밀도(컴퓨터 스토리지)

Density (computer storage)

밀도는 컴퓨터 기억 매체의 특정 길이(선형 밀도), 표면 면적(면적 밀도) 또는 특정 볼륨(볼륨 밀도)에 저장될 수 있는 정보 비트의 양을 측정합니다.일반적으로 밀도가 높을수록 동일한 물리적 공간에 더 많은 데이터를 저장할 수 있기 때문에 더 바람직합니다.따라서 밀도는 주어진 매체의 스토리지 용량과 직접적인 관계가 있습니다.밀도는 일반적으로 가격뿐만 아니라 특정 매체 내 성능에도 영향을 미칩니다.

저장 장치 클래스

솔리드 스테이트 미디어

솔리드 스테이트 드라이브는 플래시 메모리를 사용하여 비휘발성 미디어를 저장합니다.그것들은 대량 생산되는 최신 형태의 스토리지이며 경쟁적인 자기 디스크 미디어입니다.솔리드 스테이트 미디어 데이터는 NAND 플래시 풀에 저장됩니다.낸드 자체는 이른바 플로팅 게이트 트랜지스터로 구성되어 있습니다.초당 여러 번 새로 고쳐야 하는 D램에 사용되는 트랜지스터 설계와 달리 낸드플래시는 전원이 켜지지 않아도 충전 상태를 유지할 수 있도록 설계됐다.시판되는 최대 용량의 드라이브는 Nimbus Data Exadrive© DC 시리즈 드라이브이며, 용량은 16TB에서 100TB까지 다양합니다.Nimbus는 100TB SSD가 니어라인[1] HDD에 비해 6:1의 공간 절약율을 보인다고 말합니다.

자기 디스크 미디어

하드 디스크 드라이브는 디스크 표면 코팅의 작은 패치의 자기 편광에 데이터를 저장합니다.최대 면적 밀도는 데이터를 읽고 쓰는 데 사용되는 "헤드"의 크기뿐만 아니라 표면의 자분 크기에도 의해 정의됩니다.1956년 최초의 하드 드라이브인 IBM 350은 면적 밀도가 2,000비트2/인치였습니다.이후 밀도의 증가는 무어의 법칙과 일치하여 2014년에는 [2]1 Tbit/in에2 도달했습니다.Seagate는 2015년에 IBM 350의 6억 배 이상인 1.34 Tbit/[3]in의2 밀도를 가진 하드 드라이브를 출시했습니다.현재의 기록 기술은 가까운 [3][4]장래에 최소 5 Tbit2/in까지 "실현 가능"하게 확장될 것으로 예상됩니다.HAMR(Heat-Assisted Magnetic Recording)과 MAMR(Micrown-Assisted Magnetic Recording)과 같은 신기술이 개발 중이며, 자기 영역 밀도의 증가를 [5]지속할 것으로 예상된다.

옵티컬 디스크 미디어

광학 디스크는 플라스틱 표면의 작은 구덩이에 데이터를 저장하고, 그 후 얇은 반사 금속 층으로 덮습니다.콤팩트 디스크(CD)는 길이 0.83마이크로미터, 폭 0.5마이크로미터의 피트를 사용하여 1.6마이크로미터 간격으로 트랙을 배열하여 약 0.90Gbit2/in의 밀도를 제공합니다.DVD 디스크는 기본적으로 더 많은 디스크 표면, 더 작은 피트(0.64마이크로미터), 더 좁은 트랙(0.74마이크로미터)을 사용하여 약 2.2기가비트/in의 밀도를2 제공하는 고밀도 CD입니다.싱글 레이어 HD DVD와 Blu-ray 디스크는 각각 약 7.5기가비트/in2 및 12.5기가비트/in의2 밀도를 제공합니다.

