Природа придумала поразительное по плотности хранения данных решение — ДНК. Всю информацию из интернета, включая бесконечные фотографии котиков, можно записать на ДНК в объёме коробки для котика средних размеров. Учёные давно пытаются повторить этот трюк и у них даже есть успехи.

Источник изображения: Pixabay

Используя для кодирования данных на ДНК только четыре природных азотистых основания в объёме коробки для обуви можно записать 215 Пбайт данных. Но если синтезировать искусственные азотистые основания и довести их до 11 базовых кодов, то объём хранимых в «коробке» данных можно удвоить! При должном подходе эта информация может храниться миллионы лет в отличие от данных на жёстких дисках и SSD. Когда-нибудь это произойдёт, но пока исследователи решают ряд связанных с записью на ДНК проблем, в частности, это проблема разрушения данных при многократном обращении к ним и, как следствие, нарастание ошибок и потеря данных.

В новой статье в журнале Nature группа исследователей предложила интересную методику защиты и маркировки информационного ДНК-носителя, которая защищает носитель от разрушения в процессе чтения, а также облегчает сортировку ДНК-файлов и ведёт к созданию роботизированных библиотек.

Сегодня в базовом процессе работы с записанной на ДНК информацией всё происходит следующим образом: в «суп» из ДНК-носителей подаётся затравка — праймер — которая запускает реакцию ПЦР (полимеразная цепная реакция) с реплицированием нужного «файла». Каждый «файл» — это записанная нить ДНК, помеченная определённым образом, и праймер цепляется к ней и запускает процесс тиражирования. Современным инструментам по расшифровке ДНК нужны миллионы одинаковых последовательностей, чтобы надёжно расшифровать один «файл». Каждое такое «чтение» вносит ошибки и, в конечном итоге, разрушает информацию. Наконец, становится трудно работать с несколькими «файлами» одновременно.

Чтобы избежать всего этого учёные придумали заключать файл-ДНК в полимерную капсулу, но не просто так, а только при нагреве до температуры выше 50 °C. Процесс ПЦР запускается при меньшей температуре, затем при нагреве исходный «файл» прячется в капсулу и дальше всё идёт без него. Это позволяет защитить исходные данные в процессе чтения (реплицирования), а также даёт возможность присвоить каждому «файлу» свою метку — в данном случае это флюоресценция разных оттенков.

Свечение даёт возможность роботизировать каталогизацию и последующий отбор файлов — это путь к созданию библиотек. Для чтения реплицированных ДНК систему достаточно остудить и выделить из неё всё, что воспроизвелось в процессе ПЦР. Исходный ДНК-носитель в таком случае остаётся незатронутым в процесс ПЦР и не вносит в свою структуру ошибки, а цветовая метка, по которой его можно сортировать, остаётся при нём.

Микрокапсулы с ДНК, помеченные флюоресцирующими метками, под микроскопом. Источник изображения: Tom de Greef

По словам исследователей, предложенная методика позволяет считывать до 25 файлов одновременно, и теряет только 0,3 % файла после трёх считываний, а не 35 %, как при использовании существующих методов.

«Теперь остается только ждать, когда стоимость синтеза ДНК снизится еще больше, — сказал Том де Гриф (Tom de Greef), ведущий автор исследования. — Тогда техника будет готова к применению».

Стало известно, что компания Silicon Motion работает над совершенно новым контроллером для твердотельных накопителей с интерфейсом PCIe 5.0, ориентированных на потребительский рынок. На это указывает дорожная карта производителя, согласно которой массовое производство контроллеров для потребительских SSD с новейшим интерфейсом должно начаться позднее в этом году.

Источник изображений: wccftech.com

Согласно имеющимся данным, у Silicon Motion есть два контроллера для SSD с интерфейсом PCIe 5.0, предназначенных для потребительского рынка, и два, ориентированных на корпоративный сегмент. Для корпоративных накопителей предназначены контроллеры MonTitan SM8366 и MonTitan SM8308, анонсированные в прошлом году. Что касается потребительского сегмента, то здесь будут использоваться контроллеры SM2508 и SM2504XT, выпуск которых запланирован на этот год.

Контроллер SM2508 будет изготавливаться по техпроцессу 12 нм и соответствовать стандарту NVMe 2.0 с поддержкой восьми каналов, кеш-памяти DDR4-3200, функции коррекции ошибок на основе LDPC-кодов и защиты данных E2E. Первые инженерные образцы SM2508 были изготовлены в январе этого года, а серийное производство накопителей с этим контроллером начнётся в конце первого квартала 2023 года.

