لقد كان تخزين البيانات ومعالجتها دائمًا وظيفتين منفصلتين، ولكن ماذا لو كان من الممكن توحيدهما وتحقيقهما؟ أداء أفضل بكثير؟ هذا هو الوعد بالتخزين الحسابي.
على الرغم من تغير الوسائط وزيادة القدرة، إلا أن الوظيفة الأساسية لتخزين البيانات ظلت دون تغيير لعقود من الزمن. غالبًا ما تؤدي محركات الأقراص والأشرطة المغناطيسية في الثمانينات نفس الوظيفة التي يؤديها تخزين الفلاش اليوم، وبنفس البنية تقريبًا. لكن، التخزين الحسابي تم إعداده لإعادة تعريف كيفية تعاملنا مع التخزين ومعالجة البيانات. إذن، ما هي فوائدها وتحدياتها المحتملة؟
تتضمن معالجة البيانات عادةً نقل البيانات على دفعات صغيرة عبر الشبكة الإدخال/الإخراج (الإدخال/الإخراج) يربط بين جهاز التخزين والمعالج، قبل إعادة الكتابة إلى وحدة التخزين. ومع ذلك، عادةً ما تكون قناة الإدخال/الإخراج أبطأ من سرعات نقل البيانات التي يمكن تحقيقها بالقرب من وحدة التخزين. يؤدي هذا إلى إبطاء معدل معالجة البيانات ويؤدي إلى اختناقات.
يمكن أن يؤدي هذا التأخر في معالجة البيانات إلى منع العمليات في الوقت الفعلي. بحلول الوقت الذي تتم فيه معالجة البيانات، ربما تكون اللحظة الحاسمة قد مرت. عندما يحدث هذا في بيئات حساسة للوقت، يمكن أن تضيع الأموال وقد تنشأ صعوبات تشغيلية.
يتضمن التخزين الحسابي إمكانية المعالجة في نظام التخزين. إنه يشبه خادمًا صغيرًا مدمجًا مباشرة في محرك الأقراص الثابتة. وهذا يعني أن البيانات لم تعد بحاجة إلى الانتقال إلى المعالجات المخصصة للحوسبة، لأن قوة المعالجة قد تم ربطها بنظام التخزين. لقد أصبح هذا ممكنًا فقط منذ ظهور محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD).
وهذا يسمح بمعالجة البيانات بسرعة أكبر بكثير من أي وقت مضى. نظرًا لأنه تتم معالجة البيانات في الموقع، يعد التخزين الحسابي مثاليًا لأحمال العمل التي تعالج كميات هائلة من البيانات. ويؤدي الانخفاض اللاحق في طاقة المعالجة الأساسية إلى تمكين الأنظمة من العمل بكفاءة أكبر وتقليل استهلاك الطاقة للمعالجات وأنظمة التبريد المرتبطة بها.
هناك فائدة إضافية محتملة للتخزين الحسابي وهي تقليل حركة مرور الشبكة، لأنه يمكن معالجة بعض البيانات على جهاز التخزين نفسه بدلاً من إرسالها إلى المعالج.
أنواع التخزين الحسابي
حاليا، هناك نوعين مختلفين التخزين الحسابي:
- تحتوي خدمات التخزين الحسابية الثابتة أو أجهزة الوظائف الثابتة على معالج مدمج مزود بوظيفة مخصصة (مثل ضغط البيانات) مبرمجة مسبقًا فيها. على الرغم من أنها أسهل في الإعداد والتثبيت، إلا أنها خاصة بوظيفة معينة وتفتقر إلى المرونة. أحد الأمثلة على الأجهزة ذات الوظيفة الثابتة هو SSD من شركة Flexxon الذي يراقب الوصول إلى القرص بحثًا عن هجمات البرامج الضارة المحتملة.
- خدمات التخزين الحسابية القابلة للبرمجة أو الأجهزة ذات الأغراض العامة هي أجهزة تخزين حسابية مزودة بنظام تشغيل يعتمد عادةً على Linux ويحتاج إلى برمجته مثل خادم قياسي. تحتوي هذه الأجهزة على معالج داخلي يمكن برمجته لأداء مهام محددة لمعالجة البيانات. في حين أن الأجهزة ذات الأغراض العامة أكثر ملاءمة لتلبية احتياجات العمل المحددة، فمن الطبيعي أن يستغرق إعدادها وقتًا أطول.
