Ψηφιακή αποθήκευση και προβολές μνήμης έως το 2024, Μέρος 1

By | December 11, 2023

Κατά τη διάρκεια πολλών ετών, έχω γράψει μια σειρά από τρία άρθρα που περιγράφουν τις προβλέψεις μου για διάφορες τεχνολογίες ψηφιακής αποθήκευσης και μη πτητικής μνήμης για το επόμενο έτος και μετά. Αυτό θα είναι το πρώτο από τα άρθρα προβολής μου για το 2024, εστιάζοντας στην τεχνολογία μαγνητικής εγγραφής, κυρίως σε μονάδες σκληρού δίσκου (HDD) και μαγνητική ταινία.

Η πτώση στις αποστολές HDD, η οποία ξεκίνησε στα μέσα του 2022, συνεχίστηκε μέχρι το 2023. Αυτό ήταν μέρος μιας ευρύτερης πτώσης σε όλες τις τεχνολογίες αποθήκευσης και μνήμης το 2023 (μόνο το τελευταίο τρίμηνο του 2024 υπάρχουν ενδείξεις ότι ορισμένοι σκληροί δίσκοι τιμολογούν την αποθήκευση και τη μνήμη αυξάνονται). Μέρος αυτής της πτώσης οφειλόταν στη συνεχιζόμενη μείωση των αποστολών σκληρών δίσκων παλαιού τύπου (μείωση περίπου 28% από 81 εκατομμύρια μονάδες το τρίτο τρίμηνο του 2022 σε 58 εκατομμύρια μονάδες το τρίτο τρίμηνο του 2023), ειδικά καθώς έληξαν οι διακοπές λειτουργίας του Covid. Οι SSD αντικαθιστούν τους σκληρούς δίσκους στις περισσότερες από αυτές τις εφαρμογές.

Το άλλο μέρος της πτώσης οφείλεται στην πτώση των HDD υψηλής χωρητικότητας για εφαρμογές επιχειρήσεων και data center. Αυτές οι μονάδες κίνησης μειώθηκαν κατά περίπου 41% το 1-3 τρίμηνο του 2023 σε σύγκριση με το 1ο-τρίμηνο του 2022 (35,3 εκατομμύρια έναντι 60,1 εκατομμυρίων μονάδων). Αυτή η πτώση έπληξε το τμήμα της βιομηχανίας HDD που γνώρισε ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια και αναμένεται να επιστρέψει σε ανάπτυξη μόλις τα επίπεδα αποθέματος πελατών φτάσουν ξανά σε λογικά επίπεδα (κάτι που θα συμβεί σύντομα).

Οι συνολικές αποστολές HDD το τρίτο τρίμηνο του 2023 μειώθηκαν κατά 8,2% σε σύγκριση με το δεύτερο τρίμηνο του 2023 (26,8 εκατομμύρια έναντι 31,1 εκατομμυρίων). Αυτό συνέχισε την πτωτική τάση από το πρώτο τρίμηνο του 2022. Τα συνολικά exabyte που αποστέλλονται το C3Q 2023 μειώθηκαν μόνο κατά περίπου 0,61% από το C2Q 2023 (ίσως υποδηλώνει ότι η μείωση της ναυτιλιακής ικανότητας πλησιάζει στο τέλος της). Η συνολική χωρητικότητα που αποστέλλεται το 2023 εκτιμάται σε 875 EB, πτώση περίπου 29% σε σχέση με το προηγούμενο έτος. Το C4Q αναμένεται να παρουσιάσει πολύ μικρότερη μείωση στις αποστολές HDD και ίσως μια μέτρια αύξηση της χωρητικότητας που αποστέλλεται.

Υπήρξε αύξηση 12% στη μέση τιμή πώλησης (ASP) από το C2Q 2023 έως το C3Q 2023. Αυτό οφειλόταν στην αύξηση των ASP στη Seagate και στη Western Digital. Οι πολυετείς τριμηνιαίες τάσεις ASP φαίνονται στην παρακάτω εικόνα.

