Seagate Technology ارسال هارد دیسک های ضبط مغناطیسی شینگل (SMR) را حدود دو سال پیش آغاز کرد. در این مدت، این شرکت تقریباً چهار میلیون درایو واجد شرایط را به فروش رسانده است که به سختی یک درصد از کل هارد دیسک های این شرکت در این مدت ارسال شده است. با این وجود، سیگیت در مورد این دستگاه ها مثبت است و امید زیادی به SMR دارد.

فناوری کاشی کاری ضبط مغناطیسی به دلیل همپوشانی جزئی مسیرها با یکدیگر، تراکم ضبط روی صفحات را تا حدود 25 درصد افزایش می دهد. آهنگ های همپوشانی روند ضبط را کند می کند، زیرا در طول ضبط یک آهنگ، باید محتویات آهنگ های واقع در نزدیکی (به طور دقیق تر، در همان گروه از آهنگ ها به نام باند) را بازنویسی کنید. برای جبران سرعت پایین نوشتن هارد دیسک‌های SMR، سازندگان درایو باید سفت‌افزار ویژه‌ای ایجاد کنند که عملیات نوشتن متوالی را بهینه می‌کند. از طرف دیگر، سیستم عامل و/یا برنامه‌هایی که از هارد دیسک استفاده می‌کنند باید بدانند که با یک هارد دیسک SMR سروکار دارند و فقط عملیات نوشتن متوالی را در مناطق خاصی از دیسک‌های سخت انجام می‌دهند.

به هر حال، HDD هایی که از فناوری ضبط کاشی استفاده می کنند نسبت به HDD هایی که از فناوری ضبط عمود بر هم استفاده می کنند کندتر هستند. از آنجایی که دیسک های سخت با حداکثر ظرفیت در درجه اول توسط مراکز داده مورد نیاز هستند، چنین محدودیت های عملکردی کاملا قابل قبول هستند. با این حال، مراکز داده که شروع به استفاده از هارد دیسک‌های SMR برای افزایش ذخیره‌سازی داده‌ها می‌کنند، مجبور می‌شوند نرم‌افزار خود را اصلاح کنند، که سرعت گسترش چنین HDD‌هایی را کاهش می‌دهد.

اگرچه استفاده از هارد دیسک با پلاتر SMR دارای ویژگی های متعددی است، اما تا زمانی که هارد دیسک های مبتنی بر فناوری TDMR (فناوری ضبط دو بعدی) و HAMR (فناوری ضبط مغناطیسی حرارتی) وارد بازار شوند، هارد دیسک های مبتنی بر پلاتر SMR توسعه خواهند یافت. در حال حاضر، سیگیت یاد گرفته است که کاستی های فناوری نوشتن کاشی را برای برنامه های مرکز داده پنهان کند.

"ما حدود چهار میلیون هارد دیسک کاشی را تحویل داده ایم."دیو موزلی، معاون اجرایی عملیات و فناوری سیگیت، طی نشستی با سرمایه گذاران و تحلیلگران مالی گفت. ما این را به عنوان یک دستاورد بسیار موفق می دانیم زیرا در مورد برنامه های کاربردی مشتریان خود چیزهای زیادی یاد گرفته ایم. ما آماده ایم تا معایب فناوری ضبط کاشی را با استفاده از سیستم های ذخیره سازی چند سطحی، سیستم های کش و غیره پنهان کنیم.[به طوری که مشتریان ما] مجبور به ایجاد تغییرات سنگین در برنامه های خود نباشند."

سیگیت با مشتریان خود که می‌خواهند برنامه‌ها را برای هارد دیسک‌های کاشی‌شده سفارشی کنند کار می‌کند، اما این شرکت همچنین دائماً روی سیستم‌افزار خود کار می‌کند که می‌تواند ویژگی‌های SMR را در مواردی که تغییر برنامه‌ها دشوار یا غیرممکن است، پنهان کند.

ما از پیشرفتی که [در مورد درایوهای SMR] داشته ایم بسیار خرسندیم، در حال عرضه هارد دیسک های کاشی شده برای پلتفرم های مختلف هستیم و آماده هستیم تا تولید آنها را در سال 2016 گسترش دهیم.آقای موزلی گفت.

علاوه بر هارد دیسک‌ها برای بایگانی داده‌ها (سری بایگانی Seagate)، سیگیت در حال حاضر از صفحات کاشی‌شده در داخل درایوهای خارجی و موبایل مشتری (که تحت برندهای سامسونگ و سیگیت فروخته می‌شوند) استفاده می‌کند و قصد دارد از SMR برای سایر هارد دیسک‌ها استفاده کند. از آنجایی که سیستم عامل ها و برنامه های مشتری یک شبه تغییر نخواهند کرد، این شرکت باید یک معماری هارد دیسک ویژه برای رایانه های شخصی ایجاد کند که ویژگی های فناوری کاشی کاری را در نظر گرفته و سرعت نوشتن پایین سیستم های کش و چیدمان داده ها را بر روی مغناطیسی کاهش دهد. بشقاب ها

امروزه رشد داده ها به ازای هر نفر به طور تصاعدی در حال رشد است و شرکت هایی که راه حل های ذخیره سازی این داده ها را ارائه می دهند در تلاش هستند تا هر کاری که ممکن است برای افزایش ظرفیت موجود دستگاه های خود انجام دهند. فناوری ضبط مغناطیسی کاشی سیگیت (SMR) تراکم ضبط را بهبود می بخشد و ظرفیت دیسک را تا 25 درصد افزایش می دهد. این امر با افزایش تعداد مسیرهای روی هر صفحه و کاهش فاصله بین آنها امکان پذیر است. آهنگ ها روی هم قرار می گیرند (مانند کاشی های روی سقف)، که به شما امکان می دهد بدون افزایش مساحت صفحه، داده های بیشتری را ضبط کنید. وقتی داده‌های جدید نوشته می‌شوند، آهنگ‌ها با هم همپوشانی دارند یا «قطع» می‌شوند. با توجه به اینکه عنصر خوانده شده در هد دیسک کوچکتر از عنصر نوشتن است، می تواند داده ها را حتی از یک مسیر کوتاه شده بدون نقض یکپارچگی و قابلیت اطمینان آنها بخواند.

با این حال، مشکل زیر با فناوری SMR مرتبط است: برای بازنویسی یا به‌روزرسانی اطلاعات، لازم است نه تنها قطعه مورد نیاز، بلکه داده‌های آخرین آهنگ‌ها نیز بازنویسی شود. از آنجایی که ضبط‌کننده عریض‌تر است، داده‌ها را روی آهنگ‌های مجاور ضبط می‌کند، بنابراین باید آن‌ها را نیز بازنویسی کنید. بنابراین، هنگام تغییر داده‌ها در مسیر پایین، باید داده‌ها را در نزدیک‌ترین مسیر همپوشانی، سپس در مسیر بعدی و به همین ترتیب، تا زمانی که کل صفحه بازنویسی شود، تصحیح کنید.

به همین دلیل، آهنگ های روی یک دیسک SMR در گروه های کوچکی به نام نوار گروه بندی می شوند. به ترتیب، فقط آهنگ های درون یک نوار روی یکدیگر قرار می گیرند. به لطف این گروه بندی، اگر برخی از داده ها به روز شوند، نه کل صفحه باید بازنویسی شود، بلکه فقط تعداد محدودی از آهنگ ها باید بازنویسی شود که این روند را بسیار ساده و سرعت می بخشد. برای هر نوع دیسک، معماری نوار مخصوص به خود با در نظر گرفتن دامنه کاربرد آن توسعه داده شده است. هر خط تولید سیگیت برای کاربرد و محیط خاصی طراحی شده است و فناوری SMR بهترین نتایج را در صورت استفاده صحیح ارائه می دهد.

Seagate SMR فناوری برای پاسخگویی به تقاضای روزافزون برای ظرفیت اضافی است. امروزه به طور فعال در حال بهبود است و در ترکیب با سایر روش های نوآورانه می توان از آن برای افزایش تراکم ضبط در هارد دیسک های نسل بعدی استفاده کرد.

اما قبل از هر چیز، لازم است برخی از تفاوت های ظریف کاربرد آن را درک کنید.

سه نوع دستگاه وجود دارد که از ضبط کاشی پشتیبانی می کنند:

خودمختار (مدیریت درایو)

کار با این دستگاه ها نیازی به تغییر در نرم افزار میزبان ندارد. تمام منطق نوشتن/خواندن توسط خود دستگاه سازماندهی می شود. آیا این بدان معناست که ما می توانیم آنها را نصب کنیم و استراحت کنیم؟ خیر

درایوهایی که فناوری نوشتن Drive Managed را پیاده‌سازی می‌کنند معمولاً دارای مقدار زیادی حافظه پنهان بازگشتی هستند (از 128 مگابایت در هر دیسک). در این مورد، درخواست های متوالی در حالت نوشتن در اطراف پردازش می شوند. مشکلات اصلی توسعه دهندگان دستگاه ها و سیستم های ذخیره سازی مبتنی بر این فناوری ضبط به شرح زیر است:

1. اندازه کش محدود است و با پر شدن آن، می توانیم عملکرد دستگاه غیر قابل پیش بینی را دریافت کنیم.
2. سطوح تأخیر قابل توجهی گاهی اوقات هنگام شستشوی حافظه پنهان رخ می دهد.
3. تعیین توالی ها همیشه یک کار بی اهمیت نیست و در موارد پیچیده می توان انتظار کاهش عملکرد را داشت.

مزیت اصلی این رویکرد سازگاری کامل دستگاه ها با سیستم عامل ها و برنامه های موجود است. با درک خوبی از وظیفه خود، می توانید دستگاه های مدیریت شده Drive را هم اکنون خریداری کنید و از این فناوری بهره مند شوید. در ادامه مقاله، نتایج آزمایش چنین دستگاه هایی را مشاهده خواهید کرد و می توانید تصمیم بگیرید که چگونه آنها برای شما مناسب هستند.

میزبان مدیریت شده است

این دستگاه ها از مجموعه ای از پسوندهای ATA و SCSI برای تعامل با دیسک ها استفاده می کنند. این یک نوع متفاوت از دستگاه (14h) است که نیاز به تغییرات عمده در کل Storage Stack دارد و با فناوری های کلاسیک ناسازگار است، یعنی بدون تطبیق ویژه برنامه ها و سیستم عامل ها، نمی توانید از این درایوها استفاده کنید. میزبان باید به طور دقیق روی دستگاه ها بنویسد. در عین حال، عملکرد دستگاه 100٪ قابل پیش بینی است. اما عملکرد صحیح نرم افزارهای سطح بالاتر برای اینکه عملکرد زیرسیستم ذخیره سازی واقعا قابل پیش بینی باشد، مورد نیاز است.

میزبان آگاه است

اینها راه حل های ترکیبی هستند که مزایای فناوری های Device Managed و Host Managed را ترکیب می کنند. با خرید چنین درایوهایی، ما از پشتیبانی سازگار با عقب با قابلیت استفاده از پسوندهای ویژه ATA و SCSI برای کار بهینه با دستگاه‌های SMR برخوردار می‌شویم. یعنی هم می توانیم مانند قبل به سادگی روی دستگاه ها بنویسیم و هم به بهینه ترین شکل این کار را انجام دهیم.

به منظور ارائه کار با دستگاه های Host Managed و Host Aware، چند استاندارد جدید در حال توسعه است: ZBC و ZAC که در T10 / T13 گنجانده شده اند. ZBC توسعه یافته SCSI است و توسط T10 تأیید شده است. استانداردهایی برای درایوهای SMR در حال توسعه هستند، اما ممکن است در آینده برای دستگاه های دیگر اعمال شوند.

ZBC/ZAC یک مدل دستگاه منطقی را تعریف می کند که در آن عنصر اصلی یک منطقه است که به عنوان یک محدوده LBA نگاشت می شود.

استانداردها سه نوع منطقه منطقی را تعریف می کنند که دستگاه ها به آنها تقسیم می شوند:

1. منطقه متعارف - منطقه ای که می توانیم با آن به روش سنتی مانند هارد دیسک های معمولی کار کنیم. یعنی می توانیم به صورت متوالی و تصادفی بنویسیم.

2. دو نوع Write Pointer Zone:

2.1. نوشتن ترتیبی ترجیح داده می شود - نوع منطقه اصلی برای دستگاه های Host Aware، نوشتن متوالی ترجیح داده می شود. نوشتن تصادفی در دستگاه‌ها مانند دستگاه‌های مدیریت‌شده دستگاه انجام می‌شود و می‌تواند باعث کاهش عملکرد شود.

2.2. فقط نوشتن متوالی - نوع منطقه اصلی برای دستگاه های Host Manged، فقط نوشتن متوالی امکان پذیر است. نوشتن تصادفی مجاز نیست، و تلاش برای انجام این کار یک خطا را نشان می دهد.

هر منطقه دارای Write Pointer و وضعیت خاص خود است. برای همه دستگاه هایی که از نوع نوشتن HM پشتیبانی می کنند، اولین LBA دستور نوشتن بعدی باید با موقعیت Write Pointer مطابقت داشته باشد. برای دستگاه‌های HA، Write Pointer اطلاعاتی است و برای بهینه‌سازی مدیریت دیسک کار می‌کند.

علاوه بر ساختار منطقی جدید، دستورات جدیدی در استانداردها ظاهر می شوند:

REPORT_ZONES روش اصلی است که از طریق آن می توانید اطلاعات مربوط به مناطق موجود در دستگاه و وضعیت آنها را دریافت کنید. در پاسخ به این دستور، دیسک مناطق موجود، انواع آنها (Conventional، Sequential Write Required، Sequential Write Preferred)، وضعیت منطقه، اندازه، اطلاعات مربوط به مکان Write Pointer را گزارش می دهد.

RESET_WRITE_POINTER جانشین دستور TRIM برای دستگاه های ZBC است. هنگامی که آن را فراخوانی می کنند، منطقه پاک می شود و Write Pointer به ابتدای منطقه منتقل می شود.

سه دستور اختیاری برای مدیریت وضعیت منطقه استفاده می شود:

OPEN_ZONE
CLOSE_ZONE
FINISH_ZONE

اطلاعات جدیدی به صفحات VPD اضافه شده است، از جمله حداکثر تعداد مناطق باز برای عملکرد بهتر و حداکثر تعداد مناطق موجود برای نوشتن تصادفی با عملکرد بهتر.

سازندگان فضای ذخیره‌سازی باید با ایجاد تغییرات در تمام سطوح پشته از پشتیبانی دستگاه‌های HA/HM مراقبت کنند: کتابخانه‌ها، زمان‌بندی‌ها، موتور RAID، حجم‌های منطقی، سیستم‌های فایل.

علاوه بر این، باید دو نوع رابط برای کارکرد برنامه‌ها ارائه کنید: یک رابط سنتی، سازماندهی یک آرایه به عنوان یک دستگاه مدیریت شده توسط دستگاه، و یک پیاده‌سازی حجم مجازی به عنوان یک دستگاه HOST AWARE. این امر ضروری است زیرا انتظار می رود برنامه ها مستقیماً با دستگاه های HM/HA کار کنند.

به طور کلی الگوریتم کار با دستگاه های HA به شرح زیر است:

1. پیکربندی دستگاه را با استفاده از REPORT_ZONES تعریف کنید
2. مناطقی را برای ضبط تصادفی تعریف کنید
2.1. تعداد با توجه به قابلیت های دستگاه محدود است
2.2. در این مناطق، نیازی به ردیابی موقعیت Write Pointer نیست
3. از بقیه زون ها برای نوشتن متوالی و استفاده از اطلاعات موقعیت Write-Pointer استفاده کنید و فقط نوشتن ترتیبی انجام دهید.
4. تعداد مناطق باز را کنترل کنید
5. از Garbage Collection برای Deallocate Zone Pool استفاده کنید

برخی از تکنیک‌های نوشتن را می‌توان از سیستم‌های ذخیره‌سازی تمام فلش موجود اعمال کرد، که مشکلات نوشتن متوالی پروستات و جمع‌آوری زباله حل شد.

RAIDIX درایوهای Seagate SMR را در آزمایشگاه خود آزمایش کرده است و توصیه هایی برای استفاده از آنها ارائه می دهد. این درایوها از این جهت متفاوت هستند که با دستگاه مدیریت می شوند و نیازی به تغییر عمده در برنامه ندارند.

در طول آزمایش، تلاش شد تا انتظارات عملکرد چنین درایوهایی را آزمایش کنیم و درک کنیم که ما می توانیم از آنها برای چه استفاده کنیم.

این آزمایش شامل دو هارد بایگانی Seagate با ظرفیت 8000 گیگابایت بود.
تست بر روی سیستم عامل Debian نسخه 8.1 انجام شد
پردازنده مرکزی Intel i7 c 2.67 مگاهرتز
16 گیگابایت رم
درایوها دارای رابط SATA 3 هستند، ما کنترلر را به حالت AHCI تبدیل کردیم.

برای شروع، ما اطلاعات مربوط به دستگاه ها را با اجرای یک پرس و جو ارائه می دهیم.

برای این کار از مجموعه ابزارهای sg3-utils استفاده کردیم.

sg_inq /dev/sdb
استعلام استاندارد:
PQual=0 Device_type=0 RMB=0 نسخه=0x05
NormACA=0 HiSUP=0 Resp_data_format=2
SCCS=0 ACC=0 TPGS=0 3PC=0 Protect=0 BQue=0
EncServ=0 MultiP=0 Adr16=0
WBus16=0 Sync=0 Linked=0 CmdQue=0
length=96 (0x60) نوع دستگاه جانبی: دیسک
شناسه فروشنده: ATA
شناسه محصول: ST8000AS0002-1NA
سطح بازبینی محصول: AR13
شماره سریال واحد: Z84011LQ

در صفحه 83 VPD است.

sg_inq /dev/sdb -p 0x83
VPD پرس و جو: صفحه شناسایی دستگاه
توصیف کننده شماره 1، طول توصیفگر: 24
designator_type: فروشنده خاص، code_set: ASCII

فروشنده خاص: Z84011LQ
توصیف کننده شماره 2، طول توصیفگر: 72
designator_type: شناسه فروشنده T10، code_set: ASCII
مرتبط با واحد منطقی آدرس دهی شده است
شناسه فروشنده: ATA
فروشنده خاص: ST8000AS0002-1NA17Z Z84011LQ

چیز خاصی ندیدیم تلاش برای خواندن اطلاعات منطقه شکست خورده است.

RAIDIX برای سیستم های ذخیره سازی که در صنایع مختلف کار می کنند نرم افزار می سازد و ما سعی کردیم از معیارهای تخصصی یا پولی استفاده نکنیم.

ما با بررسی عملکرد جریان دیسک ها در تراک های داخلی و خارجی شروع می کنیم. نتایج آزمایش حداکثر عملکرد مورد انتظار دستگاه را نشان می دهد و در درجه اول با کارهایی مانند بایگانی داده ها سازگار است.

تنظیمات زیرسیستم بلوک را لمس نکردیم. ما آزمایش را با نوشتن داده ها بر روی دیسک در بلوک های 1 مگابایتی انجام می دهیم. برای این کار از بنچمارک fio v.2.1.11 استفاده می کنیم.

کارها تنها به دلیل افست آنها از ابتدای دستگاه با یکدیگر تفاوت دارند و یکی پس از دیگری راه اندازی می شوند. libaio به عنوان کتابخانه I/O انتخاب شده است.

نتایج خوب به نظر می رسند:

عملکرد در مسیرهای خارجی و داخلی تقریباً 2 برابر متفاوت است.
ما شاهد افت عملکرد متناوب هستیم. آنها برای بایگانی حیاتی نیستند، اما می توانند برای کارهای دیگر مشکل ساز باشند. با عملکرد صحیح حافظه پنهان Writ-back سیستم ذخیره سازی، فرض می کنیم که چنین وضعیتی را مشاهده نخواهیم کرد. ما تجربه مشابهی داشتیم، ایجاد یک آرایه RAID 0 از هر دو درایو، اختصاص 2 گیگابایت حافظه رم به هر درایو، و شاهد کاهش عملکرد نبودیم.

هنگام خواندن شکست ها قابل مشاهده نیستند. و آزمایش های بعدی نشان خواهد داد که دیسک های SMR از نظر عملکرد با دیسک های معمولی در عملیات خواندن تفاوتی ندارند.

اکنون تست های جالب تری را انجام خواهیم داد. بیایید 10 رشته را با افست های مختلف به طور همزمان اجرا کنیم. ما این کار را انجام می دهیم تا صحت بافر را بررسی کنیم و ببینیم که دیسک ها در دوربین مدار بسته، ویدئو Ingest و کارهای مشابه چگونه کار می کنند.
نمودارها کل بهره وری را برای همه مشاغل نشان می دهد:

دیسک بار را به خوبی تحمل کرد!

عملکرد در 90 مگابایت بر ثانیه باقی می ماند، به طور مساوی در سراسر رشته ها توزیع می شود و هیچ افت عمده ای وجود ندارد. برنامه خواندن کاملاً مشابه است، فقط 20 مگابایت افزایش یافته است. برای ذخیره و توزیع محتوای ویدیویی، تبادل فایل های حجیم، عملکرد مناسبی است و عملاً با عملکرد دیسک های معمولی تفاوتی ندارد.

همانطور که انتظار می رفت، دیسک ها در خواندن و نوشتن استریم عملکرد خوبی داشتند و چند رشته ای برای ما شگفتی خوشایندی بود.

بیایید به سمت خواندن و نوشتن «تصادفی» برویم. بیایید ببینیم که دیسک‌ها در کارهای کلاسیک سازمانی چگونه رفتار می‌کنند: ذخیره فایل‌های DBMS، مجازی‌سازی، و غیره. علاوه بر این، کار مکرر با ابرداده‌ها و، به‌عنوان مثال، حذف مجدد فعال در یک آرایه در عملیات «تصادفی» قرار می‌گیرند.

ما در بلوک های 16 کیلوبایتی در حال آزمایش هستیم و هنوز هم درست است.
در آزمون، چندین کار با عمق صف های مختلف راه اندازی کردیم، اما نتایج کامل را نمی دهیم. فقط شروع آزمون نشان دهنده است.

در 70.5 ثانیه اول شاهد 2500 IOs غیرواقعی برای هارد دیسک هستیم. این باعث شکست های مکرر می شود. ظاهراً در این لحظه، بافر نوشته شده و به صورت دوره ای تنظیم مجدد می شود. سپس یک افت شدید به 3 IOps وجود دارد که تا پایان آزمایش ادامه دارد.

اگر چند دقیقه صبر کنید، پس از تنظیم مجدد حافظه پنهان، وضعیت دوباره تکرار می شود.

می توان انتظار داشت که با تعداد کمی از عملیات تصادفی، دیسک به خوبی رفتار کند. اما اگر انتظار بارگذاری شدید روی دستگاه را داریم، بهتر است از استفاده از دیسک های SMR خودداری کنیم. RAIDIX توصیه می‌کند در صورت امکان، تمام کارهای ابرداده را به دستگاه‌های خارجی منتقل کنید.

در مورد خواندن تصادفی چطور؟
در این تست، زمان پاسخگویی را به 50 میلی‌ثانیه محدود کردیم. دستگاه های ما به خوبی کار می کنند.

خوانش در محدوده 144-165 IOP است. خود اعداد بد نیستند، اما گسترش 20 IOP کمی ترسناک است. روی خط آخر تمرکز کنید. نتیجه بد نیست، در سطح دیسک های کلاسیک.

بیایید کمی رویکردمان را تغییر دهیم. بیایید نگاهی دیگر به کار با تعداد زیادی فایل بیندازیم.
ابزار فریم تست از SGI به ما در این امر کمک می کند. این معیار برای آزمایش عملکرد سیستم ذخیره سازی شما هنگام ویرایش ویدیوی فشرده نشده طراحی شده است. هر فریم یک فایل جداگانه است.

ما یک فایل سیستم xfs ایجاد کرده ایم و آن را با گزینه های زیر نصب کرده ایم:
-o noatime,nodiratime,logbufs=8,logbsize=256k,largeio,inode64,swalloc,allocsize=131072k,nobarrier

فریم تست را با پارامترهای زیر اجرا کنید:

./frametest -w hd -n 2000 /test1/

معیار 2000 فایل 8 مگابایتی ایجاد می کند.

شروع آزمون به خوبی پیش می رود:

جزئیات متوسط:

1 ثانیه آخر: 0.028ms 79.40ms 79.43ms 100.37MB/s 12.6fps
5s: 0.156ms 83.37ms 83.53ms 95.44MB/s 12.0fps

اما پس از ضبط 1500 فریم، وضعیت به طور قابل توجهی بدتر می شود:

جزئیات متوسط:
I/O Frame Data Rate Frame Rate را باز کنید
آخرین ثانیه ها: 0.035ms 121.88ms 121.92ms 65.39MB/s 8.2fps
5s: 0.036ms 120.78ms 120.83ms 65.98MB/s 8.3fps

جزئیات متوسط:
I/O Frame Data Rate Frame Rate را باز کنید
1 ثانیه آخر: 0.036ms 438.90ms 438.94ms 18.16MB/s 2.3fps
5s: 0.035ms 393.50ms 393.55ms 20.26MB/s 2.5fps

بیایید یک تست خواندن انجام دهیم:

./frametest -r hd -n 2000 /test1/

در طول آزمون، عملکرد عالی است:

جزئیات متوسط:
آخرین 1 ثانیه: 0.004ms 41.09ms 41.10ms 193.98MB/s 24.3fps
5s: 0.004ms 41.09ms 41.10ms 193.98MB/s 24.3fps

در حال حاضر، کار روی سیستم های فایل تخصصی دیسک های SMR در حال انجام است.
سیگیت در حال توسعه یک SMR_FS-EXT4 مبتنی بر ext4 است. امکان یافتن چندین سیستم فایل با ساختار گزارشی وجود دارد که به طور خاص برای درایوهای SMR مدیریت شده با دستگاه طراحی شده اند، اما هیچ یک از آنها را نمی توان محصولی بالغ و توصیه شده برای پیاده سازی نامید. سیگیت همچنین در حال توسعه یک نسخه Host Aware از درایو SMR است که باید قبل از پایان سال تکمیل شود.

از نتایج اندازه گیری عملکرد چه نتیجه ای می توانیم بگیریم؟
دستگاه های مدیریت شده با دستگاه را می توان با خیال راحت برای کارهایی که در ضبط فشرده تفاوتی ندارند استفاده کرد. آنها به خوبی با وظایف ضبط تک رشته ای و چند رشته ای کنار می آیند. آنها برای خواندن داده ها عالی هستند. درخواست‌های دوره‌ای «تصادفی» دیسک برای به‌روزرسانی ابرداده توسط یک حافظه پنهان بزرگ مصرف می‌شود.

برای حل مشکلاتی که با ضبط فشرده "تصادفی" یا به روز رسانی تعداد زیادی فایل مشخص می شود، چنین دستگاه هایی حداقل بدون استفاده از ابزار فنی اضافی بسیار مناسب نیستند.

پارامتر MTBF درایوهای آزمایش شده 800000 ساعت است که 1.5 برابر کمتر از درایوهای NAS است. حجم زیاد دیسک ها به طور قابل توجهی زمان بازیابی را افزایش می دهد و اسکن رسانه های معمولی را تقریبا غیرممکن می کند. توصیه می‌کنیم هنگام طراحی فضای ذخیره‌سازی با چنین درایوهایی، به RAID با برابری بیشتر از 2 و/یا رویکردهایی که زمان بازسازی را کاهش می‌دهند (مثلاً Parity Declustering) تکیه کنید.

فناوری ضبط مغناطیسی شینگلد (SMR) که توسط متخصصان سیگیت توسعه یافته است، به زودی به دلیل چیدمان مسیر جدید، تراکم داده ها را در صفحات هارد دیسک تا 25 درصد افزایش می دهد. سال آینده تولید انبوه هارد دیسک های 3.5 اینچی با ظرفیت 5 ترابایت راه اندازی می شود و تا سال 2020 حداکثر حجم این گونه هاردها به 20 ترابایت خواهد رسید.

انفجار اطلاعات

به گفته کارشناسان، جمعیت حدود 7 میلیارد نفری جهان در حال حاضر سالانه در مجموع 2.7 زتابایت داده تولید می کند. و نیازی نیست که متخصص فناوری اطلاعات باشید تا بفهمید که این رقم تنها با هر سال بعد افزایش می یابد. یکی از عوامل موثر در این امر افزایش پهنای باند کانال های مورد استفاده برای اتصال به اینترنت هم از طریق خطوط ثابت و هم از طریق مناطق دسترسی بی سیم عمومی و شبکه های سلولی است. سال به سال، میزان داده ها (و مهمتر از همه، فایل های رسانه ای) که در فضای ذخیره سازی ابری آپلود می شوند و همچنین در هارد دیسک های رایانه های شخصی خانگی و درایوهای NAS ذخیره می شوند، در حال افزایش است. و این کاملا طبیعی است. ابتدا وضوح دوربین های عکاسی و فیلمبرداری خانگی افزایش می یابد و در نتیجه حجم تصاویر ذخیره شده و فیلم های ضبط شده با همان تعداد عکس و زمان فیلمبرداری افزایش می یابد. ثانیاً، به دلیل افزایش پهنای باند کانال های دسترسی به اینترنت، امکان پخش محتوای رسانه ای با کیفیت بسیار بالاتر فراهم شده است. به طور طبیعی، ویدیوهای با کیفیت بالا (به ویژه در قالب استریوسکوپی) به فضای ذخیره سازی بسیار بیشتری نسبت به فایل های با کیفیت استاندارد نیاز دارند.

یک عامل جدی که بار اضافی را بر روی سیستم های ذخیره سازی داده ایجاد می کند، رشد سریع ناوگان دستگاه های تلفن همراه - در درجه اول گوشی های هوشمند و رایانه های لوحی است. از آنجایی که چنین ابزارهایی، به عنوان یک قاعده، به مقدار نسبتا کمی حافظه داخلی مجهز هستند، صاحبان آنها اغلب نیاز به استفاده از درایوهای خارجی برای ذخیره محتوای رسانه ای خود تولید شده و دانلود شده خارجی دارند.

به گفته جان رایدنینگ، معاون تحقیقات بازار برای هارد دیسک در شرکت تحقیقات بازار IDC، صنعت هارد دیسک در حال حاضر دوره رشد قابل توجهی را تجربه می کند. ظرفیت کل درایوهای عرضه شده بر حسب پتابایت اندازه گیری می شود و افزایش سالانه این شاخص حدود 30 درصد است. با این حال، در همان زمان، توسعه دهندگان موفق می شوند چگالی ویژه ضبط مغناطیسی را کمتر از 20٪ در سال افزایش دهند.

بنابراین، با وجود پیشرفت مداوم فناوری‌های مورد استفاده در هارد دیسک‌ها، سازندگان این قطعات با نیازهای بازار که به سرعت در حال رشد هستند، سازگاری ندارند. با این حال، به سختی می توان توسعه دهندگان را در این مورد سرزنش کرد، که در حال حاضر خستگی ناپذیر به دنبال راه های جدیدتر برای افزایش تراکم ضبط مغناطیسی هستند.

به عنوان مثال، سیگیت اولین شرکتی بود که در سال 2007 فناوری ضبط مغناطیسی عمودی (PMR) را در هارد دیسک های تجاری معرفی کرد. با توجه به جهت گیری حوزه های مغناطیسی نه موازی با صفحه دیسک، بلکه عمود بر آن، امکان کاهش اندازه مسیر و در نتیجه افزایش ظرفیت یک صفحه تا 250 گیگابایت وجود داشت.

پنج سال بعد، به لطف توسعه سیستماتیک این فناوری، امکان افزایش چگالی ویژه ضبط مغناطیسی تا چهار برابر و قرار دادن 1 ترابایت داده در یک صفحه فراهم شد. این دستاورد منجر به تولید انبوه هارد دیسک های 3.5 اینچی با ظرفیت 4 ترابایت شد. با این حال، در شرایط فعلی، این دیگر کافی نیست.

یکی از راه‌های پر کردن شکاف بین تقاضای کاربر و عملکرد هارد دیسک، معرفی فناوری ضبط مغناطیسی شینگل (SMR) است که توسط سیگیت توسعه یافته است. بیایید ببینیم ماهیت این راه حل چیست.

اصل زونا

اکثر خوانندگان احتمالاً می دانند که داده های روی سطح صفحات دیسک سخت بر روی به اصطلاح آهنگ ها ثبت می شوند که می توانند به عنوان مجموعه ای از دایره های متحدالمرکز ساده شوند (شکل 1). هرچه عرض مسیرها و فواصل بین آنها کمتر باشد، چگالی ضبط خاص و در نتیجه ظرفیت درایو با ضریب شکل و تعداد پلاترهای مشابه بیشتر است.

برنج. 1. طرح بندی آهنگ
روی سطح صفحه مغناطیسی

با روش سنتی ضبط مغناطیسی، حداقل عرض مسیر توسط ابعاد فیزیکی عنصر ضبط سر هارد دیسک تعیین می شود (شکل 2). تا به امروز، حد کوچک سازی عناصر سر مغناطیسی قبلاً رسیده است و کاهش بیشتر اندازه آنها با استفاده از فناوری های موجود غیرممکن است.

برنج. 2. با طرح سنتی مسیرها، حداقل عرض آنها
محدود به اندازه عنصر ضبط سر مغناطیسی درایو

فن آوری SMR اجازه می دهد تا از این محدودیت عبور کرده و چگالی ضبط خاص را به دلیل آرایش متراکم تر مسیرها افزایش دهد، که تا حدی مانند عناصر سقف کاشی کاری شده بر روی دیگری قرار گرفته اند (شکل 3). همانطور که داده‌های جدید نوشته می‌شوند، آهنگ‌هایی که داده‌های قبلاً ذخیره شده‌اند قطع می‌شوند انگار. از آنجایی که عرض عنصر خواندن سر مغناطیسی کمتر از عرض عنصر ضبط است، تمام داده های روی صفحه همچنان می توانند از مسیرهای بریده شده بدون به خطر افتادن یکپارچگی و ایمنی این اطلاعات خوانده شوند.

برنج. 3. هنگام استفاده از فناوری SMR، آهنگ‌ها دقیق‌تر مرتب می‌شوند.
همپوشانی با یکدیگر

در حالی که همه چیز ساده و واضح است. با این حال، اگر شما نیاز به نوشتن داده های جدید روی داده های موجود دارید، مشکلی پیش می آید. پس از همه، در این مورد، شما باید نه تنها این قطعه را مستقیماً بنویسید، بلکه بلوک های داده را در مسیرهای زیر نیز بازنویسی کنید. از آنجایی که عنصر ضبط سر مغناطیسی وسیع‌تر از عنصر خواندن است، فرآیند بازنویسی داده‌هایی را که قبلاً در نواحی مجاور مسیرهای مجاور ذخیره شده بودند، از بین می‌برد (شکل 4). بنابراین، برای اطمینان از یکپارچگی اطلاعات ثبت شده قبلی، این بلوک ها باید ابتدا بافر شوند و سپس به مسیر مناسب بازگردانده شوند. علاوه بر این، این عملیات باید به طور متوالی برای تمام مسیرهای بعدی تکرار شود - تا زمانی که به مرز ناحیه کار صفحه مغناطیسی برسد.

برنج. 4. در فرآیند بازنویسی داده ها بر روی یک
از مسیرها، بخشی از مسیر مجاور تحت تأثیر قرار می گیرد

با در نظر گرفتن این ویژگی، مسیرهای موجود در هارد دیسک‌های دارای فناوری SMR به گروه‌های کوچک تقسیم می‌شوند - به اصطلاح پکیج‌ها (شکل 5). این رویکرد کنترل منعطف تری را بر فرآیند افزودن و بازنویسی داده ها فراهم می کند و مهمتر از همه، به شما امکان می دهد تعداد چرخه های اضافی رونویسی را کاهش دهید و در نتیجه عملکرد درایو را افزایش دهید. حتی اگر بسته از قبل پر شده باشد، هنگام جایگزینی یک بلوک داده در آن، لازم است بخش هایی از تعداد محدودی از آهنگ ها (تا مرز این بسته) بازنویسی شود.

برنج. 5. چیدمان آهنگ های موجود در بسته

ساختار بسته های درایو ممکن است بسته به محدوده یک مدل خاص متفاوت باشد. بنابراین، برای هر خانواده از هارد دیسک ها، می توانید یک ساختار بسته منحصر به فرد ایجاد کنید که برای استفاده خاص از این درایوها بهینه شده است.

ذکر این نکته ضروری است که معرفی فناوری SMR نیازی به تغییرات قابل توجهی در طراحی هدهای مغناطیسی و بازسازی فرآیند تولید این قطعات ندارد. این امر هزینه درایوهای جدید را در همان سطح نگه می دارد و به دلیل ظرفیت بالاتر، شاخص های جذاب تری برای هزینه واحد ذخیره سازی داده ها به دست می آید.

نتیجه

بنابراین، فناوری SMR راه حل بسیار موثری است که به شما امکان می دهد نیاز روزافزون به افزایش حداکثر ظرفیت هارد دیسک ها را در زمان کوتاه و با حداقل هزینه برآورده کنید. در مرحله اول اجرای فناوری SMR، تراکم ضبط داده ها را 25 درصد افزایش می دهد - از 1 به 1.25 ترابایت در هر صفحه 3.5 اینچی. بدین ترتیب در سال آینده امکان تولید هارد دیسک با ظرفیت 5 ترابایت فراهم می شود.

توجه به این نکته ضروری است که در مورد معرفی فناوری SMR، افزایش ظرفیت درایوها بدون افزایش تعداد هدهای مغناطیسی و/یا صفحات هارد دیسک حاصل می شود. بنابراین، هارد دیسک های جدید با ظرفیت بالاتر به اندازه مدل های قبلی تولید شده با همان فرم فاکتور قابل اعتماد خواهند بود. علاوه بر این، همانطور که در بالا ذکر شد، معرفی فناوری SMR نیازی به تغییرات قابل توجهی در طراحی هارد دیسک ندارد. این به ویژه امکان استفاده از همان سرها و صفحات مغناطیسی نصب شده در مدل های فعلی را فراهم می کند.

یکی دیگر از مزایای SMR قابلیت ترکیب این محلول با فناوری های مختلف ضبط مغناطیسی است. در حال حاضر، از آن در دیسک‌های سخت با ضبط مغناطیسی عمود بر هم استفاده می‌شود، اما در آینده می‌توان از آن در ترکیب با راه‌حل‌های دیگر استفاده کرد که امکان دستیابی به تراکم ضبط خاص حتی بالاتر را فراهم می‌کند.

مقاله بر اساس مواد سیگیت

دنیای اطراف ما در حال تبدیل شدن به سیار بیشتر است و مردم به ظرفیت بیشتر و بیشتری در دستگاه هایی نیاز دارند که با آن اطلاعات دیجیتال را ایجاد و استفاده می کنند. تحلیلگران سیگیت پیش‌بینی می‌کنند که تا سال 2015، تعداد خانواده‌هایی که حداقل 1 ترابایت داده در ماه تولید می‌کنند - ویدئو، عکس، موسیقی، و غیره ضبط شده و مشاهده شده، 20 برابر افزایش خواهد یافت.

زمانی سیگیت یکی از اولین کسانی بود که دیسکی را معرفی کرد که از فناوری ضبط عمود بر هم پشتیبانی می کرد. به لطف این فناوری، تا سال 2007، این شرکت توانست پلاترهای دیسکی را با ظرفیت تا 250 گیگابایت (سری ®) توسعه دهد. پنج سال بعد، همین فناوری امکان قرار دادن رکورد تعداد آهنگ در هر اینچ را بر روی دیسک و افزایش تراکم ضبط به 1 ترابایت در هر بشقاب ممکن کرد. اما حتی این ظرفیت استثنایی (1 ترابایت در هر بشقاب، در مجموع 4 ترابایت در هر دیسک) در حال حاضر توسط کاربران مدرن ناکافی در نظر گرفته شده است.

آشنایی با فناوری Seagate SMR
فناوری ضبط مغناطیسی شینگل سیگیت (SMR) سطح جدیدی از چگالی ضبط است که با افزایش تعداد آهنگ ها در هر اینچ در هر بشقاب، ظرفیت دیسک را تا 25 درصد افزایش می دهد.

با فن آوری های سنتی، عرض مسیرها و فاصله بین آنها با اندازه عناصر خواندن و نوشتن روی سر دیسک تعیین می شود (شکل 1).

برنج. 1. روش سنتی تقسیم مسیرها.

از نظر فن آوری، خواندن و نوشتن عناصر در هارد دیسک های مدرن مبتنی بر ضبط مغناطیسی عمود بر قابلیت های خود به مرز خود رسیده است. در چارچوب فن آوری های موجود، کاهش بیشتر در اندازه این عناصر و آهنگ هایی که بر روی آنها می خوانند و می نویسند غیرممکن است.

فناوری SMR به شما امکان می دهد با کاهش فاصله بین آهنگ ها، تراکم ضبط را افزایش دهید. آهنگ‌ها مانند کاشی‌های روی سقف روی هم چیده می‌شوند و اجازه می‌دهند داده‌های بیشتری در همان فضا ثبت شوند. وقتی داده‌های جدید نوشته می‌شوند، آهنگ‌ها با هم همپوشانی دارند یا «قطع» می‌شوند. با توجه به اینکه عنصر خوانده شده در هد دیسک کوچکتر از عنصر نوشتن است، می تواند داده ها را حتی از یک مسیر کوتاه شده بدون نقض یکپارچگی و قابلیت اطمینان آنها بخواند. علاوه بر این، با ضبط مغناطیسی کاشی‌شده، می‌توان از انواع سنتی عناصر خواندن و نوشتن استفاده کرد. به همین دلیل، تولید یک محصول جدید نیاز به سرمایه گذاری قابل توجهی نخواهد داشت، به این معنی که نیازی به افزایش قیمت هارد دیسک هایی که از فناوری جدید پشتیبانی می کنند وجود ندارد.

برنج. 2. جداسازی مسیرها با استفاده از فناوری SMR

با این حال، مشکل زیر با فناوری SMR مرتبط است: اگر نیاز به بازنویسی یا به روز رسانی بخشی از اطلاعات دارید، باید نه تنها قطعه مورد نیاز، بلکه داده ها را در مسیرهای بعدی نیز بازنویسی کنید. از آنجایی که عنصر ضبط از ناحیه غیر همپوشانی مسیر گسترده تر است، آن را تصرف می کندهمچنین داده های موجود در مسیرهای مجاور، به این معنی که بعداً باید آنها را بازنویسی کنید (شکل 3). بنابراین، هنگام تغییر داده‌ها در مسیر پایین، باید داده‌ها را در نزدیک‌ترین مسیر همپوشانی، سپس در مسیر بعدی و به همین ترتیب، تا زمانی که کل صفحه بازنویسی شود، تصحیح کنید.

برنج. 3. عنصر ضبط با آهنگ های همپوشانی همپوشانی دارد

به همین دلیل، آهنگ های روی یک دیسک SMR در گروه های کوچکی به نام نوار گروه بندی می شوند. به ترتیب، فقط آهنگ های درون یک نوار روی یکدیگر قرار می گیرند (شکل 4). به لطف این گروه بندی، اگر برخی از داده ها به روز شوند، نه کل صفحه باید بازنویسی شود، بلکه فقط تعداد محدودی از آهنگ ها باید بازنویسی شود که این روند را بسیار ساده و سرعت می بخشد.

برنج. 4. ساختار نوار روی دیسک SMR

برای هر نوع دیسک، معماری نوار مخصوص به خود با در نظر گرفتن دامنه کاربرد آن توسعه داده شده است. هر خط تولید سیگیت برای یک کاربرد و محیط خاص طراحی شده است و فناوری SMR به شما کمک می کند بهترین نتیجه را از آن استفاده به دست آورید.

جمع بندی
Seagate SMR یک فناوری کارآمد برای پاسخگویی به تقاضای روزافزون برای ظرفیت اضافی است. فناوری SMR در حال حاضر به طور فعال در حال بهبود است و در ترکیب با روش‌های نوآورانه دیگر، می‌توان از آن برای افزایش تراکم ضبط در هارد دیسک‌های نسل بعدی استفاده کرد.

سیگیت و شرکا به آزمایش و بهبود روش ضبط مغناطیسی کاشی‌شده ادامه می‌دهند تا از مزایای آن برای انواع مختلف درایوها استفاده کامل کنند. کارشناسان Seagate در حال حاضر اعضای گروه های کاری را برای استانداردسازی بهترین راه ها برای استفاده از فناوری SMR رهبری می کنند.

در سال 2014، سیگیت توسعه نوآورانه بعدی خود را معرفی کرد - اولین در جهان، که به لطف آن ظرفیت آنها در نسل اول 25٪ بیشتر از ظرفیت راه حل های سنتی است. معرفی فناوری SMR به توسعه دهندگان سیگیت این امکان را می دهد که معماری درایوهای موجود را بهبود بخشند و کسب آنها را از نقطه نظر اقتصادی سودآورتر می کند.

1 تحقیقات بازار سیگیت اوت 2013

امروزه بسیاری بر این باورند که هاردهای مغناطیسی بسیار کند، غیرقابل اعتماد و از نظر فنی قدیمی هستند. در عین حال، درایوهای حالت جامد، برعکس، در اوج شکوه خود هستند: هر دستگاه تلفن همراه دارای یک رسانه ذخیره سازی مبتنی بر حافظه فلش است، و حتی رایانه های شخصی رومیزی از چنین درایوهایی استفاده می کنند. با این حال، چشم انداز آنها بسیار محدود است. طبق پیش بینی CHIP، SSD ها کمی بیشتر قیمت خواهند داشت، تراکم داده و در نتیجه ظرفیت درایو احتمالا دو برابر خواهد شد و سپس پایان کار فرا خواهد رسید. SSD های 1 ترابایتی همیشه بسیار گران خواهند بود. در پس زمینه آنها، دیسک های مغناطیسی سخت با ظرفیت یکسان بسیار جذاب به نظر می رسند، بنابراین هنوز زود است که در مورد افول دوران درایوهای سنتی صحبت کنیم. اما امروز آنها بر سر دوراهی قرار دارند. پتانسیل فناوری فعلی، روش ضبط عمودی، امکان دو چرخه سالانه دیگر را فراهم می کند که طی آن مدل های جدید با ظرفیت بالاتر منتشر می شوند و سپس به حد مجاز می رسند.

اگر سه سازنده بزرگ - سیگیت، وسترن دیجیتال و توشیبا - بتوانند به یکی از فناوری‌های جدید ارائه شده در این مقاله انتقال یابند، هارد دیسک‌های 3.5 اینچی 60 ترابایت یا بالاتر (که 20 برابر بزرگ‌تر از مدل‌های فعلی است) متوقف می‌شوند. یک لوکس دست نیافتنی باشد در همان زمان، سرعت خواندن نیز افزایش می‌یابد و به سطح SSD می‌رسد، زیرا مستقیماً به چگالی داده‌های نوشته شده بستگی دارد: هرچه فاصله‌ای که هد خواندن باید بپوشاند کمتر است، دیسک سریع‌تر کار می‌کند. بنابراین، اگر "گرسنگی اطلاعاتی" ما همچنان به رشد خود ادامه دهد، همه "لورها" به سمت دیسک های مغناطیسی سخت خواهند رفت.

روش ثبت عمودی

مدتی است که هارد دیسک ها از روش ضبط عمودی (در دامنه های مرتب شده به صورت عمودی) استفاده می کنند که تراکم داده بالاتری را ارائه می دهد. در حال حاضر عادی است. فناوری های بعدی این روش را حفظ خواهند کرد.

6 ترابایت: تقریباً به حد مجاز رسیده است

در دو سال، دیسک هایی با روش ضبط عمود بر روی صفحه به حد تراکم داده ها می رسند.

در هارد دیسک های مدرن با ظرفیت حداکثر 4 ترابایت، چگالی ضبط صفحات مغناطیسی از 740 گیگابیت بر اینچ مربع تجاوز نمی کند. سازندگان قول می‌دهند که درایوهایی که از روش ضبط عمود بر هم استفاده می‌کنند، می‌توانند نشانگر ۱ ترابیت بر ثانیه در هر اینچ مربع را ارائه دهند. در دو سال آینده، آخرین نسل از چنین درایوهایی عرضه می شود: ظرفیت مدل های 3.5 اینچی به 6 ترابایت خواهد رسید و مدل های 2.5 اینچی می توانند کمی بیش از 2 ترابایت فضای دیسک را فراهم کنند. با این حال، چنین نرخ متوسطی از رشد در تراکم ثبت، دیگر با گرسنگی اطلاعاتی در حال افزایش ما، که در نمودارهای زیر نشان داده شده است، مطابقت ندارد.

مشکل انتخاب مواد

دیسک‌های سخت با روش ضبط عمودی قادر به پاسخگویی به نیازهای رو به رشد در زمینه ذخیره‌سازی اطلاعات نیستند، زیرا با تراکم ضبط کمی بیش از 1 ترابیت بر اینچ مربع، مجبور به مبارزه با اثر ابرپارامغناطیس هستند. این اصطلاح به این معنی است که ذرات با اندازه معینی از مواد مغناطیسی قادر به حفظ حالت مغناطیسی برای مدت طولانی نیستند که می تواند به طور ناگهانی تحت تأثیر گرمای محیط تغییر کند. اندازه ذرات که در آن این اثر رخ می دهد بستگی به ماده مورد استفاده دارد (جدول زیر را ببینید). صفحات HDD های مدرن با ضبط عمود از آلیاژ کبالت، کروم و پلاتین (CoCrPt) ساخته شده اند که قطر ذرات آن 8 نانومتر و طول آن 16 نانومتر است. برای ضبط یک بیت، هد باید حدود 20 ذره از این قبیل را مغناطیسی کند. با قطر 6 نانومتر و کمتر، ذرات این آلیاژ قادر به حفظ وضعیت میدان مغناطیسی خود نیستند.

در صنعت هارد دیسک صحبت های زیادی در مورد "تریلهما" وجود دارد. تولیدکنندگان می توانند از سه راه اصلی برای افزایش چگالی ضبط استفاده کنند: تغییر اندازه ذرات، تعداد آنها و نوع آلیاژی که از آن تشکیل شده اند. اما زمانی که اندازه ذرات آلیاژ CoCrPt از 6 نانومتر باشد، استفاده از یکی از روش ها منجر به این واقعیت می شود که دو روش دیگر بی فایده خواهند بود: اگر اندازه ذرات کاهش یابد، مغناطش خود را از دست می دهند. اگر تعداد آنها را در هر بیت کاهش دهید، سیگنال آنها در نویز محیط بیت های همسایه "حل می شود". سر خوانده نمی تواند تشخیص دهد که با یک "0" یا "1" سروکار دارد. آلیاژی با ویژگی های مغناطیسی بالاتر امکان استفاده از ذرات کوچکتر و همچنین کاهش تعداد آنها را فراهم می کند، اما در این حالت سر ضبط قادر به تغییر مغناطش آنها نیست. این سه راه تنها در صورتی قابل حل است که سازندگان روش ضبط عمود بر هم را کنار بگذارند. برای انجام این کار، چندین فناوری در حال حاضر آماده هستند.

تا 60 ترابایت: فناوری های جدید ضبط

تراکم ضبط HDD های آینده را می توان ده برابر افزایش داد - با کمک مایکروویو، لیزر، کنترلرهای SSD و آلیاژهای جدید.

امیدوار کننده ترین پیشرفتی که قادر به ارائه تراکم ضبط بیش از 1 ترابیت بر اینچ مربع است، فناوری ضبط مغناطیسی با همپوشانی جزئی آهنگ ها است (روش ضبط "کاشی" - Shingled Magnetic Recording، SMR). اصل آن این است که مسیرهای مغناطیسی یک دیسک SMR تا حدی همپوشانی دارند، مشابه کاشی های روی سقف. این فناوری بر دشواری ذاتی روش ضبط عمودی غلبه می کند: کاهش بیشتر در عرض مسیرها به ناچار منجر به عدم امکان ثبت داده ها می شود. دیسک های مدرن دارای مسیرهای جداگانه با عرض 50 تا 30 نانومتر هستند. حداقل عرض مسیر ممکن برای ضبط عمود بر 25 نانومتر است. در فناوری SMR، به دلیل همپوشانی جزئی، عرض مسیر برای هد خواندن می‌تواند تا 10 نانومتر باشد که مربوط به تراکم ضبط 2.5 ترابیت بر ثانیه در هر اینچ مربع است. ترفند این است که عرض مسیرهای ضبط را به 70 نانومتر افزایش دهید، در حالی که اطمینان حاصل کنید که لبه آهنگ 100٪ قابل مغناطیسی است. اگر آهنگ بعدی را با افست 10 نانومتری بنویسید، لبه آهنگ تغییر نخواهد کرد. علاوه بر این، سر ضبط مجهز به یک سپر محافظ است تا از آسیب میدان مغناطیسی قوی به داده های زیر آن جلوگیری کند. در مورد سر، آن قبلا توسعه یافته است
توسط هیتاچی با این حال، مشکل دیگری وجود دارد: معمولاً روی یک دیسک مغناطیسی بازنویسی مستقیم جداگانه بیت ها انجام می شود و در چارچوب فناوری SMR این فقط در بالاترین مسیر صفحه امکان پذیر است. برای تغییر بیت های واقع در مسیر پایین، باید کل صفحه را بازنویسی کنید، که عملکرد را کاهش می دهد.

جانشین امیدوار: HAMR

در همین حال، سازمان بین المللی دیسک درایوها، مواد و تجهیزات IDEMA ضبط مغناطیسی به کمک گرما (HAMR، ضبط مغناطیسی به کمک گرما) را ترجیح می دهد و آن را محتمل ترین رقیب برای نقش جانشین فناوری ضبط عمود بر هم می داند. مارک گوینن از هیئت مدیره IDEMA پیش بینی می کند که اولین دیسک های HAMR در سال 2015 به فروش می رسد.
برخلاف SMR، فناوری HAMR با کاهش ذرات مغناطیسی مشکل سه گانه را حل می کند و این نیاز به انتقال به یک ماده جدید دارد. برای دیسک های HAMR، لازم است از ماده ای با انرژی ناهمسانگرد بالاتر استفاده شود - امیدوارکننده ترین آنها یک آلیاژ آهن و پلاتین (FePt) است. ناهمسانگردی تعیین می کند که چه مقدار انرژی برای مغناطیس زدایی یک ماده مورد نیاز است. در FePt آنقدر زیاد است که فقط ذرات 2.5 نانومتری با محدودیت سوپرپارامغناطیس مواجه می شوند (جدول در بخش بعدی را ببینید). این شرایط امکان تولید دیسک های سخت با ظرفیت 30 ترابایت با تراکم ضبط 5 ترابیت بر اینچ مربع را فراهم می کند.

مشکل این است که خود سر نوشتن قادر به تغییر جهت مغناطیسی ذرات آلیاژ FePt نیست. بنابراین در دیسک‌های HAMR یک لیزر در آن تعبیه شده است که ذرات را به‌صورت لحظه‌ای در ناحیه‌ای به اندازه چند نانومتر تا دمای حدود ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند. در نتیجه، هد ضبط برای تغییر میدان مغناطیسی ذرات، به توان کمتری نیاز دارد. بر اساس مقادیر چگالی نوشتن، درایوهای ضبط مغناطیسی با کمک حرارتی می توانند سرعت خواندن بالایی داشته باشند (حدود 400-500 مگابایت بر ثانیه)، که امروزه فقط برای SSD های SATA 3 قابل دستیابی است.

علاوه بر لیزر، نوسانگر گشتاور چرخشی که امواج مایکروویو را ساطع می کند، قابلیت ضبط بر روی صفحات آلیاژی FePt را نیز دارد. مایکروویوها ویژگی های میدان مغناطیسی ذرات را به گونه ای تغییر می دهند که یک سر ضبط ضعیف به راحتی آنها را دوباره مغناطیس می کند. به طور کلی ژنراتور بازده هد ضبط را سه برابر افزایش می دهد. فناوری ضبط مغناطیسی مایکروویو (ضبط مغناطیسی با کمک مایکروویو، MAMR)، بر خلاف HAMR، هنوز در حال توسعه است.

آلیاژ فلزی جدید برای دیسک های ضبط مغناطیسی ماساژ دهنده حرارتی

آلیاژ FePt در دیسک HAMR دارای انرژی ناهمسانگرد بالاتر و توانایی مغناطیسی بالاتر است. در مقایسه با روش ثبت عمود بر هم می توان از ذرات کوچکتر در اینجا استفاده کرد.

بعد از HAMR چه اتفاقی می افتد؟

فناوری رسانه‌های الگوی بیت (BPM) مدت‌هاست که امیدوارکننده‌ترین فناوری محسوب می‌شود. این یک راه حل متفاوت برای سه راه ارائه می دهد: در این مورد، ذرات مغناطیسی توسط یک لایه عایق اکسید سیلیکون از یکدیگر جدا می شوند. بر خلاف دیسک های مغناطیسی سنتی، مناطق قابل مغناطیسی با استفاده از لیتوگرافی اعمال می شوند، مانند تولید تراشه. این امر تولید رسانه های BPM را بسیار گران می کند. BPM به شما امکان می دهد تعداد ذرات در هر بیت را کاهش دهید و در عین حال از تأثیر نویز ذرات همسایه بر سیگنال جلوگیری کنید. تنها مشکل امروز ایجاد یک هد خواندن/نوشتن است که می تواند کنترل دقیق بیت های BPM را فراهم کند. بنابراین، BPM در حال حاضر به عنوان محتمل ترین جانشین HAMR در نظر گرفته می شود. اگر هر دو فناوری را ترکیب کنید، می توانید به تراکم ضبط 10 ترابیت بر اینچ مربع دست پیدا کنید و دیسک هایی با ظرفیت 60 ترابایت تولید کنید.

موضوع جدید تحقیق، فناوری ضبط مغناطیسی دو بعدی (ضبط مغناطیسی دو بعدی، TDMR) است که با حذف مشکل مربوط به نسبت سیگنال به نویز، مشکل سه گانه را حل می کند. با تعداد کمی ذرات در هر بیت، هد خوانده شده یک سیگنال فازی دریافت می کند، زیرا قدرت کمی دارد و در نویز ذرات همسایه گم می شود. یکی از ویژگی های فناوری TDMR توانایی بازیابی سیگنال از دست رفته است. برای این کار نیاز به چاپ های متعدد سرخوان یا چاپ هدهای خواندنی متعددی است که تصویری دو بعدی از سطح را تشکیل می دهند. بر اساس این تصاویر، رمزگشا بیت های مربوطه را بازیابی می کند.