứng hiện đại, đặc biệt là trong các dòng ổ cứng dung lượng cao được thiết kế cho lưu trữ và sao lưu dữ liệu lớn.

Từ kho vật lý đến trung tâm dữ liệu: hệ thống lưu trữ riêng biệt, kho dữ liệu khổng lồ và dữ liệu lớn.

Sự bùng nổ của thông tin kỹ thuật số đã dẫn đến việc các tổ chức tạo ra các hệ thống lưu trữ logic khổng lồ. Điều này dẫn đến sự hình thành các "kho dữ liệu" (data silos ), là những tập hợp thông tin được lưu trữ cho một bộ phận hoặc hệ thống cụ thể, không tương thích hoặc khó tích hợp với phần còn lại của công ty.

Ban đầu, những kho dữ liệu này được xem như những hòn đảo dữ liệu kỳ lạ; theo thời gian, chúng trở thành nguồn thông tin quý giá cho Dữ liệu lớn , cho phép kết hợp và phân tích khối lượng lớn dữ liệu lịch sử. Sau đó, khái niệm về Hồ dữ liệu ( Data Lake) ra đời.

Hồ dữ liệu lưu trữ thông tin ở dạng nguyên bản, chưa qua xử lý , thường được quản lý bằng cơ sở dữ liệu NoSQL. Các hệ thống này chấp nhận dữ liệu có cấu trúc, bán cấu trúc và không có cấu trúc, cho phép các nhà phân tích và thuật toán AI xử lý thông tin theo yêu cầu.

Theo các sáng kiến ​​như BBVA OpenMind, các kho dữ liệu (data lake) sử dụng kiến ​​trúc phẳng , không có cấu trúc phân cấp cứng nhắc, để tạo điều kiện truy cập linh hoạt và giảm chi phí. Chúng đã trở thành thành phần thiết yếu cho các dự án Dữ liệu lớn và trí tuệ nhân tạo.

Điện toán đám mây và lưu trữ trực tuyến: dữ liệu ở khắp mọi nơi

Bước chuyển biến lớn tiếp theo không hẳn là một phương tiện vật lý mới mà là sự thay đổi mô hình nhờ vào mạng tốc độ cao . Băng thông được cải thiện và dung lượng ổ đĩa rẻ hơn đã giúp xây dựng được các trung tâm dữ liệu khổng lồ có thể truy cập qua internet.

Như vậy, điện toán đám mây ra đời , và cùng với đó là lưu trữ đám mây . Từ góc nhìn của người dùng, đám mây cung cấp dung lượng gần như không giới hạn, có thể truy cập từ bất kỳ thiết bị và địa điểm nào , đổi lại là một khoản phí hoặc thậm chí miễn phí nếu người dùng chấp nhận một số hạn chế.

Trên thực tế, "đám mây" là một tập hợp khổng lồ các máy chủ, mảng đĩa, ổ SSD, băng từ và mạng nội bộ . Nó được sử dụng cho cả việc sao lưu và lưu trữ chính các tài liệu, ảnh và video . Nếu bạn sử dụng email, mạng xã hội hoặc dịch vụ phát trực tuyến, bạn đã sử dụng lưu trữ đám mây hàng ngày rồi.

Các nhà cung cấp dịch vụ đã phải tăng cường bảo mật thông qua mã hóa, xác thực và kiểm soát truy cập vì kiến ​​trúc chia sẻ đặt ra những thách thức về bảo mật thông tin. Các lĩnh vực như ngân hàng phải tuân thủ các quy định nghiêm ngặt để giảm thiểu những rủi ro này.

Bên cạnh các giải pháp lưu trữ trực tuyến đa năng, còn có các giải pháp lưu trữ không dây chuyên dụng tại nhà . Một ví dụ điển hình là Apple AirPort Time Capsule , một thiết bị Wi-Fi tích hợp bộ định tuyến và ổ cứng dung lượng lên đến 3 TB, được thiết kế để sao lưu tự động và truy cập dữ liệu không dây từ các thiết bị của Apple.

Những chân trời mới: ảnh ba chiều, DNA và vật liệu siêu bền

Trước làn sóng dữ liệu khổng lồ dự kiến ​​trong những thập kỷ tới, nghiên cứu về lưu trữ đang khám phá những hướng đi rất khác so với ổ đĩa cứng hoặc ổ đĩa flash. Một trong những hướng đi đó là bộ nhớ ba chiều (holographic memory ), lưu trữ dữ liệu số bên trong thể tích của một vật liệu như tinh thể hoặc polyme quang học , thay vì chỉ giới hạn ở bề mặt của nó.

Ưu điểm vượt trội của bộ nhớ ba chiều là khả năng tận dụng độ dày của môi trường lưu trữ để lưu trữ thông tin trong không gian 3D (thể tích Bragg), đạt được mật độ cực cao. Mặc dù đã có các nguyên mẫu, nhưng công nghệ này chưa được sử dụng rộng rãi, tuy nhiên nó đang nổi lên như một trong những giải pháp dài hạn khả thi cho việc lưu trữ mật độ rất cao.

