Самые надежные способы хранения информации

«Облако», HDD или SSD: где лучше сохранится информация спустя 20−50 лет и как умирают данные

Какого-то единственного правильного решения такой задачи нет, поскольку исходя из личного опыта многие пользователи предлагают разные достижения поставленной цели. После прочтения постов на разных форумах становится понятно одно — хранить важную информацию на неиспользуемых на постоянной основе накопителях нельзя. Дело не только в размагничивании самих дисков или деградации ячеек памяти, но и увеличении энтропии, ведущей к искажению данных, то есть появлению битых файлов.

Кстати, насчет энтропии: это одна из причин, почему космическое оборудование намного слабее того, которым мы пользуемся на Земле. Все дело в плотности микросхем, так как современное «железо» стремится к уменьшению техпроцесса, а чем плотнее компоненты, тем они более уязвимы к космическому излучению и солнечной радиации. Долгосрочное хранение информации на жестких дисках и SSD имеет аналогичные проблемы, поскольку электромагнитные излучения, перепады температур и влажности еще никто не отменял. Так как же правильно хранить важные файлы, как снизить риск их потери и как, собственно, умирают данные — с этим мы и намерены сегодня разобраться.

Деградация ячеек и размагничивание данных на диске

Сначала разберемся с размагничиванием пластин в жестких дисках, ведь там считывание информации зависит от трех главных параметров: точности позиционирования механизма считывающей головки, чувствительности головок и мощности магнитного поля болванок. В нормальных условиях, когда соблюдаются рекомендуемые производителем показатели влажности, температуры в помещении, а также отсутствуют механические удары и вибрация, сильные электромагнитные поля, деградация магнитного поля пластин составляет около 1% в год.

При этом сказать, что через условные 50 лет половина диска станет нечитаемой, будет неправильно. Обычно в таких случаях наличие битых файлов или вовсе их исчезновение будет связано не столько с ухудшением магнитной записи, сколько с деградацией материалов, отвечающих за точность позиционирования и чувствительность считывающих головок. Поэтому переживать за сохранность информации не стоит, поскольку неработающий должным образом такой жесткий диск всегда можно отнести к специалистам, которые без проблем считают и восстановят 100% данных напрямую с пластин. Это касается и вышедших из строя жестких дисков, в которых сломалась электроника, но «блины» не были повреждены механически ни считывающей головкой, ни наличием трещин и сколов. Единственный минус: стоимость услуг по восстановлению файлов может обойтись в копеечку.

Стоит ли так рисковать и оставлять на полке жесткий диск на 5−10−20 лет? На самом деле, нет. Несмотря на то, что многие могут похвастаться, что их жесткие диски успешно были считаны спустя 10−15 лет простоя на пыльной полке, есть много и негативных отзывов, когда после длительного хранения «харды» попросту отказывались раскручивать пластины. Связано это с тем, что жесткие диски предназначены для постоянной работы, поскольку в процессе своей жизнедеятельности они постоянно обновляют магнитный слой пластин и тем самым могут работать без сбоев десятки лет. Поэтому лучшим решением является постоянная перезапись данных с одного носителя на другой раз в год, если это действительно очень важные файлы.

Если планируется перезапись информации с одного «харда» на другой, то для этих целей лучше использовать проверенные временем устройства 3−5 летней давности (можно и больше) без наличия битых секторов! Жесткие диски, особенно современные модели, подвержены «детской смертности» — они до 40 раз имеют больше шансов выйти из строя в первые год-два эксплуатации, чем старшие собратья, отработавшие минимум 3 года.

Деградация ячеек на SSD

Большая часть современных SSD-накопителей используют метод ловушки заряда в ячейки памяти — CTF (Charge Trap Flash). Сами же ячейки на сегодняшний день в зависимости от стоимости твердотельного накопителя могут быть 4-х видов: SLC (хранение 1 бита информации), MLC (2 бита), TLC (3 бита) и QLC с хранением в ячейке 4 бит данных. В зависимости от количества хранимых бит в одной ячейке варьируется и емкость SSD — чем больше, тем лучше. Но у этого свойства есть и обратная сторона медали: чем выше количество бит в одной ячейке, тем больше уровней напряжения требуется для записи информации, а потому материал диэлектрика в ячейках памяти изнашивается быстрее. Важно уточнить, что деградация происходит только при записи данных, а при их считывании нагрузки на диэлектрик практически нет.

