Chuyển đổi đơn vị lưu trữ máy tính

Năm 2016 đánh dấu kỷ niệm 60 năm từ khi ổ đĩa cứng (HDD) ra đời. Trong khi các máy tính mới ngày nay đã chuyển sang sử dụng đĩa trạng thái rắn (SSD) để lưu trữ giúp tăng tốc độ đọc dữ liệu, thì ổ cứng HDD vẫn là ứng cử viên vô địch về khả năng lưu trữ dữ liệu dung lượng cao, chi phí thấp. HDD là nền tảng của SSD trên dòng lịch sử của hệ thống lưu trữ dữ liệu máy tính. Trước đó, đã có những loại ổ đĩa cũ hơn được dùng để lưu trữ mà bạn có thể sẽ bất ngờ trong bài viết này.

Ổ đĩa cứng lưu trữ thương mại đầu tiên

IBM đã chế tạo máy tính dựa trên ổ đĩa cứng thương mại đầu tiên và gọi nó là RAMAC — viết tắt của Random Access Method of Accounting And Control. Hệ thống lưu trữ của nó được gọi là IBM 350. RAMAC rất lớn - nó cần cả một căn phòng để hoạt động. Chỉ riêng hệ thống lưu trữ ổ đĩa cứng đã có kích thước bằng hai chiếc tủ lạnh. Bên trong là 50 đĩa 24 inch xếp chồng lên nhau.

Đối lập với kích thước khổng lồ đó, khách hàng của RAMAC chỉ có được 5MB bộ nhớ. Những người làm tiếp thị của IBM không muốn RAMAC lưu trữ nhiều dữ liệu hơn thế. 

Khách hàng của IBM đã chiết khấu hơn 3.200 đô la để có đặc quyền truy cập và lưu trữ thông tin trong đó một tháng. Con số ngày đó đó tương đương với gần 28.000 đô la mỗi tháng vào năm 2016.

60 năm trước, chi phí lưu trữ dữ liệu là 640 đô la cho mỗi megabyte mỗi tháng. Với mức giá lưu trữ năm 1956 của IBM, một chiếc iPhone 7 mới sẽ khiến bạn tiêu tốn khoảng 20,5 triệu đô la một tháng. RAMAC không thể di động như chiếc điện thoại trong túi của bạn 

Bộ lưu trữ thương mại đầu tiên RAMAC

Cắm và chạy

Ngày nay, bạn có thể lắp 2TB vào thẻ SD có kích thước bằng con tem bưu chính, nhưng nửa thế kỷ trước, đó là một câu chuyện rất khác. Chi phí cao và kích thước lớn không phải là điều hiệu quả. Nhờ sự nghiên cứu công nghệ và kỹ thuật, IBM tiếp tục cải tiến việc lưu trữ ổ đĩa cứng ban đầu, nhưng các hệ thống vẫn còn lớn và cồng kềnh.

Vào đầu những năm 1960, khách hàng máy tính lớn của IBM khao khát có thêm dung lượng lưu trữ, nhưng họ chỉ đơn giản là không có đủ chỗ để tiếp tục lắp đặt các thiết bị lưu trữ có kích thước bằng tủ lạnh. Vì vậy, những người thông minh tại IBM đã nghĩ ra một giải pháp: lưu trữ di động.

Ổ đĩa lưu trữ IBM 1311, được giới thiệu vào năm 1962, đã dẫn đến việc sử dụng Gói đĩa IBM 1316 cho phép khách hàng máy tính lớn của IBM mở rộng dung lượng lưu trữ của họ nhiều khi họ cần (hoặc có thể chi trả). IBM đã thu nhỏ kích thước của các đĩa một cách đáng kể, từ đường kính 24 inch xuống còn 14 inch. Các gói đĩa nặng 9 pound vừa vặn với một thiết bị có kích thước bằng một chiếc máy giặt hiện đại. Mỗi gói có thể chứa khoảng 2MB.

Vào giữa những năm 1970, trung tâm dữ liệu của IBM có những gói đĩa lưu trữ di động. Chúng trông có cùng kích thước mà bạn dùng để đựng bánh sinh nhật: hộp nhựa lớn, kín có tay cầm ở phía trên.

Bộ lưu trữ di động đầu tiên của IBM

Cuộc cách mạng PC

Cho đến những năm 1970, máy tính là thiết bị khổng lồ, đắt tiền, rất chuyên dụng mà chỉ các doanh nghiệp lớn nhất, trường đại học và các tổ chức chính phủ mới có thể mua được. Giá linh kiện điện tử giảm, mật độ chip nhớ ngày càng tăng và các yếu tố khác đã làm nảy sinh một ngành công nghiệp hoàn toàn mới: máy tính cá nhân.

