Dyski twarde to przeżytek. Przyszłość magazynowania danych

Znawcy branży IT ostrzegają, że czas przejść na dietę informacyjną. Jeżeli nic się nie zmieni, to za 5 lat na używanych dyskach twardych zabraknie miejsca. Czy jest na to jakiś sposób? Oto jak kształtuje się przyszłość magazynowania danych.

Jak w przyszłości będziemy magazynować dane? /Fot. Bjoern Wylezich, Fotolia.com

Z dnia na dzień magazynujemy coraz więcej danych. Jest to konsekwencją usprawniania wszelkich urządzeń elektronicznych. Dzisiaj świat fascynuje się smartwatchami, a za jakiś czas przyjdzie moda na smartokulary czy smartubrania. Zbierane przez te urządzenia dane oraz te, które świadomie zapisujemy na dyskach twardych tabletów, smartfonów czy laptopów osiągną kosmiczny pułap. W 2003 r. całościowa liczba danych uzyskanych od początku ludzkości wynosiła 5 eksabajtów, ale 11 lat później nowe paczki po 5 eksabajtów przybywają co dwa dni.

Nie powinno to nikogo dziwić. Z dnia na dzień coraz więcej urządzeń osobistych łączy się z Internetem i w konsekwencji przesyła dane. To pokłosie wprowadzenia do życia koncepcji Internet of Things (Internet Rzeczy), która najogólniej opisując zakłada podłączenie do Sieci wszystkich przedmiotów, z których korzystamy na co dzień (m.in. ubrań). Eksplozja danych dopiero nadejdzie. Do 2020 r. na świecie będzie powstawać 40 zettabajtów danych rocznie. Ta okrągła liczba oznacza 5200 GB danych na głowę. Czy jesteśmy na to gotowi?

Przyszłość magazynowania

Żyjemy w ciekawych czasach. Dzisiaj o wiele łatwiej wyprodukować kolejne eksabajty danych niż stworzyć odpowiednie nośniki do ich przechowywania. Przecież rozbudowa centrów magazynowania danych lub zwiększenie produkcji dysków twardych oznacza koszty na poziomie setek miliardów dolarów. To kwota, której nie da się uniknąć, bo jak bardzo nie chcielibyśmy oszczędzać zapisywanych danych, dotrzemy do punktu, w którym zabraknie nam na nie miejsca. Aby tego uniknąć konieczne jest stworzenie nowych, nieszablonowych nośników danych, które docelowo zastąpią dyski twarde.

Pomysłów dotyczących magazynowania danych jest sporo, a większość z nich zakłada zastosowanie nowoczesnych materiałów do produkcji nośników danych. Jednym z największych przodowników zmian dotyczących przechowywania danych jest Facebook. To firma Marka Zuckerberga musi poszukiwać nowych miejsc na archiwizację danych, bo dzisiaj przez ten popularny portal społecznościowy przewijają się setki, jeżeli nie tysiące terabajtów danych. Obecnie Facebook zapisuje przesyłane na konto użytkownika zdjęcia na płytach Blu-ray. Powszechnie panuje przekonanie, że to właśnie płyta Blu-ray najlepiej nadaje się do wieloletniej archiwizacji danych, a na dyskach magnetycznych nie powinno się polegać. Tak samo myśli Facebook, który dane użytkowników portalu zapisuje na szafach rack (zwanych inaczej szafami teleinformatycznymi) wypełnionych płytami Blu-ray XL (BDXL). To jedna z odmian płyt Blu-ray, z tą różnicą, że jest w stanie pomieścić nawet 100 GB danych.

Naukowcy potwierdzają, że tylko dane zabezpieczone na płytach DVD i Blu-ray są w stanie wytrzymać kilkadziesiąt lat, ale muszą być wykonane z odpowiedniego materiału. Od kilku lat są na rynku produkty firmy Millenniata, w których dane są zapisywane w warstwie nieorganicznej. Płyty M-Disc są odporne na czynniki środowiskowe i dysponują cechami płyt toczonych, a nie wypalanych. Co ciekawe, na rynku można dosyć łatwo kupić nagrywarki zapisujące dane na płytach M-Disc, które same w sobie wcale nie są drogie. Ich cena waha się w granicach 3-4 euro za sztukę. Według zapewnień producenta płyty M-Disc są bardzo wytrzymałe i bez większych problemów przetrwają 1000 lat.