1982년 CD가 등장했을 때는 하드 디스크 드라이브보다 상당히 높은 밀도를 자랑했지만, 그 이후 하드 디스크 드라이브는 훨씬 더 빠르게 발전했고 장치당 면적 밀도와 용량 모두에서 광학 미디어를 능가했습니다.

자기 테이프 미디어

최초의 자기 테이프 드라이브인 Univac Uniservo는 0.5인치 자기 테이프에 128비트/in의 밀도를 기록하여 256비트/[6]in의 면적 밀도를 실현했습니다2.2015년에 IBM과 Fujifilm은 123Gbit/[7]in의2 자기 테이프 면적 밀도로 신기록을 세웠으며, 2015년에 출하된 최고 밀도 생산 테이프인 LTO-6는 0.84Gbit/[8]in의2 면적 밀도를 제공합니다.

조사.

많은 기술이 기존 미디어의 밀도를 넘어서려고 시도하고 있습니다.

IBM은 2007년 밀리페드 메모리 시스템을 1 Tbit/in으로2 상용화하는 것을 목표로 했지만 개발은 빈사상태로 보인다.새로운 IBM 기술인 레이스 트랙 메모리는 [9]밀도를 개선하기 위해 각각 수많은 비트를 보유한 3D로 배열된 여러 개의 작은 나노 와이어를 사용합니다.정확한 숫자는 언급되지 않았지만, IBM 뉴스 기사에서는 "100배"에 대한 언급이 늘어납니다.

홀로그래픽 스토리지 기술도 기존 시스템을 비약적으로 발전시키려 하고 있지만, 그 역시 경쟁에서 지고 있으며, 1 Tbit/in을2 제공할 것으로 추정되며, 약 250 GB/in는2 지금까지 입증된 비양자 홀로그래피 시스템 중 가장 우수합니다.

다른 실험 기술은 훨씬 더 높은 밀도를 제공합니다.분자 고분자 저장소는 10 Tbit/[10]in를2 저장하는 것으로 나타났습니다.지금까지 실험적으로 가장 밀도가 높은 메모리 저장 유형은 전자 양자 홀로그래피입니다.다른 파장의 영상을 같은 홀로그램에 겹치는 것으로, 2009년에 스탠포드 연구팀은 전자 현미경과 구리 [11]매체를 사용해 35비트/전자(약 3엑사바이트2/in)의 비트 밀도를 달성했습니다.

2012년, DNA는 실험적인 데이터 저장 매체로 성공적으로 사용되었지만, 트랜스코딩을 위해서는 DNA 신시사이저와 DNA 마이크로칩이 필요했다.2012년 현재 DNA는 가장 높은 밀도의 저장 [12]매체 기록을 보유하고 있습니다.2017년 3월 컬럼비아 대학과 뉴욕 게놈 센터의 과학자들은 이론적인 한계치의 85%인 [13][14]1g당 215페타바이트의 밀도로부터 정보를 완벽하게 검색할 수 있는 DNA 분수로 알려진 방법을 발표했다.

퍼포먼스에 미치는 영향

NAND 플래시 메모리를 제외하고 매체의 스토리지 밀도를 높이면 일반적으로 매체가 작동할 수 있는 전송 속도가 향상됩니다.이는 다양한 디스크 기반 미디어를 고려할 때 가장 명백합니다. 디스크 표면에는 스토리지 요소가 분산되어 있으며 읽기 또는 쓰기를 위해서는 "헤드" 아래에서 물리적으로 회전해야 합니다.밀도가 높으면 특정 기계적 이동에 대해 더 많은 데이터가 헤드 아래에서 이동한다는 것을 의미합니다.

예를 들어, 비트가 헤드 아래에서 얼마나 빨리 움직이는지를 결정함으로써 플로피 디스크의 유효 전송 속도를 계산할 수 있습니다.표준 3인치 플로피 디스크는 300rpm으로 회전하며 가장 안쪽 트랙의 길이는 약 66mm(반경 10.5mm)입니다.따라서 300rpm에서 헤드 아래 미디어의 선형 속도는 약 66mm × 300rpm = 19800mm/분 또는 330mm/초입니다.트랙을 따라 비트는 686비트/mm의 밀도로 저장됩니다. 즉, 헤드는 686비트/mm × 330mm/s = 226,380비트/s(28.3KB/s)를 봅니다.

