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Anche lo storage ha i suoi limiti: ecco quali sono e come superarli

I limiti dello storage sono un argomento fondamentale che sta mettendo gli ingegneri di tutto il mondo davanti a particolari e difficili sfide: gli scopi di questi sforzi sono volti a migliorare le attuali tecnologie per l’immagazzinamento dei dati soprattutto per quanto riguarda capienza, durata nel tempo e dimensioni

05 Ott 2022
Maurizio Stochino

Consulente ICT - Esperto di Sicurezza Informatica

data-center

L’innovazione tecnologica sta spingendo tutto il mondo verso la digitalizzazione delle informazioni e dei contatti, sia umani che lavorativi. Gli evidenti vantaggi che questa possibilità comporta, però, non rendono chiaro il lavoro e gli investimenti che i produttori di hardware compiono per supportare la ricerca.

Tutte le persone sono abituate a stipare grandi quantitativi di dati all’interno di supporti di memorizzazione, a prescindere che si tratti di hard disk, ssd o schede di memoria, cancellando di tanto in tanto quelli più obsoleti o non più utili per fare nuovo spazio nel caso in cui sia necessario. Non tutti, però, possono compiere questa azione e i limiti dello storage sono un argomento fondamentale che bisogna affrontare e che sta mettendo gli ingegneri di tutto il mondo davanti a particolari e difficili sfide: gli scopi di questi sforzi sono profusi a migliorare le attuali tecnologie per l’immagazzinamento dei dati soprattutto per quanto riguarda la capienza, la durata nel tempo e la loro dimensione, rimpicciolendola sempre più senza perdere qualità.

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Lo storage digitale dei dati: vantaggi, limiti, innovazioni e problematiche

La storia dell’avvento e dell’utilizzo dei sistemi di archiviazione digitale è ben conosciuta. Da parecchi decenni, la tecnologia permette adesso di salvare media tradizionali come quelli su carta e pellicola all’interno di dispositivi elettronici, salvandoli dal decadimento (in questo senso, questa è anche la base su cui si basano oggi i vantaggi degli NFT). In realtà, anche lo storage digitale sui dati ha diversi limiti: in particolare, qualsiasi unità di memorizzazione, per sua natura, ha una vita non infinita nel tempo, inoltre può guastarsi o essere vittima di obsolescenza. Lo storage sui dischi rigidi, ad esempio, può essere vittima di guasti meccanismi, obsolescenza del formato (ad esempio, oggi gli HDD sono in disuso e stanno avviandosi lungo il viale del tramonto come già successo per floppy disk e CD-ROM e DVD). Anche la polvere e il calore possono danneggiare fortemente i dati al loro interno.

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Gli scienziati hanno dato un nome specifico a questi rischi dello storage digitale, chiamandolo bitrot. Si tratta di una particolare condizione dove i bit contenuti all’interno di un sistema di immagazzinamento dei dati perdono la loro carica magnetica e si capovolgono, rendendo impossibile accedere alla memorizzazione o alla lettura. Gli sviluppatori di tutto il mondo stanno cercando di trovare modo per superare i limiti allo storage, ma in realtà la situazione è molto grave perché di dischi digitali attuali sono stati perfezionati al massimo delle loro possibilità e ogni altra innovazione si sta scontrando pesantemente con i limiti della materia: in sostanza, per prolungare la vita dei supporti di memorizzazione attuali servono ritrovati che non è possibile ideare perché le leggi naturali non lo consentono.

Come funzionano i sistemi di archiviazione digitale e perché possono guastarsi

Non tutti sono a conoscenza che all’interno di un disco rigido magnetico sono presenti tutta una serie di dischi distinti fra loro, posti gli uni sopra gli altri. Questo insieme è chiamato piatto e viene letto da una testina ottica durante la loro rotazione. Per esemplificare il meccanismo di storage all’interno di un disco fisso, è possibile dire che all’interno di questo sono presenti dei bit, delle sezioni molto piccole che trasportano una carica magnetica e che sono poi tradotte dalla testina secondo il codice binario. Durante la corsa alla miniaturizzazione, i bit contenuti all’interno dei dischi sono diventati sempre più piccoli e per garantire la velocità di accesso ai dati – sia in scrittura che in lettura – vengono sottoposti in ogni momento a forti stress derivanti dall’esterno. Questa situazione crea non pochi problemi per quanto riguarda la produzione di attrito tra le molecole d’aria e il calore che si sprigiona durante questa operazione. Se questo punto è irrilevante per quanto riguarda le singole persone, diventa molto grave per le grandi installazioni di computer.