Nośniki danych przejdą prawdziwą transformację /Fot. Minerva Studio, Fotolia.com

Nośnikami jeszcze trwalszymi od M-Disców są płyty GlassMasterDisc wyprodukowane przez niemiecką firmę Syylex. Nośniki GlassMasterDisc były wyjątkowo dokładnie testowane pod kątem wytrzymałości i jakości zapisanych danych. Płyty przetrwały 1000 godzin w temperaturze 90 st. Celsjusza i wilgotności powietrza 85%, co jest absolutnym rekordem. Piętą achillesową M-Disców jest ich materiał budulcowy – dwie warstwy poliwęglanu, między którymi znajduje się szkło z zapisanymi danymi. Testy wykazały, że płyty M-Disc wytrzymają kąpiele w ciekłym azocie czy wrzącej wodzie, ale powyżej temperatury 220 st. Celsjusza zaczynają się rozpadać. Degeneracji ulegają warstwy poliwęglanowe, a pozostaje czysta warstwa zapisu, która jest w stanie wytrzymać jeszcze dodatkowe 300 st. Celsjusza. Nośniki GlassMasterDisc osiągają lepsze rezultaty. Do ich produkcji jest wykorzystywane szkło identyczne jak dla urządzeń z przemysłu chemicznego mających kontakt z kwasami. Zastosowane w innowacyjnych płytach Syylex szkło pozostaje nietknięte w temperaturze do 600 st. Celsjusza, a zaczyna mięknąć dopiero przy zbliżaniu się do temperatury 850 st. Celsjusza. Ich trwałość niektórzy określają nawet na milion lat! Niestety, danych na płytę GlassMasterDisc nie nagramy samemu. Zajmuje się tym producent, czyli firma Syylex, zatem tam trzeba wysłać pożądane informacje. Czas realizacji zamówienia to 5-10 dni, a koszt wynosi ponad 100 euro.

Problematyczne dyski

Dyski twarde o dużej pojemności już wkrótce mogą być jedyną realną opcją dla zwykłych konsumentów, którzy po prostu chcą bezpiecznie magazynować swoje prywatne dane. Pliki tekstowe, zdjęcia czy choćby muzyka to jedno, ale znacznie bardziej problematyczne są nagrywane materiały wideo. Kiedy za kilka lat rozdzielczość 4K będzie standardem, potrzebne będą pojemne dyski twarde, na których uda się to wszystko zmieścić. Klienci będą masowo kupować kilkuterabajtowe dyski twarde, bo na innych nośnikach nie będzie dało się zmieścić filmiku z wakacji czy komunii dziecka. Niestety, wraz z zapotrzebowaniem na dyski twarde, wzrasta ich awaryjność. Czym jest to spowodowane?

Specjaliści z branży IT szacują, że klasyczny dysk twardy nie posłuży nam dłużej niż przez 5 lat. W pierwszym roku użytkowania większość usterek (ponad 5%) jest konsekwencją błędu producenta, który niewłaściwie poskładał sprzęt. W kolejnych latach pojawia się coraz więcej błędów mechanicznych wynikających ze zużycia materiałów. Dyski się psują, a po 5 latach od momentu zakupu tylko co 3 dysk twardy wciąż działa. To statystyka, ale brutalnie obrazująca, że istnieje potrzeba zmiany sposobu magazynowania danych. Jeżeli tego nie zrobimy, to nasze cenne dane będziemy po prostu tracić.