Ενώ είναι κάτω από το μέγιστο ASP το 2021, αναμένουμε ότι οι τιμές θα αυξηθούν με περισσότερη ζήτηση και λιγότερη παραγωγική ικανότητα το 2024. Αυτό θα συνεχίσει τη γενική τάση ανάπτυξης HDD ASP από το 2011 ως εφαρμογές παλαιού τύπου (π.χ. αποθήκευση για υπολογιστές και σκληρούς δίσκους επιχειρήσεων υψηλής απόδοσης ) έχουν χάσει έδαφος από τους SSD. Αναμένουμε ότι οι HDD ASP θα συνεχίσουν να αυξάνονται τα επόμενα χρόνια, καθώς οι επερχόμενες αποστολές HDD θα αυξηθούν σε πάνω από το 85% των συνολικών αποστολών HDD έως το 2028.

Προβλέπουμε ότι οι συνολικοί σκληροί δίσκοι που θα αποσταλούν το 2023 θα είναι περίπου 127 εκατομμύρια μονάδες, μειωμένος κατά περίπου 26% από τα 172 εκατομμύρια μονάδες που αποστέλλονται το 2022. Το μερίδιο αγοράς μεταξύ των τριών κατασκευαστών HDD πιθανότατα θα είναι περίπου 44% για τη Seagate, 37% για την WDC και 19 % για την Toshiba. Το ιστορικό αποστολής σκληρού δίσκου και οι προβολές για τις συνολικές αποστολές HDD έως το 2028 παρουσιάζονται παρακάτω.

Πιστεύουμε ότι η ζήτηση για μονάδες σχεδόν υψηλής χωρητικότητας θα συνεχίσει να αυξάνει τη ζήτηση για χωρητικότητα HDD τα επόμενα χρόνια, με την προβλεπόμενη χωρητικότητα αποθήκευσης να αποστέλλεται το 2028 στα 4.457 EB.

Η αύξηση της χωρητικότητας αποθήκευσης ανά μονάδα έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερες τιμές ανά bit δεδομένων ($/TB). Για σκληρούς δίσκους υψηλής χωρητικότητας επιχειρήσεων και κέντρων δεδομένων, οι μονάδες σφραγισμένες με ήλιο με περισσότερους δίσκους επιτρέπουν υψηλότερες χωρητικότητες. Αυτές οι μονάδες είναι προς το παρόν διαθέσιμες με έως και 10 δίσκους. Μπορεί να είναι δυνατοί περισσότεροι δίσκοι, ίσως μέχρι 12 μονάδες δίσκου, αλλά αυτό θα απαιτούσε τη μετακίνηση αυτών των ηλεκτροκινητήρων σε λεπτότερα γυάλινα υποστρώματα, τα οποία θα ήταν πιο άκαμπτα από τα υποστρώματα αλουμινίου, καθώς και αλλαγές στο ύψος της μαγνητικής κεφαλής και στις αναρτήσεις της κεφαλής.

Οι χωρητικότητες του σκληρού δίσκου μπορούν επίσης να αυξηθούν με διαγράμμιση κομματιών (εν μέρει εγγραφή νέων κομματιών σε υπάρχοντα κομμάτια), αν και καθώς η μονάδα γεμίζει, η εγγραφή νέων δεδομένων απαιτεί τη μεταφορά καλών δεδομένων σε άλλη θέση και μετά την εγγραφή των νέων, καλών δεδομένων ξανά (μια διαδικασία παρόμοια με τη διαδικασία διαγραφής και εγγραφής για SSD). Αυτός ο τύπος μονάδας δίσκου είναι πιο αποτελεσματικός για εφαρμογές αρχειοθέτησης μιας φοράς εγγραφής.