Uno dei motivi per cui gli storage digitali, oggi, sono limitati, è relativo anche al fatto che tutti noi viviamo all’interno di un pianeta pieno di polvere. Questo è un problema a cui sono sottoposti i dischi rigidi tradizionali: le infiltrazioni della polvere si annidano all’interno del piatto e creano attrito che li riga, causando la perdita di bit scrivibili. Secondo della analisi composte in laboratorio, è stato stimato che un granello di polvere minuscolo posto all’interno di un disco rigido che gira alla velocità di 7.200 rpm (lo standard utilizzato oggi per i personal computer consumer) che un impiatto e un danno simile a quello di un’auto che salta a circa 100 chilometri orari su un dosso, sbattendo di nuovo sullo stesso continuando la sua corsa. Anche le celle di memoria di SSD che sono prive di parti magnetiche sono sottoposto a decadimento nel corso del tempo: a prescindere dal loro utilizzo, infatti, queste si degradano. Inoltre, se il computer rimane spento per almeno due anni, il degrado è subito effettivo o permanente.

In sostanza, per superare i limiti dello storage secondo le tecnologie attuali è necessario creare uno spazio ultraterreno dove sono assenti le molecole di polvere e lo scorrere del tempo è molto meno marcato. Ciò che sembra un’utopia non è tale: la Cloud Constellation Corporation è una Startup creata nel 2015 e sta lavorando alacremente per lanciare SpaceBelt, una rete di computer in orbita dove si spera di ottenere una maggiore conservazione dei dispositivi di archiviazione. Tutto questo serve evitare la presenza di polvere o altre sostanze che, lentamente, danneggiano dati presenti su questi supprti. Un progetto del genere dà vita ad un nuovo modo di intendere anche la creazione di nuovi supporti di memorizzazione e chip di consumo come processori e RAM.

I consumi per l’utilizzo dei dispositivi di storage

Non è un caso, infatti, che alla ricerca di come superare i limiti dello storage le principali investitrici siano proprio le grandi aziende che operano nel settore tecnologico mondiale. Nei data center, come quelli che permettono di ospitare le infrastrutture di Internet oppure la gestione dei servizi cloud, per arginare questo problema vengono predisposti diversi sistemi di raffreddamento a liquido oppure con aria condizionata. Questo aspetto porta a uno spreco di almeno 625 miliardi di litri d’acqua all’anno, con 70 miliardi di chilowattora di elettricità per produrre aria fredda con i climitazzatori: le autorità poste a controllo di questa situazione hanno dichiarato che tale consumo elettrico è pari a quello di 6,4 milioni di famiglie americane all’interno di un intero anno solare. Per andare incontro a questa tendenza, Western Digital (la più nota produttrice di memorie storage e RAM del mondo) ha cominciato a sperimentare dei dischi rigidi ripieni di elio piuttosto che di aria: questi dispositivi, però, si stanno scontrando con il paradosso di Jevons, per il quale l’innovazione tecnologica che cerca di limitare un consumo e aumentare le capacità finisce invece per acuirlo perché il suo utilizzo diventa maggiore.

Seagate, invece, sta lavorando su una tecnologia in grado di aumentare la densità di memoria all’interno dei dischi, affermando che ogni pollice quadrato dei suoi dispositivi arriverà a contenere fino a due terabyte di dati. Tuttavia, come da loro stesso affermato, dividere la superficie in questo modo rischia di esporre ancora di più alle problematiche succitate in merito alla presenza di polvere all’interno del dispositivo di archiviazione. In ultimo, il consumo di acqua non è dato solamente dal raffreddamento di cui i dispositivi di storage necessitano. Anche la produzione degli stessi ne richiede un utilizzo abbondante. Per pulire i residui e le nanoparticelle di polvere presenti fra un processo di produzione e l’altro, infatti, i grandi produttori utilizzano dell’acqua ultra pura: si tratta dello stesso liquido che tutti noi beviamo giornalmente a cui, però, sono stati sottratti tutti i nutrienti per favorire un funzionamento elettrolitico in grado di pulirli senza danneggiarli. per creare un litro di questa sostanza è necessario un litro e mezzo di acqua e, purtroppo, lo scarto derivante dal suo impiego non è utilizzabile per l’alimentazione umana, perché il consumo sul lungo tempo porterebbe alla morte visto il principio di consumo elettrolitico.

