Dùng băng từ như đĩa cứng - Tape Drive as Hard Drive

Theo truyền thống, các hệ thống lưu trữ dùng băng từ được dùng chủ yếu cho mục đích sao lưu dự phòng. Việc sao lưu dự phòng và phục hồi các tập tin chứa trong băng từ phải dựa vào các phần mềm chuyên dụng do cấu trúc lưu trữ hệ thống file trên băng từ không giống cách lưu trữ và truy xuất file thường được dùng trên hê thống đĩa cứng trên máy tính. Hạn chế này là cản trở lớn nhất đến việc dùng hệ thống băng từ như hệ thống lưu trữ dùng ổ đĩa thông dụng trong các hệ thống lưu trữ thông tin.

Trước đây, người ta không quan tâm đến vấn đề này do bản chất việc truy xuất file lưu trên băng từ là tuần tự và tốc độ của hệ thống băng từ còn thấp. Tuy nhiên, do tốc độ và dung lượng của hệ thống băng từ ngày càng cao, giá thành của băng từ ngày càng giảm nên bắt đầu từ thế hệ LTO 5, các nhà sản xuất đã bổ sung thêm khả năng dùng băng từ như đĩa cứng vào các thiết bị lưu trữ theo chuẩn LTO.

Bên cạnh việc bổ sung khả năng dùng băng từ như đĩa cứng, các nhà sản xuất cũng đã vạch ra lộ trình phát triển của loại băng từ hỗ trợ tính năng hữu ích này:


Để làm được điều này người ta đã thống nhất triển khai và bổ sung thêm định dạng Linear Tape File System (LTFS) vào cả phần cứng và phần mềm. Người dùng có thể tích hợp tính năng nhận diện định dang mới này trên các hệ điều hành thông dụng như Windows, Mac, Linux bằng cách cài đặt thêm driver từ các hãng sản xuất băng từ như HP, IBM, Imation, Quantum...

Với việc bổ sung định dạng LTFS, người dùng có thể trao đổi, truy xuất thông tin đã lưu trên bằng từ giữa các máy có các nền tảng hệ điều hành khác nhau như Windows, Linux, Mac… Các thao tác quản lý, xem, truy xuất, thêm, xóa file, folder trên băng từ tương tự như với các đĩa cứng truyền thống.


Khả năng kéo thả các file, folder trên băng từ và giữa đĩa cứng và băng từ lưu theo định dạng LTFS cũng được hỗ trợ


Cũng như ổ cứng, thông tin trên băng từ cũng có thể được chia sẻ qua mạng cục bộ


Tương tự với ổ đĩa mạng (disk-based NAS Server), các ổ băng từ mạng (tape-based NAS server) cũng được nhiều nhà sản xuất tung ra thị trường như IBM, Quantum, HP, …


Một vài thiết bị loại này còn được thiết kế để tối ưu hóa cho các ngành được cho là thích hợp với hình thức lưu trữ này như điện ảnh, y tế, âm thanh, chế bản điện tử, thư viện...


Kết luận: Với các ưu điểm vượt trội như thời gian lưu trữ rất lâu (30 ~ 50 năm), cơ động hơn đĩa cứng trên phương diện chống sốc, độ bền (đĩa cứng có thể hỏng bất kỳ lức nào), giá thành thấp hơn đĩa cứng nhiều lần, băng từ với định dạng mới LTFS cung cấp thêm một giải pháp mới, tối ưu cho một số ngành hay trung tâm dữ liệu cần lưu trữ file với dung lượng rất lớn, thời gian lưu trữ nhiều năm và với một giá thành rất hợp lý.

Băng từ luôn trội hơn ổ cứng HDD truyền thống và SSD về mặt lưu trữ

Sony và Fujifilm vẫn đang "chiến đấu" cật lực với nhau nhằm chiếm lĩnh thế thượng phong trong cuộc chiến băng từ.

SONY


Công ty điện tử Nhật Bản - Sony năm 2014 đã phát triển một vật liệu băng từ có thể lưu trữ dữ liệu ở mật độ 148 Gb/inch² (645,16 mm2) gấp 74 lần mật độ của các loại băng từ thông thường. Với công nghệ này, Sony cho rằng các hộp băng từ có thể mang dung lượng lên đến 185 TB. Nếu so sánh, một cuộn băng LTO-6 (Linear Tape-Open) - thế hệ bộ nhớ băng từ trước đây chỉ có mật độ 2 Gb/inch vuông hay 2,5 TB/1 băng không nén.