Οι δυνατότητες του σκληρού δίσκου μπορούν επίσης να αυξηθούν αυξάνοντας την πυκνότητα του κομματιού ή τη γραμμική πυκνότητα των πληροφοριών που καταγράφονται στα ομόκεντρα κομμάτια. Οι αυξήσεις της πυκνότητας της διαδρομής έχουν μειωθεί μετά την εισαγωγή των σκληρών δίσκων πολλαπλών ενεργοποιητών, όπου πρόσθετοι ενεργοποιητές βρίσκονται κοντά στην κεφαλή εγγραφής. Ωστόσο, η υποβοηθούμενη με ενέργεια μαγνητική εγγραφή, όπου η ενέργεια εφαρμόζεται σε πολύ σταθερά μέσα μαγνητικής εγγραφής (με υψηλή μαγνητική καταναγκασμό) για να καταστεί δυνατή η γραφή, είναι η καλύτερη ελπίδα για την αύξηση της γραμμικής πυκνότητας της μαγνητικής εγγραφής.

Η WDC παρουσίασε τους σκληρούς δίσκους ePMR της, τους οποίους ισχυρίζεται ότι είναι μια μορφή μαγνητικής εγγραφής με υποβοήθηση ισχύος το 2020. Το 2021, η WDC παρουσίασε τους σκληρούς δίσκους OptiNAND της. Οι μονάδες OptiNAND χρησιμοποιούν έναν ενσωματωμένο UFS SSD για την αποθήκευση μεγαλύτερων ποσοτήτων μεταδεδομένων, επιτρέποντας ταχύτερη πρόσβαση στα δεδομένα του σκληρού δίσκου και απελευθερώνοντας επιπλέον χωρητικότητα σκληρού δίσκου. Η WDC χρησιμοποίησε αυτές τις τεχνολογίες για να λανσάρει συμβατικούς σκληρούς δίσκους 22 TB (με κάθετη μαγνητική εγγραφή, αλλά όχι με χαλίκι) το 2022. Το ultra-SMR της εταιρείας, χρησιμοποιώντας τεχνολογία OptiNAND συν shingling για να αυξήσει τη χωρητικότητα της μονάδας στα 26 TB (χωρητικότητα 18% υψηλότερη). Η WDC ισχυρίζεται ότι ένα σημαντικό ποσοστό των μονάδων κέντρων δεδομένων της χρησιμοποιεί SMR (έως και 40%).

Τον Αύγουστο του 2023, η WDC κυκλοφόρησε σκληρούς δίσκους CMR 24 TB και σκληρούς δίσκους SMR 28 TB χρησιμοποιώντας την τεχνολογία ePMR και OptiNAND.

Η Toshiba ανακοίνωσε σκληρούς δίσκους με μια μορφή υποβοηθούμενης μαγνητικής εγγραφής που ονομάζεται μαγνητική εγγραφή με υποβοήθηση μικροκυμάτων (MAMR).

Η Seagate κυκλοφόρησε τους δικούς της σκληρούς σκληρούς δίσκους 24 TB CMR και είπε επίσης ότι θα προσφέρει χωρητικότητα 28 TB βότσαλα το φθινόπωρο του 2023. Η Seagate, ωστόσο, υπερασπίζεται επίσης μια άλλη μορφή μαγνητικής εγγραφής με υποβοήθηση, τη μαγνητική εγγραφή με θερμότητα (HAMR) που χρησιμοποιεί λέιζερ για τη θέρμανση της επιφάνειας του δίσκου κατά την εγγραφή. Η εταιρεία δοκιμάζει σκληρούς δίσκους 32 TB CMR HAMR το 2023 και σχεδιάζει να ξεκινήσει μαζική παραγωγή σκληρών δίσκων 30+ TB στις αρχές του 2024. Οι εκδόσεις αυτών των μονάδων HAMR μπορούν να προσφέρουν χωρητικότητα περίπου 36 TB. Η Seagate έχει δηλώσει ότι αναμένει να έχει διαθέσιμα προϊόντα μεγαλύτερα από 40 TB έως το 2025-2026 και σκληρούς δίσκους μεγαλύτερους από 50 TB μέχρι το τέλος της δεκαετίας.