Ban đầu, máy tính cá nhân có khả năng lưu trữ rất hạn chế, hầu như không đáng kể. Một số đã sử dụng băng giấy đục lỗ để lưu trữ. Những người khác đã sử dụng băng ghi âm. Cuối cùng, máy tính cá nhân sẽ ghi dữ liệu vào ổ đĩa mềm. Và theo thời gian, chi phí của ổ đĩa cứng đã giảm đến mức người dùng cá nhân cũng có thể mua một chiếc PC. Cái tên PC cũng từ đó mà ra đời - có nghĩa là Personal Computer: Máy tính cá nhân.

Năm 1980, một công ty trẻ mới nổi tên là Shugart Technology đã giới thiệu một ổ đĩa cứng 5MB được thiết kế để phù hợp với các máy tính cá nhân thời đó. Nó có đường kính nhỏ 5,25 inch. Ổ đĩa có giá 1.500 đô la. Nó đủ phổ biến để trở thành tiêu chuẩn thực tế cho PC trong suốt những năm 1980. Shugart đổi tên thành Seagate Technology.

Trong khoảng thời gian 25 năm, công nghệ ổ cứng đã thu hẹp từ một thiết bị có kích thước bằng một chiếc tủ lạnh thành một thứ có đường kính nhỏ hơn 6 inch. Và điều đó sẽ chẳng là gì so với những gì sắp xảy ra trong 25 năm tới.

Ổ đĩa cứng tích hợp PC đầu tiên xuất hiện trên thị trường

Cuộc phiêu lưu của RAID

RAID là từ viết tắt của Redundant Array of Inexpensive Disks. Ý tưởng là bạn có thể lấy một số thiết bị lưu trữ rời rạc — trong trường hợp này là ổ đĩa cứng — và kết hợp chúng thành một đơn vị logic duy nhất. Phân chia công việc ghi và đọc dữ liệu giữa nhiều thiết bị có thể giúp dữ liệu di chuyển nhanh hơn. Nó cũng có thể làm giảm khả năng mất dữ liệu.

Các nhà nghiên cứu Berkeley không phải là những người đầu tiên đưa ra ý tưởng này. Nó đã nảy sinh từ những năm 1970. 

RAID cực kỳ quan trọng đối với Backblaze. RAID là cách họ xây dựng các kho lưu trữ của mình. Thiết kế Ổ lưu trữ mới nhất của được kết hợp 60 ổ cứng riêng lẻ được ghép thành bốn mảng RAID. Backblaze sau đó đã đưa khái niệm này đi xa hơn bằng cách triển khai cơ chế mã hóa.

Với thiết kế ổ lưu trữ mới nhất của chúng tôi, chúng tôi đã có thể nén 480TB vào một khung duy nhất chiếm 4U không gian giá đỡ hoặc khoảng 7 inch chiều cao thẳng đứng trong giá thiết bị. Điều đó khác xa so với 5MB dung lượng lưu trữ trong tủ lạnh của RAMAC. Trên thực tế, gấp 96 triệu lần dung lượng lưu trữ.

Lớn hơn, tốt hơn, nhanh hơn, nhiều hơn

Trong suốt những năm 1980 và 1990, các nhà sản xuất ổ cứng và PC đã đổi mới và thay đổi thị trường một cách không thể thay đổi. Ổ đĩa 5,25 inch sớm nhường chỗ cho ổ 3,5 inch. (Tại Backblaze, vẫn sử dụng ổ đĩa 3,5 inch được thiết kế cho máy tính để bàn hiện đại trong Bộ lưu trữ) Khi máy tính xách tay trở nên phổ biến, các ổ đĩa lại thu hẹp lại còn 2,5 inch. Nếu bạn đang sử dụng máy tính xách tay có ổ cứng hiện nay, rất có thể đó là kiểu máy 2,5 inch.

Nhu cầu lưu trữ tốt hơn, nhanh hơn, đáng tin cậy hơn và linh hoạt hơn cũng làm nảy sinh các giao diện khác nhau: IDE, SCSI, ATA, SATA, PCIe. Các nhà sản xuất ổ đĩa đã cải thiện hiệu suất bằng cách tăng tốc độ trục chính - tốc độ của động cơ làm quay ổ đĩa cứng. 5.400 vòng / phút (RPM) là tiêu chuẩn, nhưng 7.200 mang lại hiệu suất tốt hơn. Seagate, Western Digital và những người khác đã nâng cao giới hạn bằng cách giới thiệu ổ đĩa 10.000 RPM và cuối cùng là 15.000 RPM.

IBM đã đi tiên phong trong lĩnh vực ổ cứng thương mại và đưa vô số cải tiến ổ đĩa cứng ra thị trường trong nhiều thập kỷ. Năm 2003, IBM bán bộ phận lưu trữ của mình cho Hitachi. Nhiều ổ đĩa Hitachi được sử dụng ở Backblaze có nguồn gốc từ IBM.

Ổ cứng thể rắn

Ngay cả khi ổ đĩa cứng được tìm thấy trong các hệ thống máy tính thời kỳ đầu, các hệ thống lưu trữ dựa trên RAM cũng đang được tạo ra. Chi phí bộ nhớ máy tính cao đến mức không tưởng, độ phức tạp, kích thước và yêu cầu duy trì năng lượng để hoạt động đã ngăn cản việc lưu trữ dựa trên bộ nhớ hoạt động theo bất kỳ cách nào có ý nghĩa. Mặc dù các hệ thống rất chuyên biệt, đắt tiền được sử dụng trong thị trường máy tính siêu máy tính và máy tính lớn.