이제 샘플 길이를 줄이고 트랙 간격을 동일하게 유지하여 비트 밀도를 두 배로 높이는 설계의 개선을 고려합니다.이렇게 하면 비트가 헤드 아래를 2배 빠르게 통과하기 때문에 전송 속도가 2배가 됩니다.초기 플로피 디스크 인터페이스는 250 kbit/s의 전송 속도로 설계되었지만 1980년대에 1.44 MB(1,440 KB)의 "고밀도" 플로피 디스크가 등장하면서 급속히 성능이 향상되었습니다.대부분의 PC에는 500kbit/s로 실행되는 고밀도 드라이브를 위해 설계된 인터페이스가 포함되어 있었습니다.이것들도 LS-120과 같은 새로운 장치에 의해 완전히 압도되어 IDE와 같은 고속 인터페이스를 사용해야 했습니다.

성능에 미치는 영향은 회전하는 미디어에서 가장 뚜렷하지만 플래시 램이나 D램과 같은 솔리드 스테이트 미디어에서도 비슷한 효과가 나타납니다.이 경우 성능은 일반적으로 전기 신호가 컴퓨터 버스를 통해 칩으로 이동한 후 칩을 통해 데이터를 저장하는 데 사용되는 개별 "셀"로 이동하는 데 걸리는 시간으로 정의됩니다(각 셀은 1비트를 보유).

전기적 특성을 정의하는 것 중 하나는 칩 내부의 와이어 저항입니다.셀 크기가 감소함에 따라 무어의 법칙으로 이어진 반도체 제조의 개선을 통해 저항이 감소되고 셀 작동에 필요한 전력이 줄어듭니다.즉, 작동에 필요한 전류가 줄어들기 때문에 시스템에 필요한 양의 전하를 보내는 데 필요한 시간이 줄어듭니다.특히 D램은 셀 캐패시터에 저장해야 하는 전하량도 이 시기에 직접적인 영향을 미친다.

제작이 개선됨에 따라 솔리드 스테이트 메모리는 성능 면에서 크게 향상되었습니다.최신 D램 칩은 10ns 이하의 작동 속도를 가지고 있었습니다.다만, 밀도가 향상되면, 특정의 메모리 용량에 필요한 DIMM 의 수가 감소해, 결과적으로 특정의 컴퓨터에서는 전체적으로 DIMM 의 수가 감소합니다.이로 인해 버스 트래픽이 줄어들기 때문에 성능도 향상되는 경우가 많습니다.그러나 이 효과는 일반적으로 선형적이지 않습니다.

가격에 미치는 영향

스토리지 밀도는 메모리 가격에도 큰 영향을 미치지만, 이 경우 이유는 명확하지 않습니다.

디스크 기반 미디어의 경우, 주요 비용은 드라이브 내부의 이동 부품입니다.이는 고정 하한선을 설정하기 때문에 2007년 [15]이후 두 주요 HDD 제조업체의 평균 판매 가격은 미화 45~75달러입니다.그렇긴 하지만 대용량 드라이브의 가격은 빠르게 하락하고 있으며, 이는 사실 밀도의 영향입니다.최대 용량의 드라이브는 더 많은 플래터를 사용합니다. 기본적으로 케이스 내의 개별 하드 드라이브입니다.밀도가 높아짐에 따라 플래터의 수를 줄일 수 있어 비용을 절감할 수 있습니다.

하드 드라이브는 종종 비트당 비용으로 측정됩니다.예를 들어 최초의 상용 하드 드라이브인 1957년 IBM의 RAMAC는 3.75MB를 34,500달러(메가바이트당 9,200달러)에 공급했습니다.1989년에는 40MB 하드 드라이브의 가격이 1200달러, 즉 MB당 30달러였습니다.그리고 2018년에는 4TB 드라이브가 GB당 1.9µ/GB에 75달러에 판매되어 1989년 이후 150만 대, RAMAC 이후 5억 2천만 대 증가했습니다.1956년부터 2018년까지 물가가 9배나 오른 인플레이션에 적응하지 못한 것이다.

시간 경과에 따른 GB당 하드 드라이브 비용
날짜. 용량. 비용. GB당 비용
1957 3.75 MB $34,500 GB당 920만달러
1989 40 MB $1,200 GB당 30,000달러
1995 1 GB $850 GB당 850달러
2004 250 GB $250 GB당 1달러
2011 2 TB $70 GB당 0.035달러
2018 4 TB $75 GB당 0.019달러

솔리드 스테이트 스토리지의 비트당 비용도 비슷한 수준으로 하락했습니다.이 경우 비용은 단위 시간 내에 생산된 생존 가능한 칩의 수율, 즉 수율에 따라 결정됩니다.칩은 하나의 대형 실리콘 웨이퍼 표면에 인쇄된 배치로 생산되며, 이를 절단하여 작동하지 않는 샘플은 폐기됩니다.제작은 시간이 지남에 따라 더 큰 웨이퍼를 사용하고 고장이 적은 웨이퍼를 생산함으로써 수율을 향상시켰습니다.이 공정의 하한선은 패키징 및 기타 [16]비용으로 인해 완성된 칩당 약 1달러입니다.

정보 밀도와 비트당 비용 간의 관계는 다음과 같습니다. 즉, 메모리 칩이 물리적 크기의 절반이면 동일한 웨이퍼에서 두 배의 유닛을 생산할 수 있으므로 각 유닛의 가격이 반감됩니다.이에 비해, D램은 1971년에 상업적으로 처음 소개되었는데, 1kbit 부품은 대량 배치로 약 50달러(비트당 약 5센트)이다.1999년에는 64Mbit 부품이 일반적이었습니다.이것은 비트당 약 0.00002센트(20마이크로센트/비트)[16]입니다.

「 」를 참조해 주세요.

  • 베켄슈타인 결합
  • 비트 셀 – 1비트를 저장하기 위해 필요한 길이, 면적 또는 볼륨
  • Mark Kryder는 2009년에 하드 드라이브가 연간 약 40%의 현재 속도로 계속 발전한다면 2020년에는 2 플래터의 2.5인치 디스크 드라이브가 약 40TB(TB)를 저장하며 가격은 약 40달러가 될 것이라고 예측했습니다.
  • 패턴 미디어
  • SMR(Shingled Magnetic Recording)

레퍼런스

  1. ^ "ExaDrive®". Nimbus Data. Retrieved 2020-11-16.
  2. ^ "2014: HDD areal density reaches 1 terabit/sq. in. The Storage Engine Computer History Museum". www.computerhistory.org. Retrieved 2018-05-27.
  3. ^ a b Re, Mark (August 25, 2015). "Tech Talk on HDD Areal Density" (PDF). Seagate. Archived from the original (PDF) on 2018-05-28. Retrieved 2018-05-27.
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  8. ^ HP LTO-6 미디어 금속 입자 및 바륨 페라이트 2015년 12월 22일 HP, 2014년 5월 Wayback Machine에서 아카이브
  9. ^ Parkin, Stuart S. P.; Rettner, Charles; Moriya, Rai; Thomas, Luc (2010-12-24). "Dynamics of Magnetic Domain Walls Under Their Own Inertia". Science. 330 (6012): 1810–1813. Bibcode:2010Sci...330.1810T. doi:10.1126/science.1197468. ISSN 1095-9203. PMID 21205666. S2CID 30606800.
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