Historia rozwoju dysków od HDD do Intel Optane

Od HDD do Intel Optane – historia elektronicznego magazynowania danych. Poznaj historię ewolucji nośników danych na blogu nazwa.pl.

Historia nośników pozwalających na przechowywanie danych rozpoczęła się w 1956 roku, od dysków talerzowych firmy IBM. Przez lata rodzaje nośników ewoluowały, a ich współczesną, najbardziej zaawansowaną formą są pamięci i dyski Intel Optane. Poznaj historię rozwoju i rodzaje dysków, jakie pojawiły się na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat.

 

Najdawniejsze pomysły

Historia magazynowania danych sięga systemu kart dziurkowanych (perforowanych), które zostały wynalezione w XIX wieku. Jako pierwszy zastosował je Joseph Jacquard, początkowo używając ich w krośnie, do sterowania nićmi podczas tkania.

Karty perforowane na większą skalę sprawdziły się także podczas spisu ludności USA w 1890 roku. Pierwsze ustandaryzowane formaty kart zostały natomiast wprowadzone przez IBM. Były wykonane z tektury, co powodowało konieczność ich wymiany już po kilkunastu cyklach użycia.

Pierwsze dyski HDD

Dyski HDD w potocznym języku bardzo często noszą nazwę „dysków twardych”. Pojemność pierwszego tego typu nośnika danych, zaprojektowanego w roku 1956 przez IBM, wynosiła zaledwie 5 MB. Obecnie może wydawać się to znikomą powierzchnią, pamiętajmy jednak, że ówcześnie był to pomysł nowatorski, a wymagania dotyczące pojemności były zupełnie inne niż obecnie. Napęd do obsługi dysku zajmował cały pokój i wymagał stałej pracy 3 osób. Sam dysk składał się z 50 magnetycznych, wirujących talerzy, a czas dostępu do danych wynosił 600 ms.

Już jednak w latach 60. nowe konstrukcje skróciły czas odczytu i zapisu danych do 180 ms, a pojemności dysków zostały zwiększone do kilkudziesięciu megabajtów. Obecnie czas dostępu w najnowszych konstrukcjach dysków HDD wynosi zaledwie kilka milisekund.

Innowacje lat 70.

W latach 70. XX wieku pojawił się dysk IBM 3300 z ówczesną innowacją – mechanizmem korekcji błędów. Można było wymieniać w nim nośniki danych, z których każdy miał pojemność 100 MB. Dzięki połączeniu wielu modułów był to pierwszy dysk, na którym w sumie można było zapisać 1 GB danych. Napęd nadal jednak był bardzo duży i kosztował 400 tysięcy dolarów.

W 1976 roku pojawił się natomiast ciekawy projekt firmy Dataram, który był zapowiedzią współczesnych dysków SSD. Wykorzystywał pamięć ferrytową, która umożliwiała korzystanie z dysku nawet bez zasilania. Koszty produkcji napędu sprawiły jednak, że nigdy nie został na większą skalę wdrożony.

Pierwsze miniaturowe dyski

W 1983 roku rozpoczęła się era miniaturowych dysków twardych. Pierwszy napęd mieszczący się w obudowie komputera miał format 5,25 cala i ważył 3,2 kg. Także w latach 80. firma Toshiba wprowadziła pierwszą pamięć półprzewodnikową w standardzie flash.

Standardy ATA i SATA

W roku 1983 zadebiutował interfejs komunikacji z dyskami twardymi ATA, co umożliwiało wyższą prędkość transmisji danych. Jego następcą były wprowadzone w 2002 roku zminiaturyzowane złącza SATA. Z połączonych w ten sposób dysków można było stworzyć macierz RAID.

Wprowadzenie w kolejnych latach rozwiązań SATA II i SATA III umożliwiło zwiększenie prędkości przesyłania danych do 6 Gb/s. Dyski HDD ewoluowały również pod względem pojemności.

Dyski SSD

Przełomem w technologii pamięci masowych było pojawienie się dysków SSD. Nowa konstrukcja umożliwiła znaczne skrócenie czasu dostępu do danych, otwierając zupełnie nowe możliwości dla współczesnych systemów przetwarzania informacji. Dyski SSD cechują się bardzo dużą odpornością na urazy mechaniczne, ponieważ nie ma w nich ruchomych elementów. Gwarantują one ponadto bezgłośną pracę, przy bardzo małym poziomie poboru energii, przez co wykorzystywane są w urządzeniach przenośnych.

NVMe

Rozwój technologii dysków SSD umożliwił bardzo szybki odczyt i zapis ogromnych ilości informacji, jednak wąskim gardłem stała się komunikacja pomiędzy dyskiem a płytą główną komputera. Standardy przesyłania danych SATA i SAS, opracowane wcześniej na potrzeby obsługi dysków HDD, posiadały zbyt niską wydajność. Na pełne wykorzystanie możliwości dysków SSD pozwoliło dopiero wprowadzenie w 2013 roku interfejsu NVM Express (NVMe). Dyski zostały podłączone bezpośrednio do magistrali PCI Express (PCIe), dzięki czemu nie tylko wzrosła maksymalna szybkość przesyłania danych, ale przede wszystkim jeszcze bardziej skrócono czas dostępu do danych.

Dyski Intel Optane

Dyski Intel Optane to najwyższe stadium rozwoju, wykorzystujące  technologię 3D XPoint, opracowaną w 2017 roku wspólnie przez Intel i Micron Technology. Rozwiązanie to stanowi kolejny etap rozwoju dysków półprzewodnikowych, zapewniając niezależnie od poziomu ich obciążenia dużo niższe czasy dostępu do danych w stosunku do dysków SSD i HDD. Technologia 3D XPoint z uwagi na zmianę materiału, z jakiego wykonywane są nośniki pamięci, zapewnia również dużo wyższą trwałość każdej komórki pamięci, w której zapisywane są dane.

Niezależne testy potwierdziły, że dyski Intel Optane osiągają najwyższe prędkości odczytu i zapisu spośród wszystkich dostępnych obecnie nośników danych. Zastosowanie interfejsu NVMe pozwala jednocześnie na pracę z maksymalną dostępną szybkością. Przyszłość dysków SSD została już przesądzona, a jedyną przeszkodą do popularyzacji dysków Intel Optane jest jeszcze obecnie ich wysoka cena, wynikająca z nowego procesu produkcyjnego.