لماذا مستقبل تخزين البيانات لا يزال الشريط المغناطيسي

تقترب محركات الأقراص الصلبة من حدود تطورها ، ولا يتحسن الفيلم إلا مع مرور الوقت.



تلزم المؤسسات المالية الشركات بتخزين المزيد من البيانات وفترة زمنية أطول. يزداد حجم البيانات التي يجب تخزينها بنسبة 30-40 في المائة كل عام مقارنة بالعام السابق. تتزايد سعة محركات الأقراص الثابتة أيضًا ، ولكن بنصف المعدل. لحسن الحظ ، لا تتطلب كل هذه المعلومات الوصول الفوري ، لذا فإن الفيلم هو حل ممتاز للمشكلة.

بشكل عام ، يتم تخزين الكثير من المعلومات في العالم على شريط: البيانات العلمية عن فيزياء الجسيمات ، والبيانات الفلكية ، والأرشيف الوطني ، والتراث الثقافي ، ومعظم الأفلام ، والبيانات المصرفية ، وما إلى ذلك. هناك مهنيون (متخصصون في المواد ، مهندسون ، فيزيائيون) مهمتهم تحسين طرق تخزين البيانات على الفيلم.

على مدى عقود ، تطور الفيلم بما لا يقل عن محركات الأقراص الصلبة أو الترانزستورات. يمكن للفيلم الأول لتخزين المعلومات في شكل رقمي - نموذج IBM 726 - تخزين 1.1 ميغابايت لكل بكرة. اليوم ، ملف واحد قادر على تخزين 15 تيرابايت من البيانات ، وتخزين واحد للأفلام الروبوتية هو 278 بيتابايت.

بالطبع ، لا يسمح الفيلم بقراءة المعلومات بسرعة مثل محركات الأقراص الثابتة أو ذاكرة أشباه الموصلات. ولكن لديها مزاياها الخاصة. الفيلم موفر للطاقة: إذا تم تسجيل البيانات بالفعل ، فلن يحتاج الفيلم إلى طاقة لتخزينه. الفيلم موثوق به: احتمال الأخطاء عند الكتابة أو القراءة أقل من 4-5 مرات من حجم محركات الأقراص الصلبة. الفيلم آمن: على عكس الأقراص ، التي عادة ما تكون متصلة بجهاز الكمبيوتر بشكل دائم ، يمكن تخزين الخراطيش ذات البكرات دون الاتصال بالأجهزة ، مما يحمي البيانات الموجودة على الفيلم من قراءتها أو تعديلها من قبل المتسللين أو من الأخطاء بسبب العوامل البشرية.

في عام 2011 ، بسبب خطأ في البرنامج على خوادم Google ، حذف عن طريق الخطأ البريد في 40،000 صندوق بريد. حدث الحذف في جميع النسخ الاحتياطية على محركات الأقراص الثابتة ، لأن عملية خاطئة مرت بها في سلسلة ، ولكن تمت استعادة الأحرف من الشريط. بعد هذه الحادثة ، أصبح من المعروف لأول مرة أن Google تقوم بعمل نسخ احتياطية على الشريط ، ثم أكدت Microsoft أن خدمتهم السحابية Azure تستخدم معدات أفلام IBM .


تم استخدام الشريط المغناطيسي لأول مرة لتسجيل بيانات الكمبيوتر Univac في عام 1951.

تخزين البيانات على الفيلم أرخص 6 مرات من الأقراص الصلبة ، لذلك يتم استخدامه في كل مكان عندما يتعلق الأمر بكميات كبيرة من المعلومات. نظرًا لأن الفيلم اختفى تقريبًا من السوق الاستهلاكية ، فإن معظمهم لا يعرفون مدى سرعة تطوره وسيتطور في المستقبل المنظور.

نجا الفيلم لأنه لا يكاد يذكر وأرخص مع مرور الوقت. يمكن الافتراض أنه ، بما أن ضغط تسجيل البيانات على الأقراص الصلبة يختفي ، فإن الشيء نفسه ينطبق على الفيلم ، لأنه يستخدم نفس التقنية تقريبًا (فقط القديمة). إنه مثل "قانون مور" ، لكن بالنسبة لفيلم مغناطيسي. لكن الأمر ليس كذلك: على مر السنين ، لا ينخفض ​​معدل ضغط التسجيلات على الفيلم ، ولكنه يظل عند حوالي 33 ٪ سنويًا. أي أن مضاعفة كمية البيانات المسجلة على الفيلم تحدث كل 2-3 سنوات تقريبًا.