Значит ли это, что SSD можно единожды записать и хранить его долгие годы вне компьютера, а после удачно считать с него важную информацию? Можно, но ограниченное время. Например, компания DELL в документации к производимым твердотельным накопителям указывает, что ее SSD способны хранить информацию без подключения к питанию минимум 10 лет. При этом бренд отмечает, что если flash-память уже значительно изношена, то без питания данные могут храниться на накопителях до 3 месяцев для MLC и до 6 месяцев для SLC-ячеек.

Вечного архива не существует

Подводя итог о долгосрочном хранении данных на жестких дисках и SSD — ни первые, ни вторые не проектируются производителями для многолетнего архивирования информации. Для этих целей у компаний есть специальные оптические диски «архивного уровня», как например, DWD + RW или Blu-Ray диски, срок службы которых может достигать до 30 лет и даже больше. Что касается безмятежного и безопасного хранения данных на срок до 100 лет, то таких решений на сегодняшний день еще не найдено.

Стоит ли хранить данные в «облаке»?

Если отбросить устоявшиеся мифы о том, что данные пользователей, хранящиеся в «облаке» с легкостью могут украсть хакеры, или исчезнуть в результате стихийного бедствия, то облачные хранилища действительно надежны по состоянию на 2021 год. Крупные корпорации, которым принадлежат огромные сервера в разных странах, куда серьезнее относятся к безопасности и сохранности данных, нежели простые пользователи. Поэтому если и делать выбор между локальным хранением информации на HDD/SSD или предоставить эту услугу «облаку», то в плане надежности второй вариант предпочтительнее. К слову, он и удобнее, так как доступ к файлам будет всегда и везде — достаточно иметь под рукой смартфон и выход в Интернет. С другой стороны, такое удобство и безопасность в финансовом плане обойдется дороже.

Значит ли это, что данные в «облаке» никогда не исчезнут? Несмотря на то, что дата-центры имеют подстраховку в виде резервных копий, иногда и они безвозвратно теряют данные. Случается это крайне редко и теряется лишь малая часть информации, но факт остается фактом. Например, в 2015 году очень не повезло дата-центру компании Google, расположенному в Бельгии. В него 4 раза подряд ударил разряд молнии, и несмотря на все попытки восстановить все данные, безвозвратно было потеряно около 0,000001% информации. За последние 6 лет подобных происшествий больше не случалось несмотря на неоднократные неприятные инциденты, связанные с серверами (например, в марте 2021 года полностью сгорел страсбургский OVH SBG2, но ни один важный файл потерян не был).

Удалить с «облака» не так уж просто

Когда пользователь что-то удаляет с облачного хранилища, это не значит, что стертые файлы исчезают бесследно. Наглядным примером служит история, случившаяся в 2017 году, когда облачный сервис Dropbox из-за бага восстановил для части пользователей удаленные несколько лет назад данные.

Как умирают файлы на дисках

Что на жестких дисках, что на SSD информация умирает плюс-минус одинаково: обычно видеоролики «рассыпаются» на крупные пиксели различных цветов, разъезжаются на полосы или картинка застывает/видеозапись обрывается. Что касается фотографий, то они начинают демонстрировать артефакты (снова пиксели, полосы, часть картинки может быть залита одним или несколькими цветами), а музыкальные файлы начинают «булькать», издавать резкие звуки, обрываться на воспроизведении в любой момент. Прочие документы могут и вовсе не открываться.

