Рубрика развивается при поддержке HP logo intel logo Advertisement
Технологии
Den Talalá

Почему будущее хранения данных всё ещё за магнитной плёнкой Статьи редакции

Жёсткие диски приближаются к пределам своего развития, а плёнка со временем становится лишь лучше.

Фото Виктора Прадо

Финансовые институты обязывают компании хранить всё больше данных и всё более долгий период времени. Количество данных, которое приходится хранить, каждый год вырастает на 30-40% по сравнению с предыдущим годом. Вместительность жёстких дисков тоже растёт, но со вдвое меньшим темпом. К счастью, вся эта информация не требует мгновенного доступа, поэтому плёнка — отличное решение проблемы.

Вообще, много информации в мире хранится именно на плёнке: научные данные о физике частиц, астрономические данные, национальные архивы, культурное наследие, большинство кинофильмов и банковские данные. Существуют профессионалы (специалисты по материалам, инженеры, физики), чья работа — совершенствовать способы хранения данных на плёнке.

За десятилетия плёнка развивалась не меньше, чем жёсткие диски или транзисторы. Первая плёнка для хранения информации в цифровом виде — модель 726 производства IBM — могла хранить 1,1 МБ на катушке. Сегодня одна катушка способна хранить 15 терабайтов данных, а одно роботизированное плёночное хранилище — 278 петабайтов.

Конечно, плёнка не позволяет так же быстро считывать информацию, как жёсткие диски или полупроводниковая память. Но у неё есть свои преимущества.

  • Плёнка энергоэффективна: если данные уже записаны, плёнке не требуется питания для их хранения;
  • Плёнка надёжна: вероятность ошибок при записи или чтении на четыре-пять порядков ниже, чем у жёстких дисков;
  • Плёнка безопасна: в отличие от дисков, которые, как правило, подключены к компьютеру постоянно, картриджи с катушками могут храниться без подключения к устройствам, что защищает данные от чтения или модификации злоумышленниками или влияния человеческого фактора.

В 2011 году из-за ошибки в ПО на серверах Google случайно удалил почту в 40 тысячах ящиках. Удаление произошло на всех резервных копиях на жёстких дисках, потому что ошибочная операция цепочкой прошла и по ним, но письма удалось восстановить с плёнки. После этого случая впервые стало известно, что Google делает резервные копии на плёнке, а затем и Microsoft подтвердили, что в их облачном сервисе Azure используется плёночное оборудование IBM.

Магнитная плёнка впервые использована для записи данных компьютера Univac в 1951 году. Фото Getty Images

Хранить данные на плёнке в шесть раз дешевле, чем на жёстких дисках, поэтому она используется повсеместно, если речь идёт о больших объёмах информации. Так как плёнка практически исчезла с потребительского рынка, большинство и не знает, как стремительно она развивается и будет развиваться в обозримом будущем.

Плёнка выжила, потому что она ничтожно дешёвая, и дешевеет со временем. Можно предположить, что раз уплотнение записи данных на жёстких дисках сходит на нет, значит, то же самое применимо и к плёнке, потому что для неё используется примерно та же технология (только более старая). Это как «закон Мура», но для магнитной плёнки. Но это не так: с годами темпы уплотнения записи на плёнке не спадают, а сохраняются в районе 33% в год. То есть удвоение объёма данных, записанных на плёнке, происходит приблизительно каждые два-три года.

Физически технология записи на жёсткие диски и плёнки одна и та же: данные записываются на намагниченной поверхности узкими дорожками, на которых происходит переключение полярности. Информация записывается последовательностью битов. С момента появления плёнки и жёстких дисков в 50-х, производители того и другого стремятся к большей плотности, скорости и дешевизне, поэтому стоимость хранения в долларах на гигабайт снизилась на порядки. Именно из-за того, что производство стараются удешевить, растёт плотность записи на квадратный миллиметр.

Чем больше финансирования на исследования и разработку получают компании, производящие магнитные носители, очевидно, тем больше эти носители прогрессируют. Сейчас на самых продвинутых жёстких дисках можно записать в 100 раз больше информации, чем на такой же площади плёнки. Но так как самой этой площади на плёнке в катушке намного больше, на ней помещается до 15 ТБ данных, что больше, чем на любых существующих на рынке дисках. При этом габариты картриджа с катушкой плёнки и жёсткого диска примерно одинаковые.