لا تزال هناك تحديات
على الرغم من الفوائد المحتملة للتخزين الحسابي، لا تزال هناك تحديات كبيرة يتعين معالجتها. التكنولوجيا الأساسية للتخزين الحسابي لا تزال في مهدها، وهي متاحة حاليًا فقط من عدد محدود من الشركات المصنعة.
على الرغم من أن محركات أقراص SSD قابلة للتبديل ويمكن أن تتفاعل بسهولة مع بعضها البعض، إلا أن إمكانية التشغيل البيني هذه تُفقد مع التخزين الحسابي. يختلف أسلوب كل مورد في التخزين الحسابي بدرجة كافية بحيث لا تتوفر إمكانية التبادل حاليًا.
في الآونة الأخيرة في أواخر عام 2022، تم رابطة صناعة شبكات التخزين (SNIA) أصدرت معايير معمارية جديدة للأجهزة والبرامج، بالإضافة إلى معيار أولي لـ واجهة برمجة التطبيقات اللازمة للوصول إلى أجهزة التخزين الحسابية.
كما أن المخاطر الأمنية المحتملة للتخزين الحسابي ليست مفهومة بالكامل بعد. لم يتم بعد دراسة الآثار المترتبة على التهديدات المحتملة والمتطلبات الأمنية لوجود معالج مدمج في جهاز التخزين.
للاستفادة الكاملة من التخزين الحسابي، قد تحتاج التطبيقات والخدمات الحالية إلى إعادة تحليلها للتكامل مع الأنظمة الجديدة. وهذا قد يجعل من الصعب استخدام التخزين الحسابي مع التطبيقات الحالية، وسوف تحتاج فرق التطوير إلى فهم شامل للمزالق المحتملة. ينطوي تعديل التعليمات البرمجية دائمًا على مخاطر حدوث عواقب غير مقصودة قد لا ترغب بعض المؤسسات في حدوثها.
يبقى السؤال ما إذا كان سيتم تكييف التطبيقات لاستخدام التخزين الحسابي في المستقبل. إذا كان الأمر كذلك، فإن التخزين الحسابي يمكن أن يقلل من وقت المعالجة. ومع ذلك، فإن ما إذا كان سيتم كتابة التطبيقات للاستفادة من المعالجة على متن الطائرة يعتمد على مدى انتشار التخزين الحسابي.
استخدم حالات
لن يكون التخزين الحسابي بمثابة علاج شامل للأداء، حيث أن جهاز حسابي واحد لن يقدم سوى مكاسب في الأداء في مجالات محددة وقد يكون مكلفًا. ومع ذلك، فإن معالجات التخزين الحسابية الموجودة على متن الطائرة تجعلها مثالية لمهام معالجة محددة كثيفة البيانات. تتضمن بعض الأمثلة تحليل البيانات في الوقت الفعلي، والتعلم الآلي، وضغط الفيديو لشبكات توزيع المحتوى.
نظرًا لقوة المعالجة المحدودة المتاحة للتخزين الحسابي، تظل المهام التي تتطلب حوسبة مكثفة، مثل نمذجة عمليات المحاكاة المعقدة، أفضل أداء بواسطة معالج مخصص.
بعض الشركات التي اعتمدت بالفعل التخزين الحسابي تشمل Tesla وGoogle وFacebook وYahoo Mail. بعض مراكز البيانات واسعة النطاق التي توفر موارد المعالجة، مثل AWS وAlibaba، اعتمدت أيضًا التخزين الحسابي.
إن أجهزة التخزين الحسابية متاحة تجاريًا بالفعل، ومن المحتمل أن يكون أي نظام مجهز بهذه التقنية الجديدة أقل استهلاكًا لوحدة المعالجة المركزية من البنى التقليدية.
من خلال المهام كثيفة البيانات التي يؤديها معالج التخزين الحسابي، يمكن لمعالج النظام التركيز على الأجزاء كثيفة الحساب من عبء العمل. إن إدارة النظام بهذه الطريقة تزيد من الأداء العام، وتسمح بتنفيذ المهام بشكل أسرع وأكثر كفاءة. وهذا من شأنه أيضًا أن يمكّن أعباء العمل ذات الأهمية الزمنية من أن تصبح أكثر قابلية للتطبيق.