Контроллер SM2504XT имеет схожие характеристики, но он изготавливается по 7-нанометровому техпроцессу, поддерживает четыре канала и кеш-память DDR4-3600. В отличие от высокопроизводительных накопителей, которые поступят в продажу раньше, потребительские SSD с контроллером SM2504XT появятся только во второй половине 2023 года.

Отметим, что в настоящее время единственным доступным на рынке SSD с интерфейсом PCIe 5.0 является модель от CFD Gaming, которая продаётся только в Японии. Ни один крупный производитель твердотельных накопителей пока не представил оснащённые новейшим интерфейсом решения, ориентированные на потребительский рынок.

Японский энтузиаст @momomo_us в числе первых заполучил и протестировал твердотельный накопитель с поддержкой PCIe Gen5. Речь идёт о накопителе компании CFD Gaming, который стал одним из первых потребительских NVMe SSD с поддержкой новейшего интерфейса.

Источник изображений: momomo_us / Twitter

Хотя материнские платы с PCIe Gen5 появились в продаже более года назад, производители твердотельных накопителей не спешили выпускать совместимые устройства. В накопителе CFD Gaming ёмкостью 2 Тбайт для охлаждения используется кулер. Во время тестов он работал на очень высоких скоростях, издавая много шума.

Энтузиаст отметил, что кулер твердотельного накопителя шумит значительно сильнее, чем штатный кулер Intel для процессора Core i7-13700K, который также использовался в ходе тестирования. Вероятно, это связано с тем, что в процессе тестирования накопитель активно использовался и избежать перегрева без активного охлаждения было бы невозможно. Вероятно, при выполнении повседневных задач накопитель будет работать тише, но при перемещении большого количества данных пользователям следует ожидать значительного повышения шума.

Тестирование в CrystalDiskMark подтвердило способность накопителя обеспечить последовательное чтение и запись данных на скорости 10 Гбайт/с, как и было заявлено производителем. Отметим, что этот показатель скорости чтения и записи актуален только для накопителя на 2 Тбайт. Модели накопителей PCIe Gen5 от CFD меньшей ёмкости поддерживают скорость чтения и записи до 9,5 Гбайт/с, что также выглядит весьма впечатляюще.

Что касается стоимости, то твердотельный накопитель CFD на 2 Тбайт с поддержкой PCIe Gen5 стоит в Японии около $385.

Стало известно, что компания Western Digital получила целый ряд патентов, которые предполагают совмещение конструкций и механизмов жёстких дисков и ленточных накопителей. Речь идёт о встраиваемых ленточных накопителях ( LTO), в которых могут размещаться компоненты жёстких дисков. Подобные накопители могут занять промежуточное место между ёмкими, но очень медленными лентами и куда более быстрыми, но не столь вместительными жёсткими дисками.

Иллюстрация из патента WD, на которой виден подвес магнитных головок по типу HDD (130). Источник изображения: WD

Источник сообщает о трёх самых важных патентах: 11393498 (узел головки с системой подвеса для встроенного накопителя на ленте), 20200258544 (ленточный встраиваемый привод) и 11081132 (ленточный встраиваемый привод с компонентами жесткого диска). Судя по описанию, речь идёт о переносе в кассеты с лентами узлов для чтения и записи, заимствованных у жёстких дисков. Фактически WD рассчитывает уйти от ленточных накопителей и библиотек на их основе, превратив каждую ленту в накопитель в формфакторе жёсткого диска.

Безусловно, это сделает дороже запись на ленте. Однако общая стоимость хранения данных на лентах будет ниже, чем на жёстких дисках в том же формфакторе. Стоимость хранения попадёт в диапазон от $4 за Тбайт на ленте до $20 за Тбайт на жёстком диске корпоративного класса. Скорость доступа к данным на ленте продолжит страдать, хотя использование флеш-памяти может сгладить эту проблему. Зато унифицированный подход позволит устанавливать встраиваемые ленточные накопители в существующие решения для масштабирования дисковых подсистем и будут очень просто решать проблему нехватки ёмкости.

Другой вопрос, как отнесутся к этой инициативе компании, которые курируют стандарт LTO? Стратегия таких компаний, главными из которых являются IBM, HPE и Quantum, предполагает наличие дорогих приводов и целых комплексов библиотек и дешёвых лент. Компании Western Digital придётся приложить значительные усилия, если она пожелает воплотить свою разработку в жизнь. Возможно, ей поможет растущий спрос на ленты, где найдётся место также для новых предложений. А если этого не случится, у WD есть «запасной аэродром» — хранение данных на ДНК, хотя это уже другая история.