Снаружи и внутри: Современный картридж содержит одну катушку. После установки картриджа плёнка автоматически подаётся на считывающее или записывающее устройство. Фото Виктора Прадо

Кроме вместимости у плёнки и жёстких дисков есть ещё одно отличие: скорость доступа к данным. В катушках находятся магнитные ленты длиною в несколько сотен метров, среднее время доступа к данным — от 50 до 60 секунд. У жёстких дисков это время — от 5 до 10 миллисекунд. Однако скорость записи на плёнку при этом вдвое выше.

За последние годы темпы уплотнения записи на дисках уменьшились с 40% до 15% в год. Причина — фундаментальная физика. Чтобы записать больше данных на прежней площади, нужно уменьшить область для записи каждого бита. Как следствие, это уменьшает силу сигнала во время чтения данных. Если слишком уменьшить силу сигнала, то он может смешаться с магнитным шумом от соседних магнитных гранул, покрывающих поверхность диска. Можно уменьшить и шум, сделав сами гранулы меньше. Но тогда гранула будет уже настолько мала, что едва ли сможет стабильно удерживать своё состояние намагниченности. Самый малый размер гранул, пригодный для магнитной записи, уже достигнут, в профессиональной области его называют супермагнетическим пределом.

До недавнего времени достижение этого предела оставалось для потребителей незаметным, потому что производители добавляли внутрь контейнера дополнительные диски и головки для записи и чтения, делая жёсткий диск прежнего размера, но большего объёма. Однако теперь и больше дисков внутрь контейнера уже сложно добавить, сохранив его размеры, поэтому предел становится заметнее.

Есть альтернативные способы записи на магнитную поверхность, которые теоретически могут преодолеть супермагнетический предел. Это запись, сопровождающаяся нагреванием гранул, и микроволновая запись. Но это сложно в инженерном и финансовом аспекте. Компания Western Digital анонсировала жёсткий диск с микроволновым способом записи, который она собирается выпустить в 2019 году. Ожидается, что такая инновация позволит сохранить темпы уплотнения записи в районе 15% в год.

В то же время хранение на плёнке ещё далеко от достижения супермагнетического предела, поэтому плёнка десятилетиями может эволюционировать, не упираясь в свой «закон Мура» и ограничения фундаментальной физики.

У плёнки хитрая природа. Смена картриджей с катушками в записывающем оборудовании, тонкий полимерный материал, параллельная запись на 32 дорожках — всё это создаёт сложности в дизайне этого носителя информации.

В 2015 году компания IBM в сотрудничестве с корпорацией FujiFilmобнаружила, что при записи с использованием ультрамаленьких барриево-ферритных магнитных частиц, расположенных перпендикулярно поверхности плёнки, можно достичь в 12 раз большей плотности, чем позволяют другие технологии. А в 2017 году в сотрудничестве с Sony удалось достичь плотности, в 20 раз превышающей самые современные жёсткие диски. В перспективе кинокомпаниям, например, это позволит хранить весь материал высокобюджетного фильма всего на одной катушке вместо дюжины.

Наводнение данными: современные плёночные хранилища содержат сотни петабайтов данных, а модель 726 от IBM, представленная в 1952 году, могла сохранить лишь пару мегабайтов. Фото IBM

Чтобы добиться такого прогресса, инженеры приспособили головки для чтения и записи двигаться по крайне узким дорожкам на плёнке — около 100 нанометров шириной. Кроме этого, пришлось сделать считывающие головки более узкими — около 50 нанометров шириной. При считывании уровень сигнала к шуму тоже уменьшился, поэтому пришлось манипулировать размером и положением намагниченных гранул и гладкостью поверхности плёнки, а также усовершенствовать процесс обработки сигнала и ошибок чтения.

Для того, чтобы обеспечить надёжность записанных данных в течение десятилетий, инженеры разработали новые записывающие головки, производящие гораздо более сильные магнитные поля, чем обычные.

Совместив все эти разработки, инженерам IBM удалось достичь плотности записи в 818 тысяч битов на линейный дюйм (такое измерение плотности сложилось исторически). Новая технология позволила уместить на одном дюйме 246,2 тысячи дорожек записи и предоставила место для 201 гигабита на квадратный дюйм. Картридж с 1140 метрами плёнки на катушке способен сохранить 330 терабайтов информации. Это можно сравнить с целой телегой жёстких дисков.

Консорциум индустрии хранения данных, куда входят HP, IBM, Oracle, Quantum и несколько исследовательских групп, в 2015 году выпустил документ о планах развития хранения данных на плёнке. По прогнозу консорциума, к 2025 году плотность записи на квадратный дюйм вырастет до 91 гигабайта, а к 2028 году — до 200 гигабайтов.

