Sự thay đổi về trạng thái của bộ nhớ bắt đầu vào giữa những năm 1990, khi ý tưởng về bộ nhớ tập trung, nối mạng và chia sẻ được giữ vững và đặt bộ nhớ lên một vị trí gần như ngang bằng với các máy chủ ứng dụng. Vai trò của lưu trữ trong các kiến trúc dữ liệu hiện đại ngày càng tăng khi công nghệ storage area network (SAN) và network-attached storage (NAS) phát triển thành các kho lưu trữ dữ liệu tinh vi. Sự ra đời của Solid-state media đã tăng tốc sự phát triển của lưu trữ khi flash bổ sung tốc độ đọc/ghi ảnh hưởng đến toàn bộ môi trường máy tính. Solid-state media cũng làm cho hầu hết các hiện thân hiện đại của tài nguyên lưu trữ là giải pháp thay thế khả thi cho việc triển khai lưu trữ truyền thống.

Lưu trữ đã thay đổi rất nhiều trong vài năm qua, nhưng năm công nghệ và triển khai sáng tạo này đại diện cho một số suy nghĩ lại mới nhất nhưng thực tế nhất về hệ thống lưu trữ:

• Hạ tầng siêu hội tụ (HCI). HCI là cách tiếp cận tập trung vào máy chủ để lưu trữ được chia sẻ, nơi tài nguyên lưu trữ được phân phối thay vì tập trung về mặt vật lý.
• NVMe/PCIe storage interface. NVMe - bộ nhớ nhanh không linh hoạt - là một giao thức truyền tải dữ liệu được thiết kế để tận dụng lợi thế của kiến trúc bus PCIe (tốc độ kết nối thành phần ngoại vi) và lưu trữ flash.
• Storage-class memory (SCM). SCM nằm giữa RAM và bộ nhớ của máy chủ, kết hợp các khía cạnh của cả hai kho dữ liệu đó.
• Edge storage. Các môi trường phân tán, chẳng hạn như kiến trúc Internet vạn vật (IoT), có thể yêu cầu một số xử lý dữ liệu tại các điểm cuối của chúng, có nghĩa là dữ liệu cũng phải được lưu trữ ở đó.
• Lưu trữ điện toán. Loại hệ thống lưu trữ mới này đặt dữ liệu càng gần các phương tiện xử lý càng tốt để mang lại hiệu suất cao hơn.

Nói chung, năm công nghệ này đã giúp nâng cao dung lượng lưu trữ thành một tài sản quan trọng trong hầu hết các tình huống xử lý dữ liệu.

1. Cơ sở hạ tầng siêu hội tụ (HCI)

Trước khi đảm nhận vị trí của mình trong các trung tâm dữ liệu doanh nghiệp, HCI đã nổi bật trong việc triển khai lưu trữ quy mô siêu lớn của các công ty như Google và Amazon. Tiền đề thiết kế của HCI khá đơn giản: Thay vì điểm mạng của các máy chủ đến các mảng lưu trữ trung tâm, hãy lấp đầy dung lượng lưu trữ cho mỗi máy chủ, kết nối các máy chủ trong một mạng ngang hàng về cơ bản và cho phép các ứng dụng sử dụng máy tính và tài nguyên lưu trữ mà họ cần bất kể tài nguyên đó được đặt ở đâu.

 

Nhưng khả năng thực sự của HCI là cách nó mở rộng quy mô. Nếu cần thêm dung lượng lưu trữ hoặc tính toán, một máy chủ mới có thể được thêm vào cụm. Phần mềm HCI sẽ nhận ra máy chủ mới và thêm tài nguyên của nó vào nhóm. HCI cũng giúp dễ dàng phân bổ dung lượng lưu trữ hoặc tính toán nơi cần thiết.

Một số hệ thống HCI là sản phẩm chỉ sử dụng phần mềm, cho phép các công ty sử dụng phần cứng hiện có hoặc mua các máy chủ và phương tiện lưu trữ thông thường (COTS).

2. NVMe/PCIe storage interface

Đặc điểm kỹ thuật NVMe được phát triển đặc biệt cho lưu trữ thể rắn vì các giao thức SAS và SATA được sử dụng cho ổ cứng không thể theo kịp tốc độ của phương tiện flash. NVMe tận dụng công nghệ bus mới nhất - PCIe - và khai thác băng thông lớn hơn và nhiều kênh của nó để cải thiện việc truyền dữ liệu và giảm tắc nghẽn do truyền tải chậm truy cập bộ nhớ tốc độ cao.