Được sử dụng để lưu trữ dữ liệu trên những chiếc máy tính kỹ thuật số đầu tiên nhưng băng từ đã sớm tỏ ra lép vế so với ổ cứng HDD và ổ nhớ flash trong những năm gần đây. Tuy nhiên, băng từ vẫn được sử dụng để bảo vệ các thông tin quan trọng trong một thời gian dài tại các trung tâm dữ liệu, kho lưu trữ doanh nghiệp và các xí nghiệp khác.

Để tạo ra loại vật liệu mới, Sony đã sử dụng một công nghệ định hình film mỏng chân không có tên gọi sputter deposition (tạm dịch là thổi hạt lắng đọng). Trong quy trình này, các ion Argon (Ar) được bắn lên một chất nền polymer, tạo ra các lớp hạt tinh thể từ tính. Bằng việc điều chỉnh các điều kiện thổi và hình thành một tấm lót từ tính mềm trên tấm film, nhà sản xuất có thể tạo ra một lớp hạt từ tính tinh khiết với kích cỡ trung bình khoảng 7,7 nm.


Trong hội nghị quốc tế về từ học và vật liệu từ tính Intermag Europe 2014 diễn ra tại Dresden, Đức - Sony đã mô tả chi tiết công nghệ trên bằng một bài thuyết trình với sự hỗ trợ của IBM - đơn vị sẽ đứng ra đo đạt mật độ mới của vật liệu băng từ.

Sony cho biết công ty muốn cải tiến các công nghệ lắng lớp mỏng và thương mại hóa loại băng từ mới nhưng không nói rõ khi nào một sản phẩm hoàn chỉnh sẽ được phát hành trên thị trường. Theo hội đồng ngành công nghiệp lưu trữ băng từ (Tape Storage Council), lượng sản phẩm lưu trữ băng từ được chuyển giao trong năm 2012 đã tăng 13% và theo thống kê mới nhất tính đến cuối năm 2013, con số này là 26%.


Đến năm 2017, Sony đã hợp tác cùng IBM tạo ra một hộp băng từ có khả năng lưu trữ 330 terabyte dữ liệu với mật độ đạt 201 Gb/inch². Lần cuối cùng IBM thông báo họ đã có những tiến bộ trong lĩnh vực này là từ năm 2015. Vào thời điểm đó, dung lượng của hộp băng từ là 220 terabyte và mật độ đạt 123 Gb/inch². Khi nghiên cứu bắt đầu vào năm 2006, dung lượng của hộp băng từ là 8 terabyte và mật độ chỉ đạt 6,67 gigabyte.



TS3200 hỗ trợ  công nghệ mới nhất với tuyến tính lên đến hai ổ đĩa băng LTO Ultrium hoặc lên đến bốn Ultrium LTO, cũng như các ổ đĩa thế hệ 4 và 5 băng LTO Ultrium sử dụng 4U.

Đạt hiệu suất cao, độ tin cậy cho một bản sao lưu chi phí-hiệu quả, khôi phục và lưu trữ cho các môi trường lưu trữ tầm trung.

Đơn giản hóa việc sử dụng truy cập vào dữ liệu được lưu trữ trên LTO Ultrium 6 thông qua việc sử dụng IBM Linear Tape.

Quản lý thư viện từ xa thông qua một giao diện web tiêu chuẩn với sự linh hoạt và kiểm soát hành chính lớn hơn của hoạt động lưu trữ.

Tóm tắt phần cứng :

Maximum storage capacity up to 6.25 TB* with 2.5:1 compression
Native data transfer rate of 160 MBps
Adheres to widely supported LTO Ultrium standards
6 Gbps SAS connectivity available
Dual SAS port and one Ethernet port
New enclosure design allowing two units to be mounted side by side in a 19-inch IBM server rack
External stand-alone or rack-mountable unit

FUJIFILM


Các chuyên gia công ty Fujifilm từ năm 2014 đã đoạn tuyệt với phim nhựa còn các đồng nghiệp của họ ở hãng IBM thì liên tục thành công và đã tạo nên nguyên mẫu vật mang thông tin mật độ siêu cao. Fujifilm đang chuẩn bị tung ra một loại băng từ cho media, với mật độ diện tích 224Gb/inch². Điều này giúp dung lượng thực đạt mức khoảng gần 400 TB.