من الناحية المادية ، فإن تقنية التسجيل على الأقراص الصلبة والأفلام هي نفسها: يتم تسجيل البيانات على سطح ممغنط في مسارات ضيقة ، يتم فيها تبديل القطبية. يتم تسجيل المعلومات في سلسلة من البتات. منذ ظهور الأفلام والأقراص الصلبة في الخمسينات ، سعى مصنعو كلاهما إلى زيادة الكثافة والسرعة والتكلفة المنخفضة ، لذلك انخفضت تكلفة التخزين بالدولار لكل غيغابايت بأوامر من الحجم. يرجع ذلك إلى حقيقة أنهم يحاولون تقليل تكلفة الإنتاج التي تزدادها كثافة التسجيل لكل مليمتر مربع.

كلما تلقت الشركات التي تنتج وسائط مغناطيسية المزيد من التمويل للبحث والتطوير ، كلما زاد تقدم هذه الوسائط. الآن على محركات الأقراص الثابتة الأكثر تقدمًا ، يمكنك تسجيل معلومات 100 مرة أكثر من نفس منطقة الفيلم. ولكن نظرًا لوجود الكثير من هذه المنطقة على الفيلم في البكرة ، يتم وضع ما يصل إلى 15 تيرابايت من البيانات عليه ، وهو أكثر من أي أقراص موجودة في السوق. في نفس الوقت ، أبعاد الخرطوشة مع بكرة الفيلم ومحرك الأقراص الصلبة هي نفسها تقريبًا.


من الخارج والداخل: خرطوشة حديثة تحتوي على ملف واحد. بعد تركيب الخرطوشة ، يتم تغذية الفيلم تلقائيًا للقارئ أو الكاتب.

بالإضافة إلى السعة ، فإن الفيلم والأقراص الصلبة لها فرق آخر: سرعة الوصول إلى البيانات. يوجد في الملفات أشرطة ممغنطة بطول عدة مئات من الأمتار ، ويبلغ متوسط ​​وقت الوصول إلى البيانات من 50 إلى 60 ثانية. بالنسبة لمحركات الأقراص الصلبة ، تتراوح هذه الفترة من 5 إلى 10 مللي ثانية. ومع ذلك ، فإن سرعة التسجيل على الشريط تبلغ ضعف ذلك.

في السنوات الأخيرة ، انخفضت وتيرة تسجيل الضغط على الأقراص من 40٪ إلى 15٪ سنويًا. السبب هو الفيزياء الأساسية. لتسجيل المزيد من البيانات في نفس المنطقة ، تحتاج إلى تقليل المساحة لتسجيل كل بت. ونتيجة لذلك ، يقلل هذا من قوة الإشارة أثناء قراءة البيانات. إذا تم تقليل قوة الإشارة كثيرًا ، يمكن أن تختلط مع الضوضاء المغناطيسية من الحبيبات المغناطيسية المجاورة التي تغطي سطح القرص. يمكن تقليل الضوضاء بجعل الحبيبات نفسها أصغر. ولكن بعد ذلك ستكون الحبيبة صغيرة جدًا بحيث لا يمكنها الحفاظ على حالة مغنطةها بثبات. تم تحقيق أصغر حجم حبيبي مناسب للتسجيل المغناطيسي ؛ في المجال المهني يطلق عليه الحد الفائق المغناطيسي .

حتى وقت قريب ، ظل تحقيق هذا الحد غير مرئي بالنسبة للمستهلكين ، لأن الشركات المصنعة أضافت أقراص ورؤوس إضافية للكتابة والقراءة إلى داخل الحاوية ، مما يجعل القرص الصلب بنفس الحجم ولكنه أكبر. ومع ذلك ، أصبح من الصعب الآن إضافة المزيد من الأقراص داخل الحاوية ، مع الحفاظ على حجمها ، بحيث يصبح الحد أكثر وضوحًا.

هناك طرق بديلة للتسجيل على سطح مغناطيسي يمكن نظريًا تجاوز الحد الفائق المغناطيسي. هذا التسجيل ، يرافقه تسخين الحبيبات ، وتسجيل الميكروويف . ولكن من الصعب في الجوانب الهندسية والمالية. أعلنت ويسترن ديجيتال عن محرك أقراص صلبة مع طريقة تسجيل الميكروويف ، والتي تخطط لإطلاقه في عام 2019 . من المتوقع أن يحافظ مثل هذا الابتكار على معدل ضغط قياسي يبلغ حوالي 15٪ سنويًا.