Με την εισαγωγή των HAMR HDD το 2024, η Seagate θα μπορούσε να έχει σημαντικό πλεονέκτημα έναντι της WDC και της Toshiba για τουλάχιστον μερικά τρίμηνα. Για να ταιριάζει με αυτές τις δυνατότητες HDD, η WDC θα χρειαστεί να αναπτύξει το δικό της πρόγραμμα HDD HAMR ή, μαζί με την Toshiba, θα χρειαστεί να αγοράσει κεφαλές HAMR από την TDK και ίσως μέσα HAMR από τη Resonac (παλαιότερα γνωστή ως Showa Denko).

Η Seagate και η WDC έχουν στείλει επίσης μερικούς σκληρούς δίσκους διπλού ενεργοποιητή (όπου ο περιστροφικός ενεργοποιητής χωρίζεται σε δύο ενεργούς ενεργοποιητές στο ίδιο σημείο περιστροφής). Αυτοί οι σκληροί δίσκοι διπλού ενεργοποιητή (οι οποίοι η Seagate αποκαλεί σκληρούς δίσκους Mach-2) αναμένεται να γίνουν στάνταρ σε σκληρούς δίσκους μεγαλύτερης χωρητικότητας, καθώς μπορούν να αυξήσουν την απόδοση και, το πιο σημαντικό, να αυξήσουν τον χρόνο ανακατασκευής για αποτυχημένες μονάδες δίσκου.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει τον οδικό χάρτη της τελευταίας τεχνολογίας HDD από την Advanced Storage Research Consortium (ASRC), μια κοινοπραξία του κλάδου HDD που παρέχει προβλέψεις για την αύξηση της πυκνότητας αποθήκευσης (η πυκνότητα περιοχής είναι η μέση ποσότητα πληροφοριών που αποθηκεύονται ανά περιοχή σε δίσκους HDD). Αυτή η εικόνα προέρχεται από τη διάσκεψη IEEE TMRC του 2022 και δείχνει προβολές για σκληρούς δίσκους 10+ Tbpsi μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 2030 (οι οποίοι αναμένεται να παραδώσουν σκληρούς δίσκους 200+ TB) χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό τεχνολογιών που περιλαμβάνει HAMR.

Οι μαγνητικές ταινίες χρησιμοποιούν επίσης μαγνητική εγγραφή, αλλά η τοπική πυκνότητα της μαγνητικής ταινίας είναι πολλές γενιές πίσω από τους σκληρούς δίσκους. Αυτό δίνει στη μαγνητική ταινία μια σημαντική μελλοντική τεχνολογία για την αύξηση της χωρητικότητας αποθήκευσης στο μέλλον. Ωστόσο, η μαγνητική ταινία διαφέρει από τους σκληρούς δίσκους καθώς χρησιμοποιεί ευέλικτα μέσα και πολλά κομμάτια γράφονται ή διαβάζονται ταυτόχρονα. Αυτό σημαίνει ότι η μαγνητική ταινία, αφού τοποθετηθεί σε μονάδα ταινίας, έχει πολύ υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων από τους σκληρούς δίσκους. Οι σκληροί δίσκοι χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο για αποθήκευση σε κοντινή απόσταση, ενώ η μαγνητική ταινία χρησιμοποιείται για αποθήκευση ψυχρότερων δεδομένων και για αρχειοθέτηση. Η κορυφαία τεχνολογία μαγνητικής ταινίας είναι η LTO, με πάνω από το 80% της αγοράς με την επιχειρησιακή ταινία της IBM να παρέχει την ισορροπία.