Với dịch vụ băng từ đầu tiên vừa được công bố: công nghệ của Fujifilm được phát triển dựa trên Strontium Ferrite (SrFe), thay vì Barium Ferrite, vốn được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các băng LTO với dung lượng tối đa hiện tại là 12TB (đối với không nén) hoặc 30TB (đối với nén ở tỉ lệ công nghiệp 2,5:1).


Strontium Ferrite sẽ thay thế cho Barium Ferrite hiện đang được sử dụng trên những băng từ Linear Tape-Open (LTO) hiện tại. Strontium (Sr) nằm cùng một cột và trên một hàng so với Barium (Ba) trong bảng tuần hoàn hóa học. Điều này có nghĩa kích thước nguyên tử của Sr nhỏ hơn Ba và như vậy những hạt Strontium Ferrite có kích thước nhỏ hơn sẽ có thể được phủ lên các track, hạt nhỏ hơn cho mật độ cao hơn trên cùng một diện tích. Strontium Ferrite cũng cho những thuộc tính tương tự Barium Ferrite nhưng có phần tốt hơn về hiệu năng.

Fujifilm nói 400 TB là giới hạn của Strontium Ferrite và nếu muốn tăng dung lượng thì chắc chắn sẽ cần một vật liệu khác. Giá của những chiếc băng LTO-8 hiện đang là rẻ nhất trong số những thiết bị lưu trữ số với trung bình 0,8 - 1 cent (~ 232 đồng) mỗi GB.

... và các chuẩn mới cho băng từ


Hiện tại theo chuẩn LTO những chiếc băng LTO-8 thời lượng 960 phút cho dung lượng không nén 12 TB. Qua từng thế hệ LTO thì dung lượng sẽ gấp đôi lên. LTO-9 đã thay thế LTO-8 vào cuối năm 2017 và năm nay các hãng bắt đầu bán băng LTO-9 với dung lượng 24 TB thì đến năm 2030, dung lượng sẽ là 384 TB/băng với thế hệ LTO-13. Tốc độ truyền tải cũng tăng theo dung lượng, LTO-8 hiện tại có tốc độ truyền tải dữ liệu không nén là 360 MB/s, LTO-9 dự kiến là 708 MB/s.

Với việc 4 thế hệ LTO gần đây đã được phát hành trong 6 năm qua, người ta kỳ vọng, 4 thế hệ kế tiếp (bao gồm LTO-10, LTO-11, LTO-12 và LTO-13) sẽ có thể tung ra thị trường đến năm 2026 (tùy thuộc vào những điều kiện của thị trường).


Với mức tối đa 384 TB, băng từ LTO-13 có thể là đơn vị lưu trữ lớn nhất trên thế giới, vượt xa những ổ đĩa cứng HDD (vốn chỉ tăng 2TB mỗi thế hệ) cũng như các ổ đĩa thể rắn SSD (chỉ đạt mức tối đa 100 TB trong năm 2018 rồi chững lại).

Dung lượng băng từ tăng theo cấp số nhân (về cơ bản là tăng gấp đối sau mỗi một thế hệ), trong khi SSD và HDD có xu hướng tăng tuyến tính. Nếu không có đối thủ, LTO sẽ là công nghệ lưu trữ media đầu tiên đạt được 1PB (tương đương 1 triệu GB).

Vấn đề lớn nhất đối với băng từ là phải thực hiện truy cập đúng file. Đó là lý do tại sao chúng được coi như là một cách để lưu trữ media. Tốc độ truyền tải không phải là vấn đề đối với băng từ khi LTO-13 có thể vượt qua mốc 16Gbps. Dẫu vậy, bạn vẫn phải cần ít nhất một ngày để lấp đầy một băng, đặc biệt là nếu chiều dài băng vượt quá 1.000m.