في الوقت نفسه ، لا يزال التخزين على الفيلم بعيدًا عن بلوغ الحد الأقصى للمغناطيسية الفائقة ، وبالتالي ، يمكن أن يتطور الفيلم لعقود دون الاستناد إلى "قانون مور" وحدود الفيزياء الأساسية.

الفيلم له طبيعة ماكرة. تغيير الخراطيش بالملفات في معدات التسجيل ، مادة البوليمر الرقيقة ، التسجيل الموازي على 32 مسارًا - كل هذا يخلق صعوبات في تصميم ناقل المعلومات هذا.

في عام 2015 ، اكتشفت شركة IBM ، بالتعاون مع شركة FujiFilm Corporation ، أنه عند التسجيل باستخدام جزيئات مغناطيسية صغيرة من الفاريوم الباريوم متعامدة على سطح الفيلم ، يمكن تحقيق كثافة أعلى 12 مرة من التقنيات الأخرى. وفي عام 2017 ، بالتعاون مع سوني ، كان من الممكن تحقيق كثافة أعلى 20 مرة من أحدث محركات الأشرطة. في المستقبل ، ستسمح شركات الأفلام ، على سبيل المثال ، بتخزين جميع مواد الفيلم عالي الميزانية على بكرة واحدة فقط بدلاً من اثني عشر.


الفيضانات بالبيانات: تحتوي مخازن الأفلام الحديثة على مئات البيتابايت من البيانات ، ونموذج IBM 726 ، الذي تم تقديمه في عام 1952 ، يمكن أن يخزن فقط اثنين ميغابايت.

لتحقيق هذا التقدم ، قام المهندسون بتكييف رؤوس القراءة والكتابة للتحرك على طول مسارات ضيقة للغاية في الفيلم - بعرض حوالي 100 نانومتر. بالإضافة إلى ذلك ، كان من الضروري جعل رؤوس القراءة أضيق - بعرض حوالي 50 نانومتر. عند القراءة ، انخفضت الإشارة إلى مستوى الضوضاء أيضًا ، لذلك كان عليّ معالجة حجم وموضع الحبيبات الممغنطة ونعومة سطح الفيلم ، بالإضافة إلى تحسين معالجة الإشارة وقراءة الأخطاء.

من أجل ضمان موثوقية البيانات المسجلة لعقود ، طور المهندسون رؤوس تسجيل جديدة تنتج مجالات مغناطيسية أقوى بكثير من المجالات التقليدية.

من خلال الجمع بين جميع هذه التطورات ، تمكن مهندسو IBM من تحقيق كثافة تسجيل 818000 بت لكل بوصة خطية (تطور قياس الكثافة هذا تاريخيًا). سمحت التكنولوجيا الجديدة بتخصيص 246،200 مسار تسجيل على بوصة واحدة ووفرت مساحة لـ 201 غيغابت لكل بوصة مربعة. يمكن لخرطوشة تحتوي على 1140 مترًا من الفيلم لكل بكرة تخزين 330 تيرابايت من المعلومات. يمكن مقارنة ذلك بعربة كاملة من محركات الأقراص الثابتة.

أصدر اتحاد صناعة التخزين ، الذي يضم HP و IBM و Oracle و Quantum والعديد من مجموعات البحث ، في عام 2015 وثيقة عن خطط تطوير تخزين الأفلام. وفقًا لتوقعات الاتحاد ، بحلول عام 2025 ستزداد كثافة التسجيل لكل بوصة مربعة إلى 91 غيغابايت ، وبحلول 2028 إلى 200 غيغابايت.

يهتم مؤلفو الوثيقة بشكل مهني بمثل هذه التوقعات المتفائلة ، لكنها واقعية تمامًا. تقول مختبرات IBM أن 200 غيغابايت لكل بوصة مربعة هو هدف ممكن للعقد المقبل.

الفيلم هو ناقل للمعلومات ، والذي سيضغط "قانون مور" عليه في النهاية. لذلك ، ستزداد فوائد تخزين البيانات على الأشرطة مقارنةً بمحركات الأقراص الصلبة في السنوات القادمة.

يعمل كاتب المقالة ، مارك لانز ، كمدير في مختبر آي بي إم في زيوريخ ويتعامل مع مشاكل تخزين البيانات على الفيلم.

نُشرت المقالة في الأصل في شكل مطبوع تحت عنوان "Tape Storage Mounts a Comeback" ، ثم نُشرت على موقع IEEE Consortium على الويب . تستخدم الترجمة صورًا من المقالة الأصلية.