Авторы документа профессионально заинтересованы в подобном оптимистичном прогнозе, но он вполне реалистичен. В лаборатории IBM подтверждают, что 200 гигабайтов на квадратный дюйм — выполнимая цель на ближайшее десятилетие.

Плёнка — носитель информации, которого «закон Мура» прижмёт в последнюю очередь. Поэтому выгода от хранения данных на плёнке по сравнению с жёсткими дисками будет увеличиваться в грядущие годы.

Примечание: Автор статьи Марк Ланц работает управляющим в лаборатории IBM в Цюрихе и занимается решением проблем с хранением данных на плёнке.

Статья изначально была издана в печатном виде под заголовком «Tape Storage Mounts a Comeback», а затем опубликована на сайте консорциума IEEE. В переводе используются фото из оригинальной статьи. Автор перевода — Денис Талала — изначально опубликовал его на Medium. На TJ текст опубликован с его разрешения.

{ "author_name": "Den Talalá", "author_type": "editor", "tags": ["\u0442\u0435\u0445\u043d\u043e\u043b\u043e\u0433\u0438\u0438"], "comments": 75, "likes": 116, "favorites": 51, "is_advertisement": false, "subsite_label": "tech", "id": 76358, "is_wide": true, "is_ugc": false, "date": "Tue, 11 Sep 2018 14:16:00 +0300", "is_special": false }
Advertisement
0
75 комментариев
Популярные
По порядку
Написать комментарий...

Резкий утюг

46

Когда я говорил, что данные для "Закона Яровой" будут хранить на плёнке - многие подумали, что я шучу, а нормальных статей на русском я тогда не нашёл.
Обида ебанная.

Ответить

Районный Артем

Резкий
18

Не расстраивайся, съешь печенюшку )

Ответить

Резкий утюг

Районный
2

Хорошая идея! Как раз обед

Ответить

Районный Артем

Резкий
0

Приятного )

Ответить

Научно-Технический будильник

Резкий
0

Не будут, в законе Яровой как раз важен оперативный доступ к данным, а срок хранения небольшой.

Ответить

Адекватный чувак

Резкий
0

Вот я как раз на гиктаймс первый раз и прочитал когда-то. Значит что то есть и на русском )

Ответить

Воздушный кавалер

Резкий
0

Открываешь какой-нибудь стандарт LTO-8 и быстро переводишь, там немного должно быть.
Чего не верить-то? Даже в mr. Robot о бэкапах на пленке речь идёт.
Я так на ежедневной основе с этим вожусь.

Ответить

Бурный Макс

33

Den Talalá

Автор перевода — Денис Талала

На TJ текст опубликован с его разрешения.

Ответить

Романтический яд

Бурный
1

О себе в третьем лице.

Ответить

Сердечный Мика

Vladislav
9

Текст я публиковал.

Ответить

Грубый Артем

Никита
0

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ответить

Сердечный Мика

DELETED
3

Ничего — это же Денис его публиковал.

Ответить

Грубый Артем

Никита
1

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ответить

Популярный франт

Бурный
0
Ответить

Долгосрочный чувак

29

ПУТИН! РАБОЧИЕ ЗОРПЛАТА НОРМАЛЬНА 20К! АААА-А!
НАВАЛЬНЫЙ, РОСГВАРДИЯ ДУЭЛЬ РАЗ НА РАЗ ЁПТА! ААААА-А-А-А!
ХАБИБ, КРИД, ТИМАТИ ДУЭЛЬ РАЗ НА ДВА ЁПТА! АААЫААЫААА-ЫААА!
ПЕССКОВ, КРЕМЛЬ, РОСГВАРДИЯ ВСЁ В РАМКАХ ЗАКОНА! ААЫЫАЫАААААЫЫАААЫЫААААААЫАААЫЫА!!!!!!!!!!!!!!!!!!1111!1 ЧТО ЗА ДЕНЬ????!!?!!?

и тут из кустов
Жёсткие диски приближаются к пределам своего развития, а плёнка со временем становится лишь лучше.

Ответить

Неожиданный дебаркадер

dead
12

Да, удачное время выбрал для постинга.
Надо было до завтрашней презентации эппл подождать, чтобы наверняка

Ответить

Равный файл

20

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ответить

Бетонный Влад

11

опьять вернемся к этому?

Ответить

Объективный дебаркадер

6

Автор перевода — Денис Талала — изначально опубликовал его на Medium.

А потом на хабре, ну и на тж скопировал заодно.
https://habr.com/post/422851/

Ответить
7

Его Никита попросил. Да и статья отличная, чё вы, а?
https://twitter.com/r3s3t/status/1039220562978131968

Ответить

Объективный дебаркадер

Северный
2

Его Никита попросил.