Một lĩnh vực hấp dẫn khác là lưu trữ DNA . DNA, phân tử của sự sống, có thể mã hóa một lượng thông tin khổng lồ: ước tính khoảng 2,2 petabyte mỗi gram . Về lý thuyết, tất cả dữ liệu do nhân loại tạo ra có thể nằm gọn trong một thìa DNA.

Hơn nữa, DNA là một môi trường cực kỳ bền vững , có khả năng bảo tồn thông tin trong hàng nghìn năm nếu được lưu trữ đúng cách. Vấn đề hiện tại là chi phí và tốc độ: mã hóa chưa đến 100 KB dữ liệu có thể tốn khoảng 1500 đô la, và các quy trình tổng hợp và giải trình tự vẫn còn chậm.

Việc sử dụng DNA nhân tạo hoặc các phân tử sinh học biến đổi đang được nghiên cứu để giảm chi phí và tăng tốc độ của các hoạt động này, nhưng vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm. Tuy nhiên, ý tưởng rất rõ ràng: chuyển từ đĩa và chip sang lưu trữ thực sự ở cấp độ phân tử.

Song song đó, công nghệ nano đang mở ra nhiều ứng dụng mới, chẳng hạn như sử dụng đồng vị carbon (ví dụ, nguyên tử carbon-12 cho số “0” và nguyên tử carbon-13 cho số “1”) hoặc các vật liệu khoáng đặc biệt ổn định. Năm 2023, công ty Cerabyte đã công bố một hệ thống sử dụng tia laser để khắc các mảng dữ liệu ba chiều tương tự như mã QR lên một chất nền khoáng , có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt, lửa, lũ lụt và sự tăng áp đột ngột, với tuổi thọ ước tính hơn 5000 năm.

Độ tin cậy, hiện tượng lỗi bit và sao chép: những khía cạnh ít hào nhoáng hơn của lưu trữ.

Bất kể phương tiện lưu trữ nào, tất cả chúng đều có chung một vấn đề: tuổi thọ có hạn và dễ bị hỏng . Ổ cứng có thể bị hư hại do va đập, băng từ có thể bị mất từ ​​tính, đĩa quang có thể bị xuống cấp và bộ nhớ flash có thể bị mất điện tích theo thời gian.

Một hiện tượng thường được nhắc đến là hiện tượng "bit rot" , sự suy giảm âm thầm trong đó một số bit thay đổi giá trị mà không thể nhận thấy ngay lập tức . Điều này đặc biệt ảnh hưởng đến các phương tiện lưu trữ dài hạn như ổ cứng cũ, băng từ hoặc ổ flash không được sử dụng trong nhiều năm.

Do đó, nên thường xuyên truy cập vào phương tiện lưu trữ (ví dụ: đọc dữ liệu từ ổ USB định kỳ) và sao chép thông tin sang phương tiện mới sau mỗi vài năm. Các hệ thống như RAID với mã sửa lỗi cho phép khôi phục dữ liệu bị hỏng bằng cách tạo ra dữ liệu dự phòng, nhưng chúng không bao giờ loại bỏ hoàn toàn rủi ro.

Về phân loại, chúng ta thường phân biệt giữa bộ nhớ chính (RAM, bộ nhớ đệm), có tốc độ cực nhanh nhưng dễ thay đổi và có thể truy cập trực tiếp bởi bộ xử lý, và bộ nhớ phụ (ổ cứng, SSD, băng từ, lưu trữ đám mây), chậm hơn nhưng không dễ thay đổi. Trong bộ nhớ phụ, chúng ta tiếp tục phân biệt giữa truy cập tuần tự (băng từ) và truy cập ngẫu nhiên (ổ cứng, SSD, bộ nhớ flash), tùy thuộc vào việc chúng ta có thể nhảy trực tiếp đến dữ liệu cần thiết hay phải quét toàn bộ dữ liệu từ đầu.

Bất kể công nghệ nào, biện pháp bảo vệ thực sự duy nhất chống lại việc mất dữ liệu vẫn là sao lưu dự phòng và các bản sao lưu được lên kế hoạch kỹ lưỡng . Và khi xử lý thông tin nhạy cảm, mật mã học đóng vai trò quan trọng, cả mật mã khóa công khai (RSA, v.v.) và mật mã khóa đối xứng (AES, DES), đặc biệt là trong bối cảnh lưu trữ đám mây.

Nhìn chung, lịch sử lưu trữ đã đưa chúng ta từ những cỗ máy khổng lồ với dung lượng vài kilobyte đến những con chip nhỏ xíu có khả năng xử lý terabyte và các hệ thống phân tán quản lý zettabyte; và tuy nhiên, chúng ta vẫn tiếp tục tìm kiếm các phương tiện lưu trữ mới, dày đặc hơn, bền hơn và an toàn hơn , từ ảnh ba chiều đến DNA hoặc các vật liệu khoáng chất kỳ lạ. Mọi thứ đều cho thấy rằng, cũng như những gì đã xảy ra cho đến nay, những bước tiến tiếp theo sẽ kết hợp các đổi mới vật lý với các kiến ​​trúc mạng ngày càng thông minh để tiếp tục cho phép chúng ta lưu trữ và truy xuất, gần như mà không nhận ra, lượng dữ liệu khổng lồ mà chúng ta tạo ra mỗi ngày.