Thông số kỹ thuật của NVMe thấp hơn so với các giao thức trước đó. Ví dụ, NVMe có thể xử lý 64.000 lệnh trong một hàng đợi tin nhắn và chứa hơn 65.000 hàng đợi I/O. Đó là một sự gia tăng lớn so với độ sâu hàng đợi của SAS là 256 lệnh và của SATA là 32.

3. Storage-class memory (SCM)

SCM là một công nghệ kết hợp những gì tốt nhất của DRAM (tốc độ cực cao) và flash NAND (dung lượng cao hơn, chi phí thấp hơn). Bằng cách kết hợp bộ nhớ giống DRAM và flash tiêu chuẩn, SCM tạo ra một loại tài nguyên cầu nối có thể bổ sung DRAM (không nhanh bằng) và cung cấp bộ nhớ tốc độ cao liên kết trực tiếp với bộ nhớ.

 

SCM có thể giúp cải thiện hiệu suất theo cách truyền thống dữ liệu được truyền từ bộ nhớ sang DRAM đến bộ nhớ đệm của CPU. Và không giống như DRAM, SCM là bất biến (non-volatile), có nghĩa là dữ liệu sẽ được giữ lại khi nguồn điện bị cắt.

Mô-đun bộ nhớ trong dòng kép non-volatile (NVDIMM) là một dạng khác của SCM với cách triển khai hơi khác. Các mô-đun NVDIMM bao gồm lưu trữ phương tiện flash, nhưng thay vì kết nối qua bus của máy chủ, chúng cắm vào các khe DIMM mở thường được sử dụng cho DRAM bổ sung. NVDIMM cung cấp hiệu suất tuyệt vời và có thể duy trì trạng thái của dữ liệu ứng dụng để cung cấp khả năng phục hồi hiệu quả khi gặp sự cố.

4. Edge storage

Ý tưởng đưa bộ nhớ lên “edge" được lấy cảm hứng từ sự mở rộng của các môi trường IoT. Người ta xác định rằng hiệu suất của các hoạt động IoT tổng thể có thể được cải thiện nếu dữ liệu được xử lý gần nguồn nhất có thể, có nghĩa là thêm dung lượng lưu trữ cho các thiết bị điểm cuối.

Các thiết bị điểm cuối có thể bao gồm từ máy chủ và PC từ xa cho đến các cảm biến đơn chức năng. Các thiết bị này có thể sử dụng bộ nhớ được cài đặt cục bộ để xử lý cạnh nhằm đạt được kết quả kịp thời hơn. Trong nhiều trường hợp, dữ liệu trên bộ nhớ edge có thể sẽ được chuyển đến trung tâm dữ liệu hoặc dịch vụ lưu trữ đám mây.

5. Lưu trữ điện toán

Lưu trữ điện toán là một phát triển kỹ thuật khác tận dụng khả năng lưu trữ trạng thái rắn nhanh và giữ cho điện toán gần với dữ liệu nhất có thể. Hệ thống lưu trữ điện toán bao gồm các tài nguyên lưu trữ điển hình của mảng lưu trữ khối, tệp hoặc đối tượng , nhưng chúng cũng chứa bộ xử lý, bộ nhớ và các thiết bị liên quan khác cần thiết để chạy các ứng dụng dựa trên dữ liệu được lưu trữ.

 

Sự sắp xếp này giúp loại bỏ độ trễ và kết quả là tắc nghẽn xử lý không thể tránh khỏi khi di chuyển dữ liệu qua lại trên cơ sở hạ tầng mạng. Lưu trữ điện toán được triển khai tốt nhất khi xử lý và phân tích dữ liệu nhanh chóng là rất quan trọng, chẳng hạn như trong các trường hợp sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học (ML).

Tất nhiên, còn có những phát triển quan trọng khác trong việc lưu trữ dữ liệu mới nổi, nhưng năm phát triển được mô tả ở đây đại diện cho một số cải tiến lưu trữ tốc độ cao, tiên tiến nhất. Chúng có thể lấp đầy những khoảng trống mà các môi trường kết nối trực tiếp hoặc nối mạng truyền thống không thể giải quyết. Hầu hết những thay đổi gần đây trong kiến trúc lưu trữ đều liên quan đến sự ra đời và phổ biến của lưu trữ trạng thái rắn. Khi trạng thái rắn tiếp tục phát triển, bạn có thể mong đợi nhiều công nghệ lưu trữ sáng tạo hơn được xây dựng trên nền tảng flash.