Я сначала читал статью на хабре, а потом увидел ее полную копию на тж. С пометкой, что скопировано с медиума.
И минут через 10 Никита ответил в другой комент, что это он скопировал.
Да и статья отличная, чё вы, а?

Статья хорошая, не спорю.

Ответить
1

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ответить

Северный щит

7

Спасибо за интересный материал.

Ответить

Ленинский фитиль

6

Замечательная статья. Знал об этом, но все равно прочел с удовольствием

Ответить

Законный турник

4

А где можно кпить такую пленку и сколько будет стоить катушка на 50 тб?

Ответить

Подземный нос

Законный
6

И оборудование для чтения/записи.

Ответить

Недостаточный браслет

Законный
4

Гугли LTO-5, по стоимости выйдет как обычный жесткий диск плюс-минус.

Ответить

Металлический хот-дог

Законный
0

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ответить

Законный турник

DELETED
1

У меня 5 тб на старых жестких дисках, удалять жалко.

Ответить

Металлический

Законный
0

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ответить

Роскошный Валера

2

Замечательная статья, огромное спасибо. Интересно.

Как раз последние годы размышляю о поиске надёжного хранилища данных.

Ответить

Сердечный Мика

Роскошный
0

Только помни, что плёнка горит!

Ответить

Роскошный Валера

Никита
6

Прям как сентябрь.

Ответить

Популярный франт

1

А что насчет ssd?
И подвержена ли пленка размагничиванию?

Ответить

Испанский американец

Elian
3

Тут разное назначение.
Ленточные накопители для хранения данных в холодном режиме.
SSD для горячей работы с данными.

Ответить

Финансовый Женя

Elian
2

SSD не подходит для хранения данных в формате "записал и забыл на 10 лет". Со временем без питания начинают теряться данные. Причем скорость потери зависит от температуры окружающей среды.

Ответить

Почтовый фитиль

Valery
0

Можно ссылочку где про это почитать?

Ответить

Финансовый Женя

Stalker
1
Ответить

Равный файл

Elian
0

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ответить

Популярный франт

Илюхер
8

SSD дорого

Наверняка со временем будет дешеветь и улучшаться одновременно.
Подвержена

Школьники будут строить магнитные пушки рядом с центрами-пакетами Яровой.

Ответить

Равный файл

Elian
2

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ответить

Испанский

Elian
0

SSD пойдут улучшаться увеличением не ёмкости, а скорости чтения и записи.

Ответить

Популярный франт

Что
0

Возможно.

Ответить

Испанский

Elian
1

~

Ответить

Подземный нос

Что
0

У них и так она огромна, куда ещё

Ответить

Испанский

Stanley
0

Для серверов актуально

Ответить

Сильный ящик

Что
0

Я думаю, будет снижаться цена за обычные, не скоростные, чипы, и со-временем, можно ожидать больших ёмкостей, почему бы и нет. Весь вопрос сейчас в стоимости одного чипа, а не в плотности записи.

Ответить

Испанский

Vladimir
0

Тут вопрос в необходимости. Появится у какой деятельности критически важная потребность в дешёвой скорости больших объемов, пойдет и предложение.
Пока мы видим ситуацию, что сейчас на рынке есть и HDD, и SSD, и ленточные накопители, и плашки оперативы на сотни гигов, и облачные вычисления.

Где-то важна скорость, где-то надёжность, где-то объем.

Ответить

Подземный нос

Vladimir
0

Она и так снижается

Ответить

Чрезвычайный торшер

1

а как у плёнки с температурным воздействием?

Ответить

Четкий теркин30см

БЕ3HOГNM
3

он знает

Ответить

Комментарий удален

Служащий инструмент

Versetti
0

Прекрасно. Не просто так в самописцах используют и КА.

Ответить

Комментарий удален

Оперативный

Versetti
0

Да, видели.

Ответить

Чрезвычайный

Служащий
0

Проволка

Ответить

Служащий

БЕ3HOГNM
0

И она тоже используется.

Ответить

Грамотный пришелец

0

Зачем сюда нести статьи из Хабра? Я сюда деградировать захожу.

Ответить

Подземный нос

Грамотный
1

Деградируй с умом.

Ответить

Грамотный пришелец

Stanley
2

Эт я на Хабре делаю.

Ответить

Культурный паркур

0

Интересно. Но среди обычных юзеров это будет мало востребовано. Как в примере с гуглом - будет делаться бекап в промышленных размерах.
И юзеру важна скорость чтения. И возможность быстро перезаписать часть данных на устройстве. Да и встатье речь про жесткие диски, хотя весь мир уже переходит на SSD.