Coraz więcej specjalistów zastanawia się czy dobrym pomysłem nie jest powrót do taśm magnetycznych. Te świeciły triumfy jako nośniki danych w ubiegłym wieku, a z powierzonego zadania wywiązywały się nadspodziewanie dobrze. Technologia Linear Tape Open (LTO) wbrew pozorom nie zginęła i ma ściśle zaplanowany plan rozwoju. W tym roku pojawi się 7. generacja LTO, w których dane będą zapisywane na nośniku wykonanym z ferrytu baru. Dysponują one technologią WORM (Write Once Read Many), która polega na jednokrotnym zapisie danych na nośniku, bez późniejszej możliwości ich modyfikowania. Prawidłowo przechowywane taśmy magnetyczne, w których informacje są zapisywane za pomocą cząsteczek metalu (używane do tej pory LTO), odpowiednio przechowywane są w stanie zabezpieczyć dane przez ok. 30 lat. W przypadku najnowszej generacji taśm z ferrytem baru, czas archiwizacji wydłuża się co co najmniej 50 lat. To wystarczająco długo, by powierzyć nasze prywatne dane tego typu taśmom. Można być pewnym, że za 20-30 lat pojawią się materiały, które całkowicie odmienią podstawowe parametry magazynów danych.

Grafen i DNA

Niedaleką przyszłością nośników danych mogą być materiały, których do tej pory nie wykorzystywano w tych celach. Na pierwszy ogień idzie grafen, który może pozwolić na stworzenie nawet milion razy lepszych dysków twardych. Jak to możliwe?

Nasze dane będą bezpieczne nawet przez milion lat? /Fot. Raimundas, Fotolia.com

Grafen to niezwykły materiał, który może znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach życia. Ma wiele cech, które mogą zrewolucjonizować medycynę, fizykę i elektronikę. Naukowcy mieli jednak duże problemy z opanowaniem właściwości magnetycznych grafenu, przez co nie dawało się wykorzystać go do zapisu danych. Tworzywo to rzadko wykazuje właściwości magnetyczne, co tłumaczono jego zanieczyszczeniami. Dopiero niedawno udało się opracować metodę obróbki grafenu, która pozwoliła na okiełznanie jego magnetyzmu. Po przeprowadzeniu tego procesu, warstwa materiału zachowuje swoją jednorodność, w związku z czym właściwość tę można dalej wykorzystać.

Technika jest bardzo prosta i polega na umieszczeniu grafenu na krzemie, a następnie zanurzeniu takiego konstruktu w ciekłym amoniaku. Następnie dodaje się wodór, którego atomy równomiernie rozkładają się na warstwie grafenu. W ten sposób struktura nabywa właściwości magnetycznych. Co ciekawe, jednorodność materiału jest na tak wysokim poziomie, że nie ma granic między poszczególnymi ziarnami. Dzięki temu można wybiórczo odczepiać atomy wodoru, redukując intensywność pola magnetycznego. Dzięki temu na warstwie grafenu można wypalać różne wzory, które mogą być wykorzystywane do przechowywania danych. Droga do innowacyjnych, grafenowych dysków twardych jest bliska.

Większość naukowców zgodnie przekonuje, że dyski twarde z grafenu byłyby pod każdym względem aż milion razy lepsze od tych, z których korzystamy obecnie.

Jeszcze bardziej niezwykła jest wizja archiwizacji danych przy pomocy DNA. Już jakiś czasu temu naukowcom udało się zapisać w DNA plik o wielkości 5,27 MB. Zawierał on 11 zdjęć, ponad 53 tys. słów i kilka skryptów Java. Było to możliwe, bo w DNA informacje są zapisywane za pomocą kodu binarnego składającego się z cytozyny, guaniny, adeniny i tyminy. Bioinżynierom z Harvardu udało się zapisać w DNA plik w postaci zer i jedynek zakodowanych pod postacią zasad azotowych. tak zapisane dane mogą być przechowywane przez miliony lat, bez jakiejkolwiek utraty jakości danych. Co najważniejsze – dane można przechowywać w formie stałej, pod postacią soli lub płynu. Wykorzystanie DNA jako nośnik danych to prawdopodobnie ostateczny cel jaki stawiają sobie dzisiejsi bioinżynierowie zajmujący się tą tematyką.

Pytanie tylko: czy istnieją dzisiaj informacje, które naprawdę chcielibyśmy zachować na milion lat?