При этом стоит понимать, что файлы сами по себе не могут деградировать. Если они открываются, то с вероятностью 99,9% они содержат ровно тот же код, что и при записи. Почему тогда они становятся «битыми»? Здесь проблема кроется в основном в некорректности считывания и последующей записи. Для HDD, как мы уже говорили, это потеря чувствительности и сбой позиционирования считывающих головок при полной сохранности данных на самих болванках. Для SSD ситуация сложнее, ведь там могут «барахлить» и контроллер памяти, и сама NAND-память. К слову, именно поэтому с SSD восстановить информацию сложнее, а порой и невозможно, в отличие от жестких дисков.

Как лучше хранить данные: локально или онлайн?

Какой вывод можно сделать насчет долгосрочного архивирования важной информации? Лучшим вариантом станет хранение файлов на жестких дисках, проверенных временем (3−5 лет без BAD-секторов) с периодической перезаписью данных раз в год на резервный HDD. При этом еще лучше иметь бэкап в «облаке», чтобы на 100% быть уверенным, что важные данные никогда и никуда не потеряются в течение как минимум нескольких десятков лет. Увы, но обойтись одним единственным решением сейчас невозможно, поскольку соответствующих технологий еще не разработано.

Источник

«Вечная флешка»: как создать надежный носитель, который сохранит данные на тысячи лет

Срок службы компакт-дисков, SSD- и HDD-дисков не превышает 10-20 лет. При этом мировой объем данных растет на 40% каждый год, что стимулирует спрос на накопители, однако долговечность носителей оставляет желать лучшего. Большая часть HDD перестают работать в течение нескольких лет: как правило, это связано с поломкой движущихся частей. Компакт-диски хранятся десятилетиями, но повышение температуры, влажности или механические повреждения делают доступ к информации затруднительным: поверхность диска отслаивается и легко царапается. SSD, рекламируемые сегодня как «неубиваемый» носитель, живут всего несколько лет, и обладают фиксированным количеством циклов перезаписи: циркулирующий внутри электрический заряд рано или поздно угасает даже в отсутствие активного доступа к содержимому. При этом ценность утраченной информации может быть очень высокой: например, это могут быть большие объемы технической документации или исторические архивы, восстановить которые будет невозможно.

www.ohmygeek.net

Хранить долго и недорого

Долгое хранение данных – проблема, в которой законы термодинамики работают против интересов человека. Носители выходят из строя, требуют расходов на поддержание оптимальных условий окружающей среды и теряют накопительные свойства. Регулярная замена SSD стоит серверам 0.5 доллара за 1 Гб, замена HDD обходится в 0.1 доллара за 1 Гб. По данным компании Cisco, к 2020 году совокупный объем хранимой в дата-центрах информации достигнет 6.6 зеттабайт, что означает 495 миллиардов долларов в год расходов индустрии на замену носителей. Предполагается, что разработка «вечных» носителей сэкономит дата-индустрии триллионы долларов в год.

К настоящему времени физики предложили несколько возможных решений этой проблемы: например, команда американских ученых записала информацию в пустоты алмаза, замещенные атомами азота, а российские ученые из проекта «Кварц» Фонда перспективных исследований (ФПИ) предложили хранить данные на кварцевых дисках. Срок жизни данных в обоих случаях превышает время жизни компакт-диска на порядки. Однако можно ли считать проблему решенной?

В 2016 году ученые из Университета Нью-Йорка записали информацию в алмазы при помощи флуоресценции. Исследователи изменили спектр излучения NV-центров алмаза (дефектов кристаллической решетки алмаза, возникающих при удалении атома углерода и добавлении на его место атома азота) лазерным лучом. Лазер локально меняет заряд NV-центров с отрицательного до нулевого, что влечет за собой изменение цвета участков поверхности алмаза при сканировании лазером невысокой мощности. Ученые нашли несколько различимых лазерным сканированием уровней флуоресценции, что повышает плотность записи, а отсутствие структурных изменений снимает ограничения на перезапись. Минусы этой технологии – высокая стоимость алмазов и псевдовечность носителя. Считывание размывает картину светлых и темных участков, из-за чего данные приходится перезаписывать снова и снова.

Вечные данные на кварцевых носителях

Фонд перспективных исследований (ФПИ) финансирует разработку кварцевых носителей с практически неограниченным сроком службы и объемом до 1 Тб: этого хватит, например, для записи большой части архивов Госфильмофонда России.

Ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева, работающие по проекту ФПИ, предложили наносить информацию лазером не на поверхность, а в объем кварцевого диска нанорешетками – так в одной точке записывается не один, а до пяти бит данных. Кварцевые диски, созданные на сегодняшний день в рамках проекта, вмещают 25 Гб информации и выживают при температуре около 1000℃ с последующим термоударом – сохраняют данные после пожара со сработавшей системой тушения без использования облачных хранилищ. Достаточно стереть копоть с дисков — и они снова готовы к работе. Для сравнения, диски аналогичной вместимости компании Millenniata с заявленным сроком жизни в 1000 лет, изготовленные из поликарбоната, разрушаются при температуре 130℃. В отличие от американской технологии, кварцевые диски — это вечный носитель в более строгом смысле слова: срок жизни носителя из кварца может измеряться тысячелетиями.

Почему же кварцевые диски и «вечные флешки» до сих пор не на рынке? Широкому использованию кварцевых дисков в качестве долговечных носителей информации мешают три проблемы, над решением которых работают ученые и разработчики в ходе проектов Фонда перспективных исследований: высокая стоимость записи, необходимость разработки с нуля технологии считывания, громоздкость и нестабильность оборудования. Эти барьеры стоят между успешной экспериментальной записью данных в алмаз или кварц и возможностью «прогонять» экзотический носитель через 100 циклов чтения в день в архивном центре какой-нибудь городской библиотеки: перед выходом технологии в производство ученые должны создать стабильные устройства записи и чтения приемлемых размеров, снизить стоимость записи и доработать технологию чтения.

Петр Хенкин, руководитель проекта направления информационных исследований Фонда перспективных исследований, комментирует:

«Промышленная технология сильно отличается от экспериментальной, показавшей успешные результаты на лабораторном столе. Она должна обладать приемлемой стабильностью во времени и быть воспроизводимой: пользователь не должен подкручивать устройство и прикладывать усилия, чтобы оно работало. Сегодня запись информации на кварцевый диск уже происходит без участия человека, и мы можем записать полный диск за день, но когда запись идет в потоке и время ограничено часами, возникают прогнозируемые сложности – оборудование перегревается, работает с отклонениями. Новизна технологии также создает проблемы и при чтении данных: устройство для чтения информации с кварцевого диска создается полностью с нуля, и это откладывает выход разработки из лаборатории».

Процесс изготовления кварцевого диска. Фото: Фонд перспективных исследований.

В качестве иллюстрации приведем относительно недавний пример. В феврале 2016 года сотрудники Саутгемптонского университета записали Библию на кварцевый диск и подарили его генеральному секретарю ООН. Однако считать эти данные можно только в лаборатории, в которой этот диск создали, под микроскопом. Англичане считывают эти данные при помощи поляризационного микроскопа – делают снимок, отправляют на компьютер, считывают данные, затем делают следующий снимок. Скорость этого процесса – несколько байт в секунду.

Кроме описанных сложностей, физика кварцевого диска накладывает ограничения на стоимость записи. Кварц устойчив к высоким температурам, поэтому для записи нужны высокие энергии. Сегодня данные записывают при помощи фемтосекундного лазера, который стоит миллионы рублей, поэтому даже тогда, когда технология станет стабильной и удобной, на первых порах позволить себе запись на кварцевые диски смогут только крупные дата-центры и правительственные структуры.

Будущее технологии ФПИ вполне можно представить себе в формате B2B-центров записи и чтения, куда люди смогут приезжать со своими носителями и переписывать данные с HDD / SSD на оптические кварцевые диски, или B2G-архивов библиотек и медицинских учреждений. Возможно, когда-нибудь эти технологии будут применяться так же, как сегодня — «флешки» и «внешние жесткие диски»: можно вспомнить о том, что первые CD-приводы стоили очень дорого, однако со временем стоимость снизилась, размеры уменьшились, и за двадцать с небольшим лет мы получили современные компактные устройства.

Источник