Come superare i limiti dello storage? Nuove scoperte e visioni

La risposta a questo quesito che da parecchi anni sta tormentando gli scienziati e gli ingegneri informatici di tutto il mondo potrebbe avere uno sviluppo inaspettato e, soprattutto, quasi pari al fantascientifico. Gli scienziati dell’Università di Harvard, infatti, stanno studiando la possibilità di impiantare immagini e dati all’interno del DNA umano. Sembra un punto di vista quasi utopico, ma il ragionamento basilare dietro a questi tentativi sembra funzionare: del resto, il DNA è un disco di immagazzinaggio, nè più e ne né meno e tra le altre cose non è soggetto ad alcun tipo di deterioramento eccetto quello dell’invecchiamento, che porta poi alla morte. Sono diverse le analogie che si stanno indagando.

I ricercatori di Harvard sono partiti dal vecchio esperimento di Eadweard Muybridge, il quale ha dato vita alla cinematografia. Questo pioniere aveva catturato le immagini di un suo cavallo al galoppo e le aveva poi messe in fila, facendole scorrere, mostrando il movimento dello stesso e rispondendo al quesito che attanagliava molte persone dell’epoca, cioè se gli zoccoli del cavallo riuscissero mai a lasciare il terreno tutti in una volta. Gli scienziati di Harvard non si sono posti questo problema ma hanno digitalizzato le lastre e le hanno inserite all’interno del DNA.

DNA e archiviazione digitale: cosa hanno fatto i ricercatori di Harvard

Gli scienziati dell’Università di Harvard hanno compilato queste immagini sotto forma di codice binario, utilizzando una serie di nucleotidi presenti all’interno del filamento del DNA. Il linguaggio ”macchina” codificato che hanno usato per renderlo leggibile dal DNA è stato il seguente: ai nucleotidi A e C hanno affidato il compito di tradurre lo 0, mentre quelli T e G si sarebbero occupati di segnalare il valore 1. In questo modo sono riusciti a creare un filamento molto lungo di DNA caratterizzandolo solo di nucleotidi in grado di conservare l’immagine che, inoltre, può essere utile anche per una successiva rilettura conoscendo la chiave di decodifica.

Le informazioni sono state inserite all’interno di piccoli frammenti di DNA in grado di codificare almeno 96 bit, uno per nucleotide, aggiungendo poi una sorta di etichetta a 19 bit con altrettanti nucleotidi. Il risultato finale ottenuto dal team di ricerca è stato un filamento di DNA composta da più di 50mila filamenti di nucleotidi organizzati in modo molto simile a quello del codice binario. Seth Spipman, genetista a capo del progetto e della scuola di medicina di Harvard, ha affermato che quello che stanno cercando di riprodurre è un sistema in grado di creare un sistema di memorizzazione che può essere compatibile con il DNA: una sorta di vero e proprio registratore molecolare.

DNA e registratore molecolare per superare i limiti dello storage digitale

Risulta evidente come questo meccanismo sia in grado di superare i limiti oggettivi che hanno oggi i sistemi di memorizzazione digitale. Ogni Hard Disk, infatti, ha un numero singolo di spazi che può utilizzare per memorizzare dati. Si tratta del sistema chiamato di microarray e viene conservato in maniera diverso dagli altri, mantenendo comunque in memoria il messaggio finale che poi sarà possibile leggere. La stabilità e resistenza del DNA nel mantenimento dei dati, anche in condizioni non ottimali, permetterebbe di conservare quantità di informazioni potenzialmente illimitate. Gli scienziati, infatti, hanno stimato che solo un grammo di DNA è in grado di contenere l’equivalente di memoria di circa 100 milioni di DVD.

Le ricerche su queste innovazioni vanno avanti e non è ancora chiaro di come evolveranno. Quello che è certo è che, comunque, il modo su come superare i limiti dello storage potrebbe essere a breve trovato.

@RIPRODUZIONE RISERVATA

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