Cuối cùng, RAM không bay hơi đã trở nên nhanh chóng, đáng tin cậy và đủ rẻ để SSD có thể được sản xuất hàng loạt, nhưng nó vẫn ở mức độ hạn chế. Về giá cả, chúng đắt kinh khủng. Vào đầu những năm 1990, bạn có thể mua một ổ SSD 20MB cho PC với giá 1.000 đô la hoặc khoảng 50 đô la cho mỗi megabyte. So sánh với hôm nay, chi phí của một ổ cứng rắn đã giảm xuống dưới 1 đô la cho mỗi megabyte và sẽ còn giảm mạnh hơn nữa.

Bước đột phá thực sự đã xảy ra với sự ra đời của SSD dựa trên flash. Vào giữa những năm 2000, Samsung, SanDisk và những doanh nghiệp khác đã đưa ra thị trường các ổ SSD flash đóng vai trò thay thế cho ổ đĩa cứng. SSD ngày càng nhanh hơn, nhỏ hơn và phong phú hơn. Giờ đây, PC, Mac và điện thoại thông minh đều bao gồm bộ nhớ flash với mọi hình dạng và kích thước và sẽ tiếp tục phát triển theo hướng đó. SSD mang lại hiệu suất tốt hơn, tiết kiệm điện năng tốt hơn và cho phép thiết kế máy tính mỏng hơn, nhẹ hơn.

Ổ cứng SSD là cuộc cách mạng mới của đơn vị lưu trữ

Ổ cứng quay, hiện đã 60 năm tuổi, vẫn chiếm ưu thế khi tính đến giá mỗi gigabyte. Các nhà sản xuất SSD đang tiến gần hơn đến mức giá tương đương với ổ cứng HDD, nhưng họ vẫn còn nhiều năm nữa mới đạt được. Ổ cứng quay kiểu cũ vẫn mang lại cho bạn giá trị tốt nhất cho số tiền của bạn.

Tương lai của đơn vị lưu trữ

Khi máy tính và thiết bị di động đã chuyển từ ổ cứng sang SSD, thật dễ dàng để giảm giá ổ cứng như một công nghệ kế thừa sẽ sớm ra mắt. Có vẻ như cứ sau vài năm, một người nào đó tuyên bố ổ cứng đã chết. Trong khi đó, các nhà sản xuất ổ cứng tiếp tục tìm cách duy trì sự phù hợp.

Không nghi ngờ gì khi thị trường ổ cứng đang trong thời kỳ suy giảm và chuyển đổi. Doanh số bán ổ đĩa cứng giảm so với năm trước. Người tiêu dùng chuyển sang SSD hoặc rời khỏi Mac và PC hoàn toàn và thực hiện nhiều công việc hơn trên thiết bị di động.

Bất kể, sự đổi mới và phát triển của ổ cứng vẫn tiếp tục diễn ra. Chúng tôi đang đưa các Bộ nhớ của riêng mình vào ổ cứng 8TB. Ổ cứng 10TB đã được xuất xưởng và thậm chí các ổ đĩa 3,5 inch dung lượng cao hơn cũng đang được tung ra thị trường.

Các nhà sản xuất ổ cứng không ngừng cải thiện mật độ dung lượng — lượng thông tin bạn có thể nhồi nhét vào đĩa một cách vật lý. Họ cũng đã tìm ra những cách ghi được nhiều đĩa hơn vào một cơ chế truyền động duy nhất, sau đó lấp đầy nó bằng heli. Vậy, SSD có phải là tương lai duy nhất để lưu trữ dữ liệu? Không phải trong một thời gian dài. Seagate vẫn vững tin vào tương lai của ổ cứng. Giám đốc tài chính của nó ước tính rằng ổ cứng sẽ tồn tại trong khoảng 15-20 năm nữa. Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng ổ cứng sắp ra mắt thị trường trong thập kỷ tới sẽ lưu trữ một lượng dữ liệu lớn hơn hiện tại — 100TB trở lên.

Hãy tưởng tượng giao một ổ cứng 10TB cho một nhà điều hành RAMAC vào năm 1956 và nói với họ rằng thiết bị 3,5 inch trong tay họ chứa dữ liệu nhiều hơn hai triệu lần so với chiếc hộp lớn trước mặt họ. Họ sẽ nghĩ rằng bạn thật dở hơi.

Nhưng đó là điều mà con người đã làm được trong vòng 60 năm. 60 năm tới có thể sẽ rất khác, chúng ta có thể lại chẳng cần một ổ cứng vật lý mà tất cả sẽ được chứa vào hệ thống online, như Cloud chẳng hạn? Các đơn vị lưu trữ sẽ ngày càng lớn dần so với 5MB từ lúc ban đầu.