Ответить

Параллельный диод

Культурный
2

Весь мир не переходит на ссд. То что он массово появляется в ПК не говорит о том, что в промышленных масштабах его везде используют

Ответить

Промежуточный череп

Сергей
0

В промышленных масштабах его и не используют. Каждому устройству - своё применение. ССД идеальны в домашних и офисных ПК, потому что скорость доступа к файлам и их чтения очень высоки.
Жёсткие диски идеальны в серверных стойках, потому что относительно дешёвые, быстрые и объёмные, идеальное соотношение всех параметров.
Магнитная лента идеальна для бэкапов и только там, более нигде. Потому что дёшево и колоссальные объёмы.

Ответить

Параллельный

Сергѣй
1

Так вот именно. Просто человек выше написал, что "в статье говорят о ЖД, а у меня же в ноуте ссд уже стоит" и он не учитывает, что в статье говорится о бекапах серверов крупных компаний

Ответить

Культурный

Сергей
0

Я это учел. SSD применяются и в серверных, уже давно. Остаются только бекапы.

Ответить

Утренний микроскоп

Культурный
0

Скорость чтения у ленточек нормальная. У простых юзеров просто нет спроса на долгохранящиеся бэкапы. А у кого есть спрос, тот офигеет от цен на этом рынке

Ответить

Справедливый томагавк_два

0

Знаю что их надо время от времени прокручивать, так как они теряют свое магнитное свойство.
А если этого не делать, то при оцифровке будет потеряно качество.
Более того их достаточно легко повредить, еще они занимают достаточно много места

Ответить

Параллельный диод

Справедливый
0

В статье же даже написано о "занимают много места"

Ответить

Справедливый томагавк_два

Сергей
2

Я не нанимался статьи еще и читать

Ответить

Бумажный шар

0

Разве они по стоимости не сравнялись с жёсткими дисками ещё десять лет назад? Из плюсов у них остаётся только надёжность ито сомнительно

Ответить

Сладкий чувак

Ded
0

Соотношение цены к объёму носителя все равно за лентами пока что, иначе бы ими не пользовались повсеместно для бэкапов.

Ответить

Бумажный шар

Александр
0

На сколько центов с терабайта дешевле? Вон в комментах на хабре тоже дают ссылки на эти картриджи и нихрена они не дешёвые. 30 баксов за 2.5 тб и устройство для записи за 20 тыщ, заебись. Дешевле харда получится только если полтора петабайта хранишь и больше

Ответить

Равный файл

Ded
0

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ответить

Бумажный шар

Ded
0

Ладно, ща пересчитал на LTO7, цены брал с сайта HP, там картридж 70 баксов стоит примерно а самый самый дешёвый ридер 5 тыщ. Тогда получается на 250 терабайтах выигрыш начинается, если считать харды по цене $0.03 за гб. Оно постепенно дешевеет видимо изза того что харды как пишет автор упёрлись в предел плотности записи а стримеры ещё не упёрлись.

Ответить

Уникальный каякер

0

А M-DISK не лучше в плане надежности хранения данных? Они как минимум не размагничиваются и перепады температур вроде бы лучше переносят.

Ответить

Быстрый бас

0

Комментарий удален по просьбе пользователя

Ответить

Бетонный Влад

xeroxx
0

Гига за гиги

Ответить
Читать все 75 комментариев
Обсуждаемое
Новости
Первый канал не показал сборную Украины на открытии Олимпиады в Токио — вместо этого в эфир пустили рекламу
Это объяснили «коммерческими обязательствами».
Новости
Украина ввела санкции против российского интернет-магазина Wildberries
Под санкции попала и основательница компании Татьяна Бакальчук.
Новости
Россия впервые в истории обратилась в ЕСПЧ с жалобой на Украину. Cтране выдвинули десять основных претензий
В том числе, от Украины потребовали прекратить блокировку воды в Крым и дискриминацию русского языка.
Популярное за три дня
Наука
В тибетском леднике нашли вирусы возрастом 15 тысяч лет — большинство из них неизвестны науке
Судя по генетическому коду, эти вирусы могут заражать клетки в условиях экстремального холода.
Новости
В Швеции заключённые тюрьмы строгого режима взяли в заложники двух охранников. В качестве выкупа они потребовали пиццу
Хотя сначала хотели вертолёт.
Новости
«Стопкоронавирус» выпустил видеоэкскурсию по ковидному госпиталю для покупателей сертификатов о вакцинации
В ролике главный врач московской больницы показывает койки, аппараты ИВЛ и коридор, по которому умерших от коронавируса везут в морг.
null