Theo Fujifilm thì băng từ là hình thức lưu trữ phù hợp với dạng dữ liệu lạnh (cold-data) tức là dạng dữ liệu được tạo ra từ lâu và hiếm khi được truy xuất. Hãng này cũng thống kê dạng dữ liệu này chiếm đến 80% dữ liệu lưu trữ và băng từ lại đáp ứng rất tốt bởi độ tin cậy cao và chi phí thấp để lưu trữ dữ liệu dài hạn, khi cần thì vẫn có thể truy xuất lại trong tương lai.

LTO Generation Progression
AnandTech	Standard	Retail	Length	Raw Cap.	Speed MB/s	Time to fill	Material
LTO-1		2000	609 m	0.1 TB	20	1h23	MP
LTO-2		2003	609 m	0.2 TB	40	1h23	MP
LTO-3		2005	680 m	0.4 TB	80	1h23	MP
LTO-4		2007	820 m	0.8 TB	120	1h51	MP
LTO-5		2010	846 m	1.6 TB	140	3h10	MP
LTO-6		2012	846 m	2.5 TB	160	4h20	MP/BaFe
LTO-7	2010	2015	960 m	6.0 TB	300	5h33	BaFe
LTO-8	2010	2017	960 m	12.0 TB	360	9h16	BaFe
LTO-9	2014	2020		24.0 TB	*708	*9h25	BaFe
LTO-10	2014	*2022		48 TB	*1100	*12h07	Ba/Sr Fe
LTO-11	2017	*2025		96 TB	*1800	*14h49	SrFe
LTO-12	2017	*2027		192 TB	*2400	*22h13	SrFe
LTO-13	*2021	*2030		*384 TB			SrFe?
LTO-14	*2021			*768 TB
*Unconfirmed/estimated

Băng từ vẫn đang được sử dụng phổ biến tại các trung tâm dữ liệu và các tổ chức nghiên cứu bởi ngoài dung lượng lớn, hiệu năng lưu trữ và chi phí thì nó còn tạo ra một "khoảng không" để bảo vệ dữ liệu bởi hệ thống lưu trữ bằng băng từ tách biệt về mặt vật lý với lưới mạng, từ đó giảm thiểu rủi ro dữ liệu bị hư hại hay mất mát trước những cuộc tấn công bảo mật. Trong tương lai thì băng từ vẫn có chỗ đứng và được kỳ vọng sẽ sử dụng trong những ngành nghiên cứu tiên tiên nơi tạo ra một lượng dữ liệu rất lớn, trong lĩnh vực sản xuất dựa trên AI, hệ thống IoT, xe hơi được kết nối trong tương lai...

Đến năm 2024, vấn đề lưu trữ các khối dữ liệu khổng lồ trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. Chuyện này liên quan đến việc đưa vào sử dụng kính thiên văn vô tuyến lớn nhất thế giới SKA (Square Kilometre Array). SKA đã được xây dựng ở Australia, New Zealand và Cộng hòa Nam Phi đang sản xuất mỗi ngày đêm 1 Peta Byte hay là 1 triệu GB thông tin nén. Để đảm bảo công việc của "quái vật" này, thế giới cần có các tuyến viễn thông thông lượng cao hơn tổng lưu lượng Internet toàn cầu hiện thời và 120.000 đĩa cứng tiêu chuẩn một năm.

Fujifilm đưa băng từ trở lại và lợi hại hơn xưa


VietTimes - Những tưởng băng từ - vật liệu lưu trữ dữ liệu vang bóng một thời - sẽ mãi mãi không bao giờ trở lại. Nhưng đột nhiên, công nghệ lạc hậu này lại thu hút sự chú ý của giới công nghệ như một vị cứu tinh mới của tình trạng dữ liệu của nhân loại ngày càng chồng chất.

Với Internet của sự vật, trí tuệ nhân tạo và các loại xe tự lái, đến năm 2020, nhân loại sẽ tạo ra khoảng 44 zettabyte dữ liệu, gần 10 lần những gì chúng ta đã tạo ra vào năm 2013 (một zettabyte bằng một nghìn nghìn tỷ tức bằng 10^21). Vậy mà ước tính chỉ có 14% dữ liệu đó sẽ được bảo tồn vì hiện không có đủ các phương tiện lưu trữ.

Đó chính là lúc người ta nhớ lại băng từ. Một lần nữa, nó lại được đưa ra xem xét như một phương tiện lưu trữ bởi vì dữ liệu trên đó không bị suy giảm nhiều theo thời gian. Mặt khác, người ta đã có biện pháp tăng đáng kể dung lượng lưu trữ của nó. Các sản phẩm mới nhất của Fujifilm (Nhật Bản), công ty kiểm soát khoảng 60% thị trường băng từ toàn cầu, có thể chứa được 6 terabyte dữ liệu, tăng 140% so với năm năm trước (một terabyte là một nghìn tỷ byte, tức 10^12).

"Sự gia tăng về mật độ diện tích (số lượng dữ liệu trên một đơn vị diện tích) trên ổ cứng tốc độ thấp đã giảm dần qua các năm", ông Hitoshi Noguchi, Tổng giám đốc Phòng thí nghiệm Media Research Recording Fujifilm cho biết. "Đó chỉ vấn đề thời gian", trước khi băng từ làm lu mờ ổ đĩa cứng "về năng lực lưu trữ một lượng lớn dữ liệu."

IBM, Oracle và các nhà sản xuất thiết bị lưu trữ khác đặt nhiều hy vọng vào sự đổi mới của Fujifilm. Cốt lõi của sự tiến bộ này là một vật liệu từ tính gốc được gọi là bari ferit, là một hợp chất đặc biệt và là một loại oxit sắt. Vật liệu này được kết tinh thành hạt, sau đó được rải đều với mật độ rất dầy trên nền nhựa.


Điều có tính quyết định là là các hạt phải giảm được đáng kể về kích thước, rải đều và phủ đều trên bền mặt băng nhựa. "Fujifilm là công ty duy nhất có thể xử lý việc phủ bari ferit ở cấp độ nano", Noguchi nói.

Công việc rải đều các hạt đòi hỏi kỹ năng siêu việt, tương tự việc phun một lít nước đều trên bề mặt rộng bằng bốn sân bóng đá.

Fujifilm hiện cũng đang nỗ lực để thương mại hóa một loại vật liệu mới có thể lưu trữ lên đến 400 terabyte dữ liệu, hoặc 66 lần so với hiện tại và hy vọng sẽ đạt được mục tiêu đó  trong vòng thập kỷ tới.

Để tăng dung lượng lưu trữ, băng nhựa làm nền cũng cần phải được cải thiện để có thể rải vật liệu từ tính ở mật độ cao hơn. Toray Industries, một công ty hóa chất Nhật Bản, hiện đang chuẩn bị tái khởi động dây chuyền sản xuất polyethylene terephthalate, hoặc PET, phim, được sử dụng để làm băng từ. Công ty này đã từng là nhà cung cấp hàng đầu thế giới về băng từ làm từ chất liệu PET.

Toray có công nghệ để rải đều các hạt nhôm trên mặt băng với khoảng cách giữa các hạt từ 10 đến 20 nanomet (một nanomet bằng một phần tỷ của một mét). Điều này có nghĩa là sẽ có vài tỷ hạt được xếp thành hàng hoàn hảo trên một diện tích 1cm2.

Toray đã nghiên cứu để phát triển loại băng có cả hai thế mạnh: một là độ bền có thể chịu được nhiều lần quay quanh đầu từ và phải rất mỏng để tăng độ dài của cuộn năng. Độ bền của băng có thể đạt được bằng cách kéo dài màng nhiều lần theo chiều ngang và theo chiều dọc và điều chỉnh hình dạng của tinh thể, một kỹ sư của hãng Toray cho biết. Trong khi đó, với một công nghệ mới khác, công ty đã thành công trong việc giảm độ dày của băng xuổng chỉ còn 5 micromet, tức là chỉ bằng một phần ba độ dày hiện tại của băng VHS, mà vẫn duy trì được độ bền của băng.

"Khi thế giới ngày càng trở nên số hóa, chúng tôi đã biến điều tưởng đã được mặc định là không còn chút nhu cầu nào trên thị trường trở thành cơ hội” - một vị đại diện bán hàng vật liệu từ tính của hãng Toray cho biết. "Bạn không bao giờ biết tiềm năng của thị trường là như thế nào".