Seagate Technology aloitti shingled magnetic record (SMR) -kiintolevyjen toimituksen noin kaksi vuotta sitten. Tänä aikana yhtiö on myynyt noin neljä miljoonaa kelvollista asemaa, mikä on vajaa prosentti kaikista yhtiön tänä aikana toimitetuista kiintolevyistä. Siitä huolimatta Seagate suhtautuu myönteisesti näihin laitteisiin ja sillä on suuria toiveita SMR:stä.

Magneettisen tallennuksen laatoitettu tekniikka lisää levyjen tallennustiheyttä noin 25 % johtuen raitojen osittaisesta päällekkäisyydestä toistensa kanssa. Päällekkäiset raidat hidastavat tallennusprosessia, koska yhden raidan nauhoituksen aikana joudut ylikirjoittamaan lähellä olevien raitojen sisällöt (tarkemmin sanottuna samassa raitaryhmässä nimeltä bändi). SMR-kiintolevyjen hitaiden kirjoitusnopeuksien kompensoimiseksi asemien valmistajien on luotava erityinen laiteohjelmisto, joka optimoi peräkkäiset kirjoitustoiminnot. Vaihtoehtoisesti kiintolevyjä käyttävien käyttöjärjestelmän ja/tai sovellusten on ymmärrettävä, että ne käsittelevät SMR-kiintolevyä, ja suoritettava vain peräkkäisiä kirjoitustoimintoja tietyillä kiintolevyn alueilla.

Joka tapauksessa laatoitettua kirjoitustekniikkaa käyttävät kiintolevyt ovat hitaampia kuin kohtisuoraa kirjoitustekniikkaa käyttävät kiintolevyt. Koska konesalit tarvitsevat ensisijaisesti suurimpia kiintolevyjä, tällaiset suorituskyvyn rajoitukset ovat melko hyväksyttäviä. Tietokeskukset, jotka alkavat käyttää SMR-kiintolevyjä tiedon tallennustilan lisäämiseen, joutuvat kuitenkin jalostamaan omia ohjelmistojaan, mikä hidastaa tällaisten kiintolevyjen leviämistä.

Vaikka kiintolevyjen käytössä SMR-levyillä on useita ominaisuuksia, kunnes markkinoille tulee TDMR- (kaksiulotteinen tallennustekniikka) ja HAMR (lämpömagneettinen tallennustekniikka) -teknologiaan perustuvia kiintolevyjä, SMR-levyihin perustuvia kiintolevyjä kehitetään. Tähän mennessä Seagate on oppinut piilottamaan datakeskussovellusten kaakeloidun kirjoitustekniikan puutteet.

"Olemme toimittaneet noin neljä miljoonaa laatoitettua kiintolevyä," Dave Mosley, Seagaten operaatioista ja teknologiasta vastaava varatoimitusjohtaja, sanoi kokouksessaan sijoittajien ja rahoitusanalyytikoiden kanssa. ”Näemme tämän erittäin onnistuneena saavutuksena, koska olemme oppineet paljon asiakkaidemme sovelluksista. Olemme valmiita piilottamaan kaakeloidun tallennustekniikan puutteet käyttämällä monitasoisia tiedontallennusjärjestelmiä, välimuistijärjestelmiä jne.,[jotta asiakkaidemme] ei tarvitse tehdä suuria muutoksia ohjelmiinsa."

Seagate työskentelee asiakkaidensa kanssa, jotka haluavat räätälöidä sovelluksia laatoitetuille kiintolevyille, mutta yhtiö työskentelee jatkuvasti myös oman laiteohjelmistonsa parissa, joka voi piilottaa SMR-ominaisuudet tapauksissa, joissa sovellusten muuttaminen on vaikeaa tai mahdotonta.

"Olemme erittäin tyytyväisiä saavuttamiimme edistykseen [SMR-asemien kanssa], toimitamme laatoitettuja kiintolevyjä eri alustoille ja olemme valmiita laajentamaan tuotantoaan vuonna 2016", Herra Mosley sanoi.

Tietojen arkistointiin tarkoitettujen kiintolevyjen (Seagate Archive -sarja) lisäksi Seagate käyttää jo kaakeloituja levylevyjä asiakkaan ulkoisten ja mobiiliasemien sisällä (myydään Samsung- ja Seagate-tuotemerkeillä) ja aikoo käyttää SMR:ää muihin kiintolevyihin. Koska asiakaskäyttöjärjestelmät ja -sovellukset eivät muutu yhdessä yössä, yrityksen on kehitettävä henkilökohtaisille tietokoneille erityinen kiintolevyarkkitehtuuri, joka ottaa huomioon laattatekniikan erityispiirteet ja tasoittaa välimuisti- ja tiedon asettelujärjestelmien alhaisen kirjoitusnopeuden magneettisille koneille. levyt.

Nykyään datan kasvu henkilöä kohti kasvaa räjähdysmäisesti, ja tälle datalle tallennusratkaisuja tarjoavat yritykset pyrkivät tekemään kaikkensa lisätäkseen laitteidensa käytettävissä olevaa kapasiteettia. Seagaten Shingled Magnetic Recording (SMR) -laattojen magneettinen tallennustekniikka parantaa tallennustiheyttä ja lisää levyn kapasiteettia 25 %. Tämä on mahdollista lisäämällä kunkin levyn raitojen määrää ja vähentämällä niiden välistä etäisyyttä. Jäljet ​​on sijoitettu päällekkäin (kuten katolla olevat tiilet), jolloin voit tallentaa enemmän tietoja lisäämättä levyn pinta-alaa. Kun uutta dataa kirjoitetaan, raidat menevät päällekkäin tai ne "katkaistaan". Koska levypään lukuelementti on pienempi kuin kirjoituselementti, se pystyy lukemaan tietoja jopa katkaistulta raidalta rikkomatta niiden eheyttä ja luotettavuutta.

SMR-tekniikkaan liittyy kuitenkin seuraava ongelma: tietojen korvaamiseksi tai päivittämiseksi on välttämätöntä korvata vaaditun fragmentin lisäksi myös viimeisten raitojen tiedot. Koska tallennin on leveämpi, se kaappaa tietoja viereisistä raidoista, joten sinun on myös korvattava ne. Näin ollen, kun muutat alemman raidan tietoja, sinun on korjattava lähimmän päällekkäisen raidan tiedot, sitten seuraavan ja niin edelleen, kunnes koko levy on kirjoitettu uudelleen.

Tästä syystä SMR-levyn raidat on ryhmitelty pieniin ryhmiin, joita kutsutaan nauhoiksi. Päällekkäin vain saman nauhan raidat. Tämän ryhmittelyn ansiosta, jos joitain tietoja päivitetään, koko levyä ei tarvitse kirjoittaa uudelleen, vaan vain rajoitettu määrä raitoja, mikä yksinkertaistaa ja nopeuttaa prosessia huomattavasti. Jokaiselle levytyypille kehitetään oma nauha-arkkitehtuuri ottaen huomioon sen sovelluksen laajuus. Jokainen Seagate-tuotelinja on suunniteltu tiettyyn sovellukseen ja ympäristöön, ja SMR-tekniikka tuottaa parhaat tulokset oikein käytettynä.

Seagate SMR on tekniikka, joka vastaa jatkuvasti kasvavaan lisäkapasiteetin kysyntään. Nykyään sitä parannetaan aktiivisesti ja yhdessä muiden innovatiivisten menetelmien kanssa sitä voidaan käyttää lisäämään tallennustiheyttä seuraavan sukupolven kiintolevyillä.

Mutta ensinnäkin on tarpeen ymmärtää joitain sen soveltamisen vivahteita.

On olemassa kolmenlaisia ​​laitteita, jotka tukevat laatoitettua tallennusta:

Itsenäinen (ajohallittu)

Työskentely näiden laitteiden kanssa ei vaadi muutoksia isäntäohjelmistoon. Kaikki kirjoitus-/lukulogiikka on itse laitteen järjestämä. Tarkoittaako se, että voimme vain asentaa ne ja rentoutua? Ei.

Asemissa, jotka käyttävät Drive Managed -kirjoitustekniikkaa, on yleensä suuri määrä takaisinkirjoitusvälimuistia (alkaen 128 megatavua levyä kohden). Tässä tapauksessa peräkkäiset pyynnöt käsitellään kirjoitustilassa. Tärkeimmät vaikeudet, joita tähän tallennustekniikkaan perustuvien laitteiden ja tallennusjärjestelmien kehittäjät kohtaavat, ovat seuraavat:

1. Välimuistin koko on rajoitettu, ja kun se täyttyy, voimme saada arvaamatonta laitteen suorituskykyä.
2. Merkittäviä latenssitasoja esiintyy joskus, kun välimuistia tyhjennetään voimakkaasti.
3. Sekvenssien määrittäminen ei ole aina triviaali tehtävä, ja monimutkaisissa tapauksissa voimme odottaa suorituskyvyn heikkenemistä.

Tämän lähestymistavan tärkein etu on laitteiden täydellinen taaksepäin yhteensopivuus olemassa olevien käyttöjärjestelmien ja sovellusten kanssa. Kun ymmärrät tehtäväsi hyvin, voit ostaa Drive Managed -laitteita nyt ja hyötyä tekniikasta. Artikkelissa näet tällaisten laitteiden testauksen tulokset ja voit päättää, kuinka ne sopivat sinulle.

Isännän hallinnassa

Nämä laitteet käyttävät ATA- ja SCSI-laajennuksia vuorovaikutuksessa levyjen kanssa. Tämä on erityyppinen laite (14h), joka vaatii suuria muutoksia koko Storage Stackiin ja ei ole yhteensopiva klassisten teknologioiden kanssa, eli et voi käyttää näitä asemia ilman erityisiä sovellusten ja käyttöjärjestelmien mukautuksia. Isännän on kirjoitettava laitteisiin tiukasti peräkkäin. Samalla laitteen suorituskyky on 100 % ennustettavissa. Mutta korkeamman tason ohjelmistojen oikea toiminta vaaditaan, jotta tallennusalijärjestelmän suorituskyky olisi todella ennustettavissa.

Isäntätietoinen

Nämä ovat hybridiratkaisuja, joissa yhdistyvät Device Managed- ja Host Managed -tekniikoiden edut. Ostamalla tällaisia ​​asemia saamme taaksepäin yhteensopivuuden tuen ja mahdollisuuden käyttää erityisiä ATA- ja SCSI-laajennuksia optimaaliseen työskentelyyn SMR-laitteiden kanssa. Eli voimme molemmat yksinkertaisesti kirjoittaa laitteille, kuten teimme aiemmin, ja tehdä sen optimaalisella tavalla.

Host Managed- ja Host Aware -laitteiden käyttöä varten kehitetään pari uutta standardia: ZBC ja ZAC, jotka sisältyvät T10 / T13:een. ZBC on SCSI:n laajennus, ja sen on ratifioinut T10. Standardeja kehitetään SMR-asemille, mutta niitä voidaan soveltaa muihin laitteisiin tulevaisuudessa.

ZBC/ZAC määrittelee loogisen laitemallin, jossa pääelementti on vyöhyke, joka on kartoitettu LBA-alueeksi.

Standardit määrittelevät kolmenlaisia ​​loogisia vyöhykkeitä, joihin laitteet jaetaan:

1. Perinteinen vyöhyke - vyöhyke, jonka kanssa voimme työskennellä perinteisellä tavalla, kuten tavallisten kiintolevyjen kanssa. Eli voimme kirjoittaa peräkkäin ja satunnaisesti.

2. Kahden tyyppistä kirjoitusosoitinaluetta:

2.1. Jaksottainen kirjoitus suositeltu - päävyöhyketyyppi Host Aware -laitteille, peräkkäinen kirjoitus on suositeltava. Satunnaisia ​​kirjoituksia laitteisiin käsitellään kuten Device Managed -laitteita, ja ne voivat aiheuttaa suorituskyvyn heikkenemistä.

2.2. Vain peräkkäinen kirjoitus - päävyöhyketyyppi Host Manged -laitteille, vain peräkkäinen kirjoitus on mahdollista. Satunnainen kirjoittaminen ei ole sallittua, ja sen yrittäminen palauttaa virheilmoituksen.

Jokaisella vyöhykkeellä on oma kirjoitusosoitin ja oma tila. Kaikissa laitteissa, jotka tukevat HM-kirjoitustyyppiä, seuraavan kirjoituskomennon ensimmäisen LBA:n on vastattava kirjoitusosoittimen sijaintia. HA-laitteissa Write Pointer on informatiivinen ja sen avulla optimoidaan levyn käsittely.

Uuden loogisen rakenteen lisäksi standardeihin ilmestyy uusia komentoja:

REPORT_ZONES on tärkein menetelmä, jolla saat tietoa laitteen olemassa olevista vyöhykkeistä ja niiden tilasta. Vasteena tähän komentoon levy ilmoittaa olemassa olevat vyöhykkeet, niiden tyypit (perinteinen, peräkkäinen kirjoitus vaaditaan, peräkkäinen kirjoitus suositeltu), vyöhykkeen tilan, koon ja tiedot kirjoitusosoittimen sijainnista.

RESET_WRITE_POINTER on ZBC-laitteiden TRIM-komennon seuraaja. Kun sitä kutsutaan, vyöhyke tyhjennetään ja kirjoitusosoitin siirretään vyöhykkeen alkuun.

Kolmea valinnaista komentoa käytetään vyöhykkeen tilan hallintaan:

OPEN_ZONE
CLOSE_ZONE
FINISH_ZONE

VPD-sivuille on lisätty uutta tietoa, mukaan lukien avoimien vyöhykkeiden enimmäismäärä paremman suorituskyvyn takaamiseksi ja vyöhykkeiden enimmäismäärä satunnaisille kirjoituksille paremmalla suorituskyvyllä.

Tallennuslaitteiden valmistajien on huolehdittava HA/HM-laitteiden tukemisesta tekemällä muutoksia pinon kaikilla tasoilla: kirjastot, aikataulut, RAID-moottori, loogiset taltiot, tiedostojärjestelmät.

Lisäksi sinun on tarjottava kahden tyyppisiä käyttöliittymiä, jotta sovellukset toimivat: perinteinen käyttöliittymä, taulukon järjestäminen laitehallituksi laitteeksi ja virtuaalisen taltion toteutus HOST AWARE -laitteena. Tämä on välttämätöntä, koska sovellusten odotetaan toimivan suoraan HM/HA-laitteiden kanssa.

Yleensä HA-laitteiden kanssa työskentelyn algoritmi on seuraava:

1. Määritä laitteen asetukset käyttämällä REPORT_ZONES-aluetta
2. Määritä alueet satunnaista tallennusta varten
2.1. Määrää rajoittavat laitteen ominaisuudet
2.2. Näillä alueilla kirjoitusosoittimen sijaintia ei tarvitse seurata
3. Käytä loput vyöhykkeet peräkkäiseen kirjoittamiseen ja kirjoitusosoittimen sijaintitietojen käyttämiseen ja vain peräkkäiseen kirjoittamiseen
4. Hallitse avoimien vyöhykkeiden määrää
5. Käytä Roskakeräystä vyöhykepoolin jakamiseen

Joitakin kirjoitustekniikoita voidaan soveltaa olemassa olevista all-flash-tallennusjärjestelmistä, joissa eturauhasen peräkkäisen kirjoittamisen ja roskien keräämisen ongelmat ratkaistiin.

RAIDIX on testannut Seagate SMR -asemia laboratoriossa ja antaa joitakin suosituksia niiden käyttöön. Nämä asemat eroavat toisistaan ​​siinä, että ne ovat laitehallittuja eivätkä vaadi suuria muutoksia sovellukseen.

Testauksen aikana yritettiin testata tällaisten asemien suorituskykyodotuksia ja ymmärtää, mihin niitä voidaan käyttää.

Testeihin osallistui kaksi Seagate Archive -kiintolevyä, joiden kapasiteetti oli 8000 Gt.
Testaus suoritettiin käyttöjärjestelmän Debian versiolla 8.1
Prosessori Intel i7 c 2,67 MHz
16GB RAM
Asemissa on SATA 3 -liitäntä, käänsimme ohjaimen AHCI-tilaan.

Aluksi annamme tietoja laitteista suorittamalla Kysely-kyselyn.

Tätä varten käytimme apuohjelmia sg3-utils.

sg_inq /dev/sdb
tavallinen KYSYMYS:
PQual=0 Device_type=0 RMB=0 version=0x05
NormACA=0 HiSUP=0 Resp_data_format=2
SCCS=0 ACC=0 TPGS=0 3PC=0 Suojaus=0 BQue=0
EncServ=0 MultiP=0 Addr16=0
WBus16=0 Synkronointi=0 Linkitetty=0 CmdQue=0
pituus = 96 (0x60) Oheislaitteen tyyppi: levy
Myyjän tunniste: ATA
Tuotteen tunniste: ST8000AS0002-1NA
Tuotteen versiotaso: AR13
Yksikön sarjanumero: Z84011LQ

Sivulla 83 on VPD.

sg_inq /dev/sdb -p 0x83
VPD-KYSYMYS: Laitteen tunnistussivu
Nimityskuvaaja numero 1, kuvaajan pituus: 24
määrittäjätyyppi: toimittajakohtainen , koodijoukko: ASCII

toimittajakohtainen: Z84011LQ
Nimitystunnus numero 2, kuvauksen pituus: 72
designator_type: T10 toimittajan tunniste, koodijoukko: ASCII
liittyvät osoitettuun loogiseen yksikköön
toimittajan tunnus: ATA
toimittajakohtainen: ST8000AS0002-1NA17Z Z84011LQ

Emme nähneet mitään erikoista. Yritykset lukea vyöhyketiedot ovat epäonnistuneet.

RAIDIX tekee ohjelmistoja eri teollisuudenaloilla toimiviin tallennusjärjestelmiin, ja yritimme olla käyttämättä erikoistuneita tai maksullisia vertailuarvoja.

Aloitamme tarkistamalla sisäisten ja ulkoisten raitojen levyjen suoratoiston suorituskyvyn. Testitulokset antavat laitteen suurimman odotetun suorituskyvyn ja ovat ensisijaisesti yhdenmukaisia ​​tehtävien, kuten tietojen arkistoinnin, kanssa.

Emme koskeneet lohkoalijärjestelmän asetuksiin. Suoritamme testauksen kirjoittamalla tietoja levyille 1 megatavun lohkoissa. Tätä varten käytämme fio v.2.1.11 -vertailua.

Työt eroavat toisistaan ​​vain siirtymisellään laitteen alusta ja ne käynnistetään peräkkäin. libaio on valittu I/O-kirjastoksi.

Tulokset näyttävät hyviltä:

Suorituskyky ulkoisilla ja sisäisillä raiteilla eroaa lähes 2 kertaa.
Näemme ajoittain suorituskyvyn laskuja. Ne eivät ole kriittisiä arkistoinnin kannalta, mutta voivat olla ongelma muissa tehtävissä. Kun tallennusjärjestelmän takaisinkirjoitusvälimuisti toimii oikein, oletamme, että emme havaitse tällaista tilannetta. Suoritimme samanlaisen kokemuksen, loimme molemmista asemista RAID 0 -ryhmän, varasimme 2 Gt RAM-välimuistia kullekin asemalle, emmekä nähneet suorituskyvyn laskua.

Lukeessa vikoja ei näy. Ja myöhemmät testit osoittavat, että SMR-levyjen suorituskyky ei eroa tavallisista.

Nyt teemme mielenkiintoisempia testejä. Ajetaan 10 säiettä eri poikkeamilla samanaikaisesti. Teemme tämän tarkistaaksemme puskuroinnin oikeellisuuden ja nähdäksemme kuinka levyt toimivat CCTV:ssä, Video Ingestissä ja vastaavissa tehtävissä.
Kaaviot näyttävät kaikkien töiden kokonaistuottavuuden:

Levy kesti kuorman hyvin!

Suorituskyky pysyy 90 MB/s:ssa tasaisesti jaettuna säikeille, eikä suuria pudotuksia ole. Lukuaikataulu on täysin samanlainen, vain 20 MB korotettuna. Videosisällön tallentamiseen ja jakeluun, suurten tiedostojen vaihtamiseen suorituskyky on sopiva eikä käytännössä eroa perinteisten levyjen suorituskyvystä.

Kuten odotettua, levyt suoriutuivat hyvin suoratoistossa, luettaessa ja kirjoitettaessa, ja monisäikeisyys oli meille miellyttävä yllätys.

Siirrytään "satunnaiseen" lukemiseen ja kirjoittamiseen. Katsotaan kuinka levyt käyttäytyvät klassisissa yritystehtävissä: DBMS-tiedostojen tallentaminen, virtualisointi jne. Lisäksi usein tehtävä metatietojen kanssa työskentely ja esimerkiksi taulukon päällekkäisyyden salliminen kuuluvat "satunnaisiin" toimintoihin.

Testaamme 16 kilotavun lohkoissa ja olemme edelleen oikeassa.
Testissä määritimme useita töitä eri syvyyksillä, mutta emme anna täydellisiä tuloksia. Vain testin alku on suuntaa-antava.

Ensimmäiset 70,5 sekuntia näemme epärealistisen 2500 IOps:n kiintolevylle. Tämä aiheuttaa usein epäonnistumisia. Ilmeisesti tällä hetkellä puskuri kirjoitetaan ja nollataan ajoittain. Sitten tapahtuu jyrkkä pudotus 3 IOps:iin, joka kestää testin loppuun asti.

Jos odotat muutaman minuutin, tilanne toistuu välimuistin nollauksen jälkeen.

Voidaan odottaa, että pienellä määrällä satunnaisia ​​​​toimintoja levy käyttäytyy hyvin. Mutta jos odotamme laitteen intensiivistä kuormitusta, on parempi pidättäytyä SMR-levyjen käytöstä. RAIDIX suosittelee siirtämään kaiken metatietoja sisältävän työn ulkoisille laitteille aina kun mahdollista.

Entä satunnainen lukeminen?
Tässä testissä rajoitimme vasteajan 50 ms. Laitteemme toimivat hyvin.

Lukema on alueella 144-165 IOP:ta. Luvut sinänsä eivät ole huonoja, mutta 20 silmänpaineen leviäminen on hieman pelottavaa. Keskity alimmalle riville. Tulos ei ole huono, klassisten levyjen tasolla.

Muutetaan vähän lähestymistapaamme. Tarkastellaanpa vielä useiden tiedostojen käsittelyä.
SGI:n frametest-apuohjelma auttaa meitä tässä. Tämä vertailuarvo on suunniteltu testaamaan tallennusjärjestelmäsi suorituskykyä pakkaamattoman videon editoinnissa. Jokainen kehys on erillinen tiedosto.

Olemme luoneet xfs-tiedostojärjestelmän ja asentaneet sen seuraavilla vaihtoehdoilla:
-o noatime,nodiratime,logbufs=8,logbsize=256k,largeio,inode64,swalloc,allocsize=131072k,nobarrier

Suorita frametest seuraavilla parametreilla:

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

Vertailuarvo luo 2000 8 Mt tiedostoa.

Testin alku sujuu hyvin:

Keskimääräiset tiedot:

Viimeiset 1 s: 0,028 ms 79,40 ms 79,43 ms 100,37 Mt/s 12,6 fps
5s: 0,156 ms 83,37 ms 83,53 ms 95,44 MB/s 12,0 fps

Mutta 1500 kehyksen tallennuksen jälkeen tilanne pahenee huomattavasti:

Keskimääräiset tiedot:
Avaa I/O-kehys datanopeus Frame Rate
Viimeiset 1 s: 0,035 ms 121,88 ms 121,92 ms 65,39 MB/s 8,2 fps
5s: 0,036 ms 120,78 ms 120,83 ms 65,98 MB/s 8,3 fps

Keskimääräiset tiedot:
Avaa I/O-kehys datanopeus Frame Rate
Viimeiset 1 s: 0,036 ms 438,90 ms 438,94 ms 18,16 MB/s 2,3 fps
5s: 0,035 ms 393,50 ms 393,55 ms 20,26 MB/s 2,5 fps

Tehdään lukutesti:

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

Koko testin suorituskyky on erinomainen:

Keskimääräiset tiedot:
Viimeiset 1 s: 0,004 ms 41,09 ms 41,10 ms 193,98 MB/s 24,3 fps
5s: 0,004 ms 41,09 ms 41,10 ms 193,98 MB/s 24,3 fps

Parhaillaan työstetään SMR-levyjen erikoistiedostojärjestelmiä.
Seagate kehittää ext4-pohjaista SMR_FS-EXT4:ää. On mahdollista löytää useita lokirakenteisia tiedostojärjestelmiä, jotka on suunniteltu erityisesti Device Managed SMR -asemille, mutta yhtäkään niistä ei voida kutsua kypsäksi, käyttöönotettavaksi suositeltavaksi tuotteeksi. Seagate kehittää myös Host Aware -versiota SMR-asemasta, jonka pitäisi valmistua ennen vuoden loppua.

Mitä johtopäätöksiä voimme tehdä suoritusmittausten tuloksista?
Laitehallittuja laitteita voidaan käyttää turvallisesti tehtäviin, jotka eivät eroa intensiivisestä tallennuksesta. He selviävät erittäin hyvin yksisäikeisen ja monisäikeisen tallennuksen tehtävistä. Ne sopivat erinomaisesti tietojen lukemiseen. Säännölliset "satunnaiset" levypyynnöt metatietojen päivityksille kuluvat suuressa välimuistissa.

Sellaiset laitteet eivät ole kovin sopivia ongelmien ratkaisemiseen, joille on ominaista intensiivinen "satunnainen" tallennus tai suuren määrän tiedostoja päivittäminen, ainakaan ilman teknisiä lisäkeinoja.

Testattujen asemien MTBF-parametri on 800 000 tuntia, mikä on 1,5 kertaa pienempi kuin esimerkiksi NAS-asemien. Suuri levymäärä pidentää merkittävästi palautusaikaa ja tekee säännöllisestä median skannauksesta lähes mahdotonta. Suosittelemme, että kun suunnittelet tallennustilaa tällaisilla asemilla, luotat RAIDiin, jonka pariteetti on suurempi kuin 2, ja/tai lähestymistapoihin, jotka lyhentävät uudelleenrakennusaikaa (esim. Parity Declustering).

Seagaten asiantuntijoiden kehittämä Shingled Magnetic Recording (SMR) -tekniikka mahdollistaa pian kiintolevylevyjen datatiheyden lisäämisen 25 % täysin uudenlaisen raidan asettelun ansiosta. Ensi vuonna käynnistetään 3,5 tuuman kiintolevyjen massatuotanto, joiden kapasiteetti on 5 TB, ja vuoteen 2020 mennessä tällaisten asemien enimmäismäärä on 20 TB.

tiedon räjähdys

Asiantuntijoiden mukaan maailman noin 7 miljardin ihmisen väkiluku tuottaa tällä hetkellä yhteensä 2,7 zettatavua dataa vuosittain. Eikä sinun tarvitse olla tietotekniikan asiantuntija ymmärtääksesi, että tämä luku vain kasvaa jokaisen seuraavan vuoden aikana. Yksi tähän vaikuttavista tekijöistä on niiden kanavien kaistanleveyden kasvu, joilla Internetiin yhdistetään sekä kiinteiden yhteyksien että yleisten langattomien yhteysalueiden ja matkapuhelinverkkojen kautta. Vuosi vuodelta pilvitallennustilaan ladattavan sekä kotitietokoneiden kovalevyille ja NAS-asemille tallennetun tiedon (ja ennen kaikkea mediatiedostojen) määrä kasvaa. Ja tämä on aivan luonnollista. Ensinnäkin kotitalouksien valokuva- ja videokameroiden resoluutio kasvaa ja sitä kautta tallennettujen kuvien ja videotallenteiden määrä samalla otosmäärällä ja videon ajoituksella. Toiseksi Internet-yhteyskanavien kaistanleveyden kasvun vuoksi on tullut mahdolliseksi suoratoistaa paljon laadukkaampaa mediasisältöä. Luonnollisesti teräväpiirtovideo (etenkin stereoskooppisessa muodossa) vaatii paljon enemmän tallennustilaa kuin standarditarkkuudet.

Vakava tekijä, joka luo lisäkuormitusta tiedontallennusjärjestelmiin, on mobiililaitteiden - ensisijaisesti älypuhelimien ja tablet-tietokoneiden - nopea kasvu. Koska tällaiset vempaimet on yleensä varustettu suhteellisen pienellä määrällä sisäistä muistia, niiden omistajien on usein käytettävä ulkoisia asemia sekä itse luodun että ulkoisesti ladatun mediasisällön tallentamiseen.

Markkinatutkimusyhtiö IDC:n kiintolevyjen markkinatutkimuksen varatoimitusjohtajan John Rydningin mukaan kovalevyteollisuudessa on tällä hetkellä merkittävä kasvukausi. Toimitettujen asemien kokonaiskapasiteetti mitataan petatavuina, ja tämän indikaattorin vuosikasvu on noin 30 %. Kuitenkin samaan aikaan kehittäjät onnistuvat lisäämään magneettisen tallennuksen ominaistiheyttä alle 20% vuodessa.

Tästä syystä kiintolevyissä käytettävien teknologioiden jatkuvasta parantamisesta huolimatta näiden komponenttien valmistajat eivät pysy markkinoiden nopeasti kasvavien tarpeiden mukana. Tästä tuskin voi kuitenkaan syyttää kehittäjiä, jotka jo nyt väsymättä etsivät uusia ja uusia tapoja lisätä magneettista tallennustiheyttä.

Esimerkiksi Seagate aloitti PMR (Perpendicular Magnetic Recording) -tekniikan kaupallisissa kiintolevyissä vuonna 2007. Koska magneettiset domeenit eivät olleet yhdensuuntaisia ​​levytason kanssa, vaan kohtisuorassa sitä vastaan, oli mahdollista pienentää raidan kokoa ja siten lisätä yhden levyn kapasiteettia 250 Gt:iin.

Viisi vuotta myöhemmin tämän tekniikan systemaattisen kehityksen ansiosta magneettisen tallennuksen ominaistiheyttä oli mahdollista kasvattaa neljä kertaa ja sovittaa 1 TB tietoa yhdelle levylle. Tämä saavutus johti 3,5 tuuman kiintolevyjen massatuotantoon, joiden kapasiteetti on 4 TB. Nykytilanteessa tämä ei kuitenkaan enää riitä.

Yksi tapa kuroa umpeen käyttäjien kysynnän ja kiintolevyn suorituskyvyn välinen kuilu on ottaa käyttöön Seagaten kehittämä Shingled Magnetic Recording (SMR) -tekniikka. Katsotaanpa, mikä tämän ratkaisun ydin on.

Vyöruusu periaate

Useimmat lukijat luultavasti tietävät, että kiintolevylevyjen pinnalla olevat tiedot tallennetaan niin sanotuille raiteille, jotka voidaan yksinkertaistaa joukoksi samankeskisiä ympyröitä (kuva 1). Mitä pienempi raitojen leveys ja niiden väliset välit ovat, sitä suurempi on ominaistallennustiheys ja siten myös aseman kapasiteetti samalla muotokertoimella ja levyjen määrällä.

Riisi. 1. Raidan asettelu
magneettilevyn pinnalla

Perinteisessä magneettitallennusmenetelmässä pienin raidan leveys määräytyy kiintolevypään tallennuselementin fyysisten mittojen mukaan (kuva 2). Tähän mennessä magneettipääelementtien miniatyrisoinnin raja on jo saavutettu, ja niiden koon pienentäminen edelleen olemassa olevilla teknologioilla on mahdotonta.

Riisi. 2. Perinteisellä ratojen asettelulla niiden vähimmäisleveys
rajoittaa aseman magneettipään tallennuselementin koko

SMR-tekniikan avulla voidaan ohittaa tämä rajoitus ja lisätä ominaista tallennustiheyttä, koska raiteet ovat tiheämmällä järjestelyllä, jotka ovat osittain päällekkäin, kuten tiilikaton elementit (kuva 3). Kun uutta dataa kirjoitetaan, aiemmin tallennettuja tietoja sisältävät raidat leikataan ikään kuin pois. Koska magneettipään lukuelementin leveys on pienempi kuin tallennuselementin leveys, kaikki levyllä olevat tiedot voidaan silti lukea leikatuilta raiteilta vaarantamatta näiden tietojen eheyttä ja turvallisuutta.

Riisi. 3. SMR-tekniikkaa käytettäessä kappaleet järjestetään tiiviimmin,
päällekkäin toistensa kanssa

Vaikka kaikki on yksinkertaista ja selkeää. Jos kuitenkin joudut kirjoittamaan uutta dataa olemassa olevien päälle, syntyy ongelma. Loppujen lopuksi tässä tapauksessa sinun on korvattava paitsi tämä fragmentti suoraan, myös seuraavien kappaleiden tietolohkot. Koska magneettipään tallennuselementti on lukuelementtiä leveämpi, ylikirjoitusprosessi tuhoaa aiemmin viereisten raitojen viereisille alueille tallennetun datan (kuva 4). Näin ollen aiemmin tallennettujen tietojen eheyden varmistamiseksi nämä lohkot on ensin puskuroitava ja sitten kirjoitettava takaisin asianmukaiselle raidalle. Lisäksi tämä toimenpide on toistettava peräkkäin kaikille seuraaville kappaleille - kunnes magneettilevyn työalueen raja saavutetaan.

Riisi. 4. Tietojen päällekirjoittaminen yhdessä
raiteista vaikuttaa viereisen radan osaan

Tätä ominaisuutta silmällä pitäen SMR-tekniikalla varustettujen kiintolevyjen raidat on jaettu pieniin ryhmiin - ns. pakkauksiin (kuva 5). Tämä lähestymistapa tarjoaa joustavamman hallinnan tietojen lisäys- ja päällekirjoitusprosessissa, ja mikä tärkeintä, voit vähentää ylimääräisten päällekirjoitusjaksojen määrää ja parantaa siten aseman suorituskykyä. Vaikka paketti olisi jo täynnä, siinä olevaa tietolohkoa vaihdettaessa on tarpeen kirjoittaa uudelleen vain rajoitetun määrän kappaleita (tämän paketin rajaan asti).

Riisi. 5. Pakkauksen raitojen asettelu

Aseman pakettien rakenne voi vaihdella tietyn mallin laajuuden mukaan. Siten jokaiselle kiintolevyperheelle voit luoda ainutlaatuisen pakettirakenteen, joka on optimoitu näiden asemien erityiskäyttöä varten.

On tärkeää huomata, että SMR-teknologian käyttöönotto ei vaadi merkittäviä muutoksia magneettipäiden suunnitteluun ja näiden komponenttien tuotantoprosessin uudelleenjärjestelyihin. Näin uusien asemien kustannukset pysyvät samalla tasolla ja suuremman kapasiteetin ansiosta saadaan entistä houkuttelevampia mittareita tiedontallennusyksikön yksikkökustannuksille.

Johtopäätös

Joten SMR-tekniikka on erittäin tehokas ratkaisu, jonka avulla voit vastata kasvavaan tarpeeseen lisätä kiintolevyjen enimmäiskapasiteettia lyhyessä ajassa ja pienin kustannuksin. SMR-tekniikan käyttöönoton ensimmäisessä vaiheessa se lisää tiedontallennustiheyttä 25 % - 1:stä 1,25 TB:iin 3,5 tuuman levyä kohden. Siten ensi vuonna on mahdollista valmistaa kiintolevyjä, joiden kapasiteetti on 5 TB.

On tärkeää huomata, että SMR-tekniikan käyttöönotossa saavutetaan asemien kapasiteetin lisäys lisäämättä magneettipäiden ja/tai kiintolevylevyjen määrää. Siten uudet kapasiteetiltaan suuremmat kiintolevyt ovat yhtä luotettavia kuin aiemmin valmistetut saman muotoiset mallit. Lisäksi, kuten edellä mainittiin, SMR-tekniikan käyttöönotto ei vaadi merkittäviä muutoksia kiintolevyn suunnitteluun. Tämä mahdollistaa erityisesti samojen magneettipäiden ja -levyjen käytön, jotka on asennettu nykyisiin malleihin.

Toinen SMR:n etu on kyky yhdistää tämä ratkaisu erilaisiin magneettisiin tallennustekniikoihin. Tällä hetkellä sitä käytetään kiintolevyillä, joissa on kohtisuora magneettitallennus, mutta tulevaisuudessa sitä voidaan käyttää yhdessä muiden ratkaisujen kanssa, jotka mahdollistavat vielä korkeamman ominaistallennustiheyden saavuttamisen.

Artikkeli perustuu Seagaten materiaaleihin

Maailma ympärillämme liikkuu ja ihmiset tarvitsevat yhä enemmän kapasiteettia laitteilleen, joilla he luovat ja käyttävät digitaalista tietoa. Seagaten analyytikot ennustavat, että vuoteen 2015 mennessä 20-kertaistuu niiden perheiden määrä, jotka luovat vähintään 1 Tt dataa kuukaudessa - tallennettuja ja katsottuja suoratoistovideoita, valokuvia, musiikkia jne. 1

Aikoinaan Seagate oli yksi ensimmäisistä, jotka toivat markkinoille kohtisuoraa tallennustekniikkaa tukevan levyn. Tämän tekniikan ansiosta yritys pystyi vuoteen 2007 mennessä kehittämään levylevyjä, joiden kapasiteetti oli jopa 250 Gt (sarja ® ). Viisi vuotta myöhemmin saman tekniikan ansiosta levylle mahtui ennätysmäärä raitoja tuumaa kohti ja tallennustiheys nostettiin 1 Tt:aan levyä kohti. Mutta jopa tämä poikkeuksellinen kapasiteetti (1 TB/lautanen, yhteensä 4 TB/levy) on jo nyt nykykäyttäjien mielestä riittämätön.

Seagaten SMR-tekniikan ymmärtäminen
Seagaten Shingled Magnetic Recording (SMR) -tekniikka on uusi tallennustiheyden taso, joka lisää levyn kapasiteettia 25 % lisäämällä raitojen määrää tuumaa kohti lautasta kohti.

Perinteisissä tekniikoissa raitojen leveys ja niiden välinen etäisyys määräytyvät levypään luku- ja kirjoituselementtien koon mukaan (kuva 1).

Riisi. 1. Perinteinen tapa jakaa raitoja.

Teknologisesti nykyaikaisten kiintolevyjen luku- ja kirjoituselementit, jotka perustuvat kohtisuoraan magneettiseen tallennukseen, ovat saavuttaneet kykyjensä rajan. Nykyisten tekniikoiden puitteissa sekä näiden elementtien että niiden luku- ja kirjoitusraitojen koon pienentäminen on mahdotonta.

SMR-tekniikan avulla voit lisätä tallennustiheyttä vähentämällä raitojen välistä etäisyyttä. Jäljet ​​pinotaan päällekkäin kuin tiilet katolla, jolloin enemmän dataa voidaan tallentaa samaan tilaan. Kun uutta dataa kirjoitetaan, raidat menevät päällekkäin tai ne "katkaistaan". Koska levypään lukuelementti on pienempi kuin kirjoituselementti, se pystyy lukemaan tietoja jopa katkaistulta raidalta rikkomatta niiden eheyttä ja luotettavuutta. Lisäksi kaakeloidussa magneettitallennuksessa voidaan hyvin käyttää perinteisiä luku- ja kirjoituselementtejä. Tämän ansiosta uuden tuotteen valmistaminen ei vaadi merkittäviä investointeja, joten uutta teknologiaa tukevien kiintolevyjen hintaa ei tarvitse nostaa.

Riisi. 2. Jälkien erottaminen SMR-tekniikalla

SMR-tekniikkaan liittyy kuitenkin seuraava ongelma: jos joudut kirjoittamaan uudelleen tai päivittämään osaa tiedoista, sinun on kirjoitettava uudelleen vaaditun fragmentin lisäksi myös seuraavien kappaleiden tiedot. Koska tallennuselementti on leveämpi kuin raidan ei-päällekkäinen alue, se vangitsee myös viereisten raitojen tiedot, mikä tarkoittaa, että ne on myöhemmin ylikirjoitettava (kuva 3). Näin ollen, kun muutat alemman raidan tietoja, sinun on korjattava lähimmän päällekkäisen raidan tiedot, sitten seuraavan ja niin edelleen, kunnes koko levy on kirjoitettu uudelleen.

Riisi. 3. Tallennuselementti menee päällekkäin päällekkäisten raitojen kanssa

Tästä syystä SMR-levyn raidat on ryhmitelty pieniin ryhmiin, joita kutsutaan nauhoiksi. Vain saman nauhan raidat päällekkäin (kuva 4). Tämän ryhmittelyn ansiosta, jos joitain tietoja päivitetään, koko levyä ei tarvitse kirjoittaa uudelleen, vaan vain rajoitettu määrä raitoja, mikä yksinkertaistaa ja nopeuttaa prosessia huomattavasti.

Riisi. 4. SMR-levyn nauhan rakenne

Jokaiselle levytyypille kehitetään oma nauha-arkkitehtuuri ottaen huomioon sen sovelluksen laajuus. Jokainen Seagate-tuotelinja on suunniteltu tiettyyn sovellukseen ja ympäristöön, ja SMR-teknologia auttaa sinua saamaan siitä parhaan hyödyn.

Yhteenvetona
Seagate SMR on tehokas tekniikka, joka vastaa jatkuvasti kasvavaan lisäkapasiteetin kysyntään. SMR-tekniikkaa kehitetään parhaillaan aktiivisesti, ja sitä voidaan käyttää yhdessä muiden innovatiivisten menetelmien kanssa lisäämään tallennustiheyttä seuraavan sukupolven kiintolevyillä.

Seagate ja kumppanit jatkavat laatoitettujen magneettisten tallennusmenetelmien testaamista ja parantamista hyödyntääkseen sen edut erityyppisissä asemissa. Seagaten asiantuntijat johtavat jo nykypäivän työryhmiä standardoimaan parhaita tapoja käyttää SMR-teknologiaa.

Vuonna 2014 Seagate esitteli seuraavan innovatiivisen kehitystyönsä - ensimmäisen maailmassa, jonka ansiosta niiden kapasiteetti on jo ensimmäisessä sukupolvessa 25 % suurempi kuin perinteisten ratkaisujen kapasiteetti. SMR-teknologian käyttöönotto antaa Seagaten kehittäjille mahdollisuuden parantaa olemassa olevien asemien arkkitehtuuria, mikä tekee niiden hankinnasta taloudellisesti kannattavampaa.

1 Seagate Market Research elokuu 2013

Nykyään monet uskovat, että magneettiset kiintolevyt ovat liian hitaita, epäluotettavia ja teknisesti vanhentuneita. Samaan aikaan solid-state-asemat ovat sen sijaan loistonsa huipulla: jokaisessa mobiililaitteessa on flash-muistiin perustuva tallennusväline, ja jopa pöytätietokoneet käyttävät tällaisia ​​asemia. Heidän näkymät ovat kuitenkin hyvin rajalliset. CHIP:n ennusteen mukaan SSD-levyjen hinnat laskevat vielä hieman, datatiheys ja siten asemakapasiteetti todennäköisesti kaksinkertaistuu, ja sitten tulee loppu. 1 Tt:n SSD-levyt ovat aina liian kalliita. Taustaa vasten saman kapasiteetin kovat magneettilevyt näyttävät erittäin houkuttelevilta, joten on liian aikaista puhua perinteisten asemien aikakauden taantumisesta. Nykyään he ovat kuitenkin tienhaarassa. Nykytekniikan potentiaali, perpendicular-tallennusmenetelmä, mahdollistaa vielä kaksi vuosisykliä, joiden aikana julkaistaan ​​uusia suuremman kapasiteetin malleja ja sitten raja saavutetaan.

Jos kolme suurta valmistajaa – Seagate, Western Digital ja Toshiba – voivat siirtyä johonkin tässä artikkelissa esitellyistä uusista teknologioista, 60 Tt:n tai sitä suuremmat 3,5 tuuman kiintolevyt (joka on 20 kertaa suurempia kuin nykyiset mallit) lakkaavat toimimasta. olla saavuttamaton luksus. Samalla myös lukunopeus kasvaa saavuttaen SSD-tason, koska se riippuu suoraan kirjoitettavan tiedon tiheydestä: mitä pienempi etäisyys lukupään on katettava, sitä nopeammin levy toimii. Siksi, jos "tiedonnälämme" jatkaa kasvuaan, kaikki "laakerit" menevät koville magneettilevyille.

Kohtisuora tallennusmenetelmä

Kiintolevyt ovat jo jonkin aikaa käyttäneet kohtisuoraa tallennusmenetelmää (pystysuoraan järjestetyillä aloilla), mikä tarjoaa suuremman datatiheyden. Se on tällä hetkellä normi. Myöhemmät tekniikat säilyttävät tämän menetelmän.

6 Tt: raja melkein saavutettu

Kahden vuoden kuluttua kohtisuoralla tallennusmenetelmällä varustetut levyt saavuttavat levyn datatiheyden rajan.

Nykyaikaisissa kiintolevyissä, joiden kapasiteetti on jopa 4 TB, magneettisten levyjen tallennustiheys ei ylitä 740 Gbit per neliötuumaa. Valmistajat lupaavat, että kohtisuoraa tallennusmenetelmää käyttävät asemat pystyvät tarjoamaan nopeuden 1 Tbps neliötuumaa kohti. Kahden vuoden kuluttua tällaisten asemien viimeinen sukupolvi julkaistaan: 3,5 tuuman mallien kapasiteetti saavuttaa 6 TB ja 2,5 tuuman mallit pystyvät tarjoamaan hieman yli 2 TB levytilaa. Näin vaatimaton tallennustiheyden kasvuvauhti ei kuitenkaan enää pysy jatkuvasti kasvavan tiedonnälkämme tahdissa, mikä näkyy seuraavista kaavioista.

Ongelma materiaalien valinnassa

Kohtisuoralla tallennusmenetelmällä varustetut kiintolevyt eivät pysty vastaamaan kasvaviin tarpeisiin tiedontallennusalalla, koska tallennustiheydellä hieman yli 1 Tbit/neliötuuma ne joutuvat taistelemaan superparamagnetismin vaikutusta vastaan. Tämä termi tarkoittaa, että tietyn kokoiset magneettisten materiaalien hiukkaset eivät pysty ylläpitämään magnetoitumistilaa pitkään, mikä voi yhtäkkiä muuttua ympäristön lämmön vaikutuksesta. Hiukkaskoko, jolla tämä vaikutus ilmenee, riippuu käytetystä materiaalista (katso taulukko alla). Nykyaikaisten kohtisuoraan tallennettavien kiintolevyjen levyt on valmistettu koboltin, kromin ja platinan seoksesta (CoCrPt), jonka hiukkasten halkaisija on 8 nm ja pituus 16 nm. Yhden bitin tallentamiseksi pään on magnetisoitava noin 20 tällaista hiukkasta. Kun halkaisija on 6 nm tai vähemmän, tämän seoksen hiukkaset eivät pysty luotettavasti ylläpitämään magneettikenttänsä tilaa.

Kiintolevyteollisuudessa puhutaan paljon "trilemmasta". Valmistajat voivat käyttää kolmea päätapaa lisätä tallennustiheyttä: muuttaa hiukkasten kokoa, lukumäärää ja seoksen tyyppiä, josta ne koostuvat. Mutta kun CoCrPt-lejeeringin hiukkaskoko on 6 nm, yhden menetelmän käyttö johtaa siihen, että kaksi muuta ovat hyödyttömiä: jos hiukkaskokoa pienennetään, ne menettävät magnetisoitumisensa. Jos vähennät niiden määrää bittiä kohden, niiden signaali "liukenee" naapuribittien ympäristömeluun. Lukupää ei pysty kertomaan, onko se tekemisissä "0" vai "1" kanssa. Korkeammat magneettiset ominaisuudet omaava metalliseos mahdollistaa pienempien hiukkasten käytön ja mahdollistaa myös niiden määrän vähentämisen, mutta tässä tapauksessa tallennuspää ei pysty muuttamaan niiden magnetointia. Tämä trilemma voidaan ratkaista vain, jos valmistajat luopuvat kohtisuorasta tallennusmenetelmästä. Tätä varten on jo valmiina useita tekniikoita.

Jopa 60 TB: uudet tallennustekniikat

Tulevien kiintolevyjen tallennustiheyttä voidaan kymmenkertaistaa - mikroaaltojen, lasereiden, SSD-ohjainten ja uusien metalliseosten avulla.

Lupaavin kehitys, joka pystyy tarjoamaan tallennustiheyden yli 1 Tbit/neliötuuma, on magneettisen tallennuksen tekniikka, jossa raitojen osittainen päällekkäisyys ("laatoitettu" tallennusmenetelmä - Shingled Magnetic Recording, SMR). Sen periaate on, että SMR-levyn magneettiradat ovat osittain päällekkäin, kuten katolla olevat tiilet. Tämä tekniikka voittaa kohtisuoraan tallennusmenetelmään liittyvät vaikeudet: raitojen leveyden edelleen pienentäminen johtaa väistämättä tietojen tallentamisen mahdottomuuteen. Nykyaikaisissa levyissä on erilliset raidat, joiden leveys on 50-30 nm. Pienin mahdollinen raideleveys kohtisuoraan tallennukseen on 25 nm. SMR-tekniikassa lukupään raidan leveys voi osittaisen päällekkäisyyden vuoksi olla jopa 10 nm, mikä vastaa tallennustiheyttä 2,5 Tbps per neliötuumaa. Temppu on kasvattaa tallennusraitojen leveyttä 70 nm:iin varmistaen samalla, että raidan reuna on 100 % magnetoitavissa. Raidan reuna ei muutu, jos kirjoitat seuraavan 10 nm:n poikkeuksella. Lisäksi tallennuspää on varustettu suojakilvellä, joka estää sen vahvaa magneettikenttää vahingoittamasta alla olevia tietoja. Mitä tulee päähän, se on jo kehitetty
kirjoittanut Hitachi. On kuitenkin toinen ongelma: yleensä magneettilevyllä suoritetaan suora erillinen bittien uudelleenkirjoitus, ja SMR-tekniikan puitteissa tämä on mahdollista vain levyn ylimmällä radalla. Jos haluat muuttaa alemmalla radalla olevia bittejä, sinun on kirjoitettava koko levy uudelleen, mikä heikentää suorituskykyä.

Lupaava seuraaja: HAMR

Samaan aikaan kansainvälinen levyasemien, materiaalien ja laitteiden järjestö IDEMA suosii lämpöavusteista magneettista tallennusta (HAMR, Heat Assisted Magnetic Recording) ja pitää sitä todennäköisimpänä kilpailijana kohtisuoran tallennustekniikan seuraajaksi. Mark Guinen IDEMA:n hallituksessa ennustaa, että ensimmäiset HAMR-levyt tulevat myyntiin vuonna 2015.
Toisin kuin SMR, HAMR-tekniikka ratkaisee trilemman vähentämällä magneettisia hiukkasia, mikä edellyttää siirtymistä uuteen materiaaliin. HAMR-levyille on tarpeen käyttää materiaalia, jolla on korkeampi anisotrooppinen energia - lupaavin on raudan ja platinan seos (FePt). Anisotropia määrittää, kuinka paljon energiaa tarvitaan materiaalin demagnetointiin. FePt:ssä se on niin korkea, että vain 2,5 nm:n hiukkaset kohtaavat superparamagneettisen rajan (katso taulukko seuraavassa osassa). Tämä mahdollistaisi kiintolevyjen tuotannon, joiden kapasiteetti on 30 TB ja tallennustiheys 5 Tbit/neliötuuma.

Ongelmana on, että kirjoituspää ei itse pysty muuttamaan FePt-seoshiukkasten magneettista suuntausta. Siksi HAMR-levyihin on sisäänrakennettu laser, joka lämmittää hetkellisesti hiukkaset muutaman nanometrin alueella noin 400 °C:n lämpötilaan. Tämän seurauksena tallennuspää vaatii vähemmän tehoa muuttaakseen hiukkasten magneettikenttää. Kirjoitustiheysarvojen perusteella lämpöavusteisilla magneettisilla tallennusasemilla voi olla korkea lukunopeus (noin 400-500 MB/s), mikä on nykyään saavutettavissa vain SATA 3 SSD -levyillä.

Laserin lisäksi mikroaaltoja lähettävä Spin Torque Oscillator pystyy myös tallentamaan FePt-seoslevyille. Mikroaallot muuttavat hiukkasten magneettikentän ominaisuuksia siten, että heikko tallennuspää magnetoi ne helposti uudelleen. Yleensä generaattori lisää tallennuspään tehokkuutta kolme kertaa. Mikro(Microwave Assisted Magnetic Recording, MAMR), toisin kuin HAMR, on edelleen kehitteillä.

Uusi metalliseos lämpöhieroville magneettilevyille

HAMR-levyn FePt-lejeeringillä on korkeampi anisotrooppinen energia ja suurempi magnetointikyky. Verrattuna kohtisuoraan tallennusmenetelmään, tässä voidaan käyttää pienempiä hiukkasia.

Mitä tapahtuu HAMR:n jälkeen?

Bit Patterned Media (BPM) -tekniikkaa on pitkään pidetty lupaavimpana. Se tarjoaa erilaisen ratkaisun trilemmaan: tässä tapauksessa magneettiset hiukkaset erotetaan toisistaan ​​eristävällä piioksidikerroksella. Toisin kuin perinteiset magneettilevyt, magnetoitavia alueita käytetään litografialla, kuten sirujen valmistuksessa. Tämä tekee BPM-median tuotannosta melko kallista. BPM:n avulla voit vähentää hiukkasten määrää bittiä kohden ja samalla välttää naapurihiukkasten kohinan vaikutuksen signaaliin. Ainoa ongelma nykyään on luoda luku-/kirjoituspää, joka voi tarjota korkean tarkkuuden BPM-bittien hallinnan. Siksi BPM:ää pidetään tällä hetkellä todennäköisimpänä HAMR:n seuraajana. Jos yhdistät molemmat tekniikat, voit saavuttaa tallennustiheyden 10 Tbit/neliötuuma ja tuottaa levyjä, joiden kapasiteetti on 60 Tt.

Uusi tutkimuskohde on kaksiulotteisen magneettisen tallennuksen tekniikka (Two Dimensional Magnetic Recording, TDMR), joka ratkaisee kolmiulotteisen ongelman eliminoimalla signaali-kohinasuhteeseen liittyvät vaikeudet. Pienellä määrällä hiukkasia bittiä kohden lukupää vastaanottaa sumean signaalin, koska sen teho on pieni ja se häviää naapurihiukkasten kohinassa. TDMR-tekniikan ominaisuus on kyky palauttaa kadonnut signaali. Tämä edellyttää useiden lukupäiden tulosteita tai useiden lukupäiden tulostamista, jotka muodostavat 2D-kuvan pinnasta. Näiden kuvien perusteella dekooderi palauttaa vastaavat bitit.