Τον Αύγουστο του 2023, η IBM ανακοίνωσε τη μονάδα μαγνητικής ταινίας TS1170, που υποστηρίζει εγγενείς χωρητικότητες αποθήκευσης έως 50 TB και μεγαλύτερες χωρητικότητες με συμπίεση. Το προϊόν έχει εγγενή ρυθμό μετάδοσης δεδομένων 400 MB/s και επιλογές διασύνδεσης SAS 12 Gb και καναλιού οπτικών ινών 16 Gb. Αυτές οι μονάδες δίσκου υποστηρίζουν νέα μέσα κασέτας ταινίας που χρησιμοποιούν μαγνητικά σωματίδια φερρίτη στροντίου. Τα μέσα JF παράγονται από τη Fuji Film, η οποία κατασκευάζει επίσης μέσα LTO. Δεν υπάρχει συμβατότητα προς τα πίσω με μονάδες δίσκου IBM προηγούμενης γενιάς. Αυτή η τεχνολογία κασέτας ταινίας 50 TB αντιπροσωπεύει μια αύξηση 2,5 φορές σε σχέση με τα προϊόντα προηγούμενης γενιάς 20 TB.

Η μαγνητική ταινία LTO χρησιμοποιείται πιο συχνά με την ταινία LTO 9, την ταινία LTO με τη μεγαλύτερη χωρητικότητα που αποστέλλεται σήμερα. Το LTO 9 κυκλοφόρησε το 2019, αλλά δεν ήταν διαθέσιμο μέχρι τον Σεπτέμβριο του 2021. Αυτές οι κασέτες έχουν εγγενή χωρητικότητα 18 TB (με πυκνότητα περιοχής εγγραφής περίπου 1/100ου αυτό των σκληρών δίσκων). Το 2022, η κοινοπραξία ταινιών LTO επέκτεινε τον οδικό της χάρτη στη γενιά LTO 14 με χωρητικότητα εγγενούς αποθήκευσης έως και 576 TB. Αυτό το σενάριο φαίνεται παρακάτω.

Τα προϊόντα LTO 10 αναμένεται να ανακοινωθούν το 2024, παρέχοντας χωρητικότητα φυσιγγίων ακατέργαστης ταινίας 36 TB. Εάν εισάγονται νέες γενιές LTO κάθε τρία χρόνια, το LTO 14 θα μπορούσε να είναι διαθέσιμο γύρω στο 2036, με χωρητικότητα φυσιγγίων εγγενούς ταινίας 576 TB, περίπου στον ίδιο χρόνο με τους σκληρούς δίσκους 200 TB.

Οι κατασκευαστές ταινιών έχουν προωθήσει τη μαγνητική ταινία ως ένα πιο βιώσιμο μέσο αποθήκευσης, καθώς χρησιμοποιείται λίγη ενέργεια όταν υπάρχουν φυσίγγια μαγνητικής ταινίας στα ράφια. Η Fujifilm εκτιμά ότι περίπου 43% λιγότερες εκπομπές άνθρακα προκύπτουν από τη χρήση μαγνητικής ταινίας σε σύγκριση με τους σκληρούς δίσκους.

Η συνολική αγορά για μέσα μαγνητικής ταινίας, μονάδες δίσκου και βιβλιοθήκες είναι πιθανότατα πάνω από 2 δισεκατομμύρια δολάρια. Η IBM είναι ο μόνος κατασκευαστής μονάδων μαγνητικής ταινίας και η Fujifilm και η Sony είναι οι μόνοι κατασκευαστές μέσων μαγνητικής ταινίας. Εκτιμούμε ότι η συνολική χωρητικότητα αποστολής ταινιών το 2023 θα είναι 199 EB και θα αυξηθεί σε 401 EB το 2028.

Οι αποστολές μονάδων HDD αναμένεται να μειωθούν κατά περίπου 26% το 2023 σε σύγκριση με το 2022 και η χωρητικότητα αποστολής θα μειωθεί κατά περίπου 29%, κυρίως λόγω της βραδύτερης ζήτησης για όλα τα κέντρα αποθήκευσης δεδομένων καθ’ όλη τη διάρκεια του 2023. Ωστόσο, η ανάπτυξη δεδομένων θα απαιτήσει αυξημένη ικανότητα αποστολής το 2024 και πέρα. Οι οδικοί χάρτες μαγνητικής ταινίας LTO προβάλλουν κασέτες ταινίας έως και 576 TB κάποια στιγμή στη δεκαετία του 2030.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *