Seagate Technology започна со испорака на хард дискови со магнетно снимање (SMR) пред околу две години. Во овој период, компанијата продаде приближно четири милиони подобни дискови, што е едвај еден процент од сите хард дискови на компанијата испорачани во ова време. Сепак, Seagate е позитивен за овие уреди и има големи надежи за SMR.

Поплочената технологија на магнетно снимање ја зголемува густината на снимање на плочите за околу 25% поради делумно преклопување на патеките едни со други. Преклопувачките траки го забавуваат процесот на снимање, бидејќи за време на снимањето на една песна, треба да ја презапишете содржината на песните што се наоѓаат во близина (поточно, во истата група песни наречена бенд). За да се компензира за бавните брзини на пишување на SMR хард дисковите, производителите на дискови треба да создадат специјален фирмвер кој ги оптимизира последователните операции за запишување. Алтернативно, оперативниот систем и/или апликациите што користат хард дискови мора да разберат дека имаат работа со хард диск SMR и да вршат само последователни операции за запишување на одредени области на хард дисковите.

Како и да е, HDD-а кои користат технологија за снимање со плочки се побавни од HDD-а кои користат технологија за нормално снимање. Бидејќи центрите за податоци првенствено ги бараат хард дисковите со максимален капацитет, таквите ограничувања на перформансите се сосема прифатливи. Сепак, центрите за податоци кои почнуваат да користат SMR хард дискови за да го зголемат складирањето податоци, се принудени да го усовршат сопствениот софтвер, што го забавува ширењето на таквите HDD.

Иако употребата на хард дискови со SMR плочи има голем број карактеристики, додека на пазарот не влезат хард дискови базирани на TDMR (технологија за дводимензионална снимање) и HAMR (технологија за термално магнетно снимање), ќе се развиваат хард дискови базирани на SMR плочи. Досега, Seagate научи да ги крие недостатоците на технологијата за пишување со плочки за апликациите на центрите за податоци.

„Испорачавме околу четири милиони хард дискови со плочки.Дејв Мозли, извршен потпретседател за операции и технологија во Seagate, рече за време на состанокот со инвеститорите и финансиските аналитичари. „Ова го гледаме како многу успешно достигнување бидејќи научивме многу за апликациите на нашите клиенти. Подготвени сме да ги скриеме недостатоците на технологијата за снимање со плочки користејќи системи за складирање на повеќе нивоа, системи за кеширање итн.[за нашите клиенти] да не мора да прават тешки промени во нивните програми“.

Seagate работи со своите клиенти кои сакаат да ги приспособат апликациите за хард дискови со плочки, но компанијата исто така постојано работи на сопствен фирмвер кој може да ги скрие карактеристиките на SMR во случаи кога промените на апликациите се тешки или невозможни.

„Многу сме задоволни од напредокот што го постигнавме [со SMR-дисковите], снабдуваме хард дискови со плочки за различни платформи и подготвени сме да го прошириме нивното производство во 2016 година.- рече г-дин Мозли.

Покрај хард дисковите за архивирање податоци (серијата Seagate Archive), Seagate веќе користи плочки со плочки во надворешните и мобилните дискови на клиентите (се продаваат под брендовите Samsung и Seagate) и планира да користи SMR за други хард дискови. Бидејќи оперативните системи и апликациите на клиентите нема да се променат преку ноќ, компанијата ќе мора да развие специјална архитектура на хард диск за персонални компјутери што ќе ги земе предвид особеностите на технологијата за плочки и ќе ја израмни малата брзина на пишување на системите за кеширање и распоред на податоци на магнетни чинии.

Денес, растот на податоците по лице расте експоненцијално, а компаниите кои нудат решенија за складирање на овие податоци се стремат да направат се што е можно за да го зголемат расположливиот капацитет на нивните уреди. Технологијата за магнетно снимање со плочка со магнетно снимање (SMR) на Seagate ја подобрува густината на снимање, зголемувајќи го капацитетот на дискот за 25%. Ова е можно со зголемување на бројот на патеки на секоја плоча и намалување на растојанието меѓу нив. Песните се поставени една врз друга (како плочки на покрив), што ви овозможува да снимате повеќе податоци без да ја зголемите површината на плочата. Кога се пишуваат нови податоци, траките се преклопуваат или се „скратени“. Поради фактот што елементот за читање на главата на дискот е помал од елементот за запишување, тој може да чита податоци дури и од скратена патека без да го наруши нивниот интегритет и сигурност.

Сепак, следниов проблем е поврзан со технологијата SMR: за да се пребришат или ажурираат информациите, неопходно е да се презапише не само потребниот фрагмент, туку и податоците на последните песни. Бидејќи рекордерот е поширок, снима податоци на соседните траки, така што треба да ги презапишете и тие. Така, кога ги менувате податоците на долната патека, треба да ги поправите податоците на најблиската лента за преклопување, потоа на следната и така натаму, додека целата плоча не се препише.

Поради оваа причина, траките на дискот SMR се групирани во мали групи наречени касети. Надредени едни на други, соодветно, само песни во рамките на истата лента. Благодарение на оваа групација, ако некои податоци се ажурираат, не ќе мора да се препише целата плоча, туку само ограничен број на песни, што значително го поедноставува и забрзува процесот. За секој тип на диск, се развива сопствена архитектура на лента, земајќи го предвид обемот на неговата примена. Секоја производна линија на Seagate е дизајнирана за специфична апликација и околина, а технологијата SMR дава најдобри резултати кога се користи правилно.

Seagate SMR е технологијата за задоволување на сè поголемата побарувачка за дополнителен капацитет. Денес, тој активно се подобрува и, во комбинација со други иновативни методи, може да се користи за зголемување на густината на снимање на хард дисковите од следната генерација.

Но, пред сè, неопходно е да се разберат некои од нијансите на неговата примена.

Постојат три типа на уреди кои поддржуваат снимање со плочки:

Автономна (управувана со диск)

Работата со овие уреди не бара никакви промени во софтверот на домаќинот. Целата логика за пишување/читање е организирана од самиот уред. Дали тоа значи дека можеме само да ги инсталираме и да се опуштиме? бр.

Дисковите што ја имплементираат технологијата за пишување со управување со Drive обично имаат голема количина кеш за враќање назад (од 128 MB по диск). Во овој случај, секвенцијалните барања се обработуваат во режимот за запишување. Главните тешкотии со кои се соочуваат развивачите на уреди и системи за складирање базирани на оваа технологија за снимање се како што следува:

1. Големината на кешот е ограничена и како што се пополнува, можеме да добиеме непредвидливи перформанси на уредот.
2. Значајни нивоа на латентност понекогаш се јавуваат при силно испирање на кешот.
3. Одредувањето на секвенците не е секогаш тривијална задача, а во сложени случаи можеме да очекуваме деградација на перформансите.

Главната предност на овој пристап е целосната наназад компатибилност на уредите со постоечките оперативни системи и апликации. Со добро разбирање на вашата задача, можете да купите уреди со управување со Drive сега и да имате корист од технологијата. Понатаму во статијата, ќе ги видите резултатите од тестирањето на таквите уреди и ќе можете да одлучите како тие ви одговараат.

Управуван со домаќин

Овие уреди користат збир на екстензии на ATA и SCSI за да комуницираат со дисковите. Ова е различен тип на уред (14 часа) кој бара големи промени на целиот Склад за складирање и не е компатибилен со класичните технологии, односно без посебно прилагодување на апликациите и оперативните системи, нема да можете да ги користите овие дискови. Домаќинот мора да пишува на уреди строго последователно. Во исто време, перформансите на уредот се 100% предвидливи. Но, потребна е правилна работа на софтвер од повисоко ниво за да може перформансите на потсистемот за складирање да бидат навистина предвидливи.

Домаќинот е свесен

Ова се хибридни решенија кои ги комбинираат придобивките од технологиите „Управувано со уред“ и „Управувано со домаќин“. Со купување на такви дискови, добиваме поддршка за компатибилност наназад со можност за користење на специјални ATA и SCSI екстензии за оптимална работа со уредите SMR. Односно, и двајцата можеме едноставно да пишуваме на уреди, како што правевме претходно, и да го направиме тоа на најоптимален начин.

Со цел да се обезбеди работа со уреди со Host Managed и Host Aware, се развиваат неколку нови стандарди: ZBC и ZAC, кои се вклучени во T10 / T13. ZBC е продолжение на SCSI и е ратификуван од T10. Се развиваат стандарди за SMR-дискови, но може да се применат и на други уреди во иднина.

ZBC/ZAC дефинира модел на логички уред каде главниот елемент е зона, која е мапирана како опсег LBA.

Стандардите дефинираат три типа на логички зони на кои се поделени уредите:

1. Конвенционална зона - зона со која можеме да работиме на традиционален начин, како со обичните хард дискови. Односно, можеме да пишуваме последователно и случајно.

2. Два типа Зона на покажувач за пишување:

2.1. Претпочитано секвенцијално пишување - типот на главна зона за уредите Host Aware, се претпочита секвенцијално запишување. Случајните записи на уредите се постапуваат како уредите управувани со уред и може да предизвикаат влошување на перформансите.

2.2. Само последователно запишување - тип на главна зона за уреди со Host Manged, можно е само последователно запишување. Случајното пишување не е дозволено, а обидите да се направи тоа ќе врати грешка.

Секоја зона има свој Покажувач за пишување и свој статус. За сите уреди што поддржуваат тип на пишување HM, првата LBA од следната команда за запишување мора да одговара на позицијата на Покажувачот за пишување. За HA уредите, Write Pointer е информативен и служи за оптимизирање на ракувањето со дискот.

Покрај новата логичка структура, во стандардите се појавуваат и нови команди:

REPORT_ZONES е главниот метод преку кој можете да добиете информации за постоечките зони на уредот и нивниот статус. Како одговор на оваа команда, дискот ги известува постоечките зони, нивните типови (конвенционално, потребно е последователно запишување, претпочитано последователно запишување), статусот на зоната, големината, информациите за локацијата на покажувачот за пишување.

RESET_WRITE_POINTER е наследник на командата TRIM за уредите ZBC. Кога ќе се повика, зоната се брише и Покажувачот за пишување се преместува на почетокот на зоната.

За управување со статусот на зоната се користат три изборни команди:

OPEN_ZONE
CLOSE_ZONE
FINISH_ZONE

Додадени се нови информации на страниците на VPD, вклучувајќи го максималниот број на отворени зони за подобри перформанси и максималниот број на зони достапни за случајни пишувања со подобри перформанси.

Производителите на складишта треба да се грижат за поддршката на уредите HA / HM со правење промени на сите нивоа на оџакот: библиотеки, распоредувачи, RAID мотор, логички волумени, датотечни системи.

Дополнително, треба да обезбедите два типа на интерфејси за работа на апликациите: традиционален интерфејс, организирање низа како уред управуван од уред и виртуелна имплементација на волумен како уред HOST AWARE. Ова е неопходно бидејќи се очекува апликациите да работат директно со уредите HM/HA.

Општо земено, алгоритмот за работа со HA уреди е како што следува:

1. Дефинирајте ја конфигурацијата на уредот користејќи REPORT_ZONES
2. Дефинирајте области за случајно снимање
2.1. Количината е ограничена од можностите на уредот
2.2. Во овие зони, нема потреба да се следи позицијата на Покажувачот за пишување
3. Користете ги останатите зони за секвенцијално пишување и користење на информациите за позицијата на Write-Pointer и правење само секвенцијално пишување
4. Контролирајте го бројот на отворени зони
5. Користете собирање ѓубре за да го распределите Зонскиот базен

Некои техники за пишување може да се применат од достапните системи за складирање целосно блиц, за кои беа решени проблемите со секвенцијално запишување на простатата и собирање ѓубре.

RAIDIX ги тестираше погоните Seagate SMR во својата лабораторија и дава некои препораки за нивна употреба. Овие дискови се разликуваат по тоа што се Управувани со уред и не бараат некои поголеми промени во апликацијата.

За време на тестирањето, беше направен обид да се тестираат очекувањата за перформансите на таквите дискови и да се разбере за што можеме да ги користиме.

Тестовите вклучија два HDD-а од архива на Seagate со капацитет од 8000 GB.
Тестирањето беше извршено на оперативниот систем Debian верзија 8.1
Процесор Intel i7 c 2,67 MHz
16 GB RAM меморија
Дисковите имаат интерфејс SATA 3, контролорот го претворивме во режим AHCI.

За почеток, обезбедуваме информации за уредите со извршување на барање за пребарување.

За да го направите ова, го користевме множеството комунални услуги sg3-utils.

sg_inq /dev/sdb
стандардно ИСТРАЖУВАЊЕ:
PQual=0 Тип_уред=0 RMB=0 верзија=0x05
NormACA=0 HiSUP=0 Resp_data_format=2
SCCS=0 ACC=0 TPGS=0 3PC=0 Заштита=0 BQue=0
EncServ=0 MultiP=0 Adr16=0
WBus16=0 Синхронизирање=0 Поврзано=0 CmdQue=0
должина=96 (0x60) Тип на периферен уред: диск
Идентификација на продавач: ATA
Идентификација на производот: ST8000AS0002-1NA
Ниво на ревизија на производот: AR13
Сериски број на единицата: Z84011LQ

На страница 83 е VPD.

sg_inq /dev/sdb -p 0x83
ИСТРАЖУВАЊЕ VPD: Страница за идентификација на уред
Опис на ознаката број 1, должина на дескрипторот: 24
ознака_тип: специфичен добавувач , сет_код: ASCII

специфичен добавувач: Z84011LQ
Опис на ознаката број 2, должина на дескрипторот: 72
ознака_тип: Т10 идентификација на продавачот, сет_код: ASCII
поврзани со адресираната логичка единица
ИД на продавач: ATA
специфичен добавувач: ST8000AS0002-1NA17Z Z84011LQ

Не видовме ништо посебно. Обидите за читање информации за зоната не успеаја.

RAIDIX прави софтвер за системи за складирање кои работат во различни индустрии и се обидовме да не користиме специјализирани или платени одредници.

Започнуваме со проверка на перформансите на стриминг на дисковите на внатрешни и надворешни песни. Резултатите од тестот ќе ги дадат максималните очекувани перформанси на уредот и првенствено се конзистентни со задачи како што е архивирање на податоци.

Не ги допревме поставките на блок потсистемот. Ние вршиме тестирање со запишување податоци на дискови во блокови од 1 мегабајт. За ова го користиме реперот fio v.2.1.11.

Работите се разликуваат една од друга само по нивното поместување од почетокот на уредот и се стартуваат една по друга. libaio е избран како I/O библиотека.

Резултатите изгледаат добро:

Изведбата на надворешни и внатрешни патеки се разликува за речиси 2 пати.
Гледаме периодични падови на перформансите. Тие не се критични за архивирање, но можат да бидат проблем за други задачи. Со правилно функционирање на кешот за запишување назад на системот за складирање, претпоставуваме дека нема да набљудуваме таква ситуација. Имавме слично искуство, создавајќи RAID 0 низа од двата дискови, доделувајќи 2 GB RAM кеш на секој диск и не видовме падови во перформансите.

При читање неуспесите не се видливи. И последователните тестови ќе покажат дека SMR-дисковите не се разликуваат по перформанси од обичните дискови при операциите за читање.

Сега ќе спроведеме поинтересни тестови. Ајде да извршиме 10 нишки со различни поместувања во исто време. Ова го правиме со цел да ја провериме исправноста на баферирањето и да видиме како ќе работат дисковите на видео надзор, видео внесување и слични задачи.
Графиконите ја прикажуваат вкупната продуктивност за сите работни места:

Дискот добро се справи со товарот!

Перформансите остануваат на 90 MB/s, рамномерно распоредени низ нишките и нема големи падови. Распоредот за читање е апсолутно сличен, само подигнат за 20 MB. За складирање и дистрибуција на видео содржини, размена на големи датотеки, перформансите се соодветни и практично не се разликуваат од перформансите на конвенционалните дискови.

Како што се очекуваше, дисковите се покажаа добро во читањето и пишувањето на стриминг, а мултинишката беше пријатно изненадување за нас.

Да преминеме на „случајно“ читање и пишување. Ајде да видиме како дисковите се однесуваат во класичните задачи на претпријатието: складирање на датотеки со DBMS, виртуелизација итн. Покрај тоа, честата работа со метаподатоци и, на пример, овозможената дедупликација на низа спаѓаат во „случајни“ операции.

Ние тестираме во блокови од 16 килобајти и сè уште сме точни.
Во тестот поставивме неколку работни места со различни длабочини на редици, но нема да ги дадеме целосните резултати. Само почетокот на тестот е индикативен.

Првите 70,5 секунди гледаме нереални 2500 IOps за хард диск. Ова предизвикува чести неуспеси. Очигледно, во овој момент, тампонот е запишан и периодично се ресетира. Потоа има нагло опаѓање на 3 IOps, што трае до крајот на тестот.

Ако почекате неколку минути, а потоа откако кешот се ресетира, ситуацијата ќе се повтори.

Може да се очекува дека со мал број случајни операции, дискот ќе се однесува добро. Но, ако очекуваме интензивно оптоварување на уредот, подобро е да се воздржите од користење SMR-дискови. RAIDIX препорачува преместување на сите метаподатоци на надворешни уреди секогаш кога е можно.

Што е со случајното читање?
Во овој тест, го ограничивме времето на одговор на 50 ms. Нашите уреди работат добро.

Читањето е во опсег од 144-165 IOPs. Самите бројки не се лоши, но ширењето на 20 ИОП е малку страшно. Фокусирајте се на крајната линија. Резултатот не е лош, на ниво на класични дискови.

Ајде малку да го промениме нашиот пристап. Ајде уште еднаш да погледнеме во работата со голем број датотеки.
Во ова ќе ни помогне алатката Frametest од SGI. Овој репер е дизајниран да ги тестира перформансите на вашиот систем за складирање при уредување некомпресирано видео. Секоја рамка е посебна датотека.

Создадовме датотечен систем xfs и го монтиравме со следниве опции:
-o noatime,nodiratime,logbufs=8,logbsize=256k,largeio,inode64,swalloc,allocsize=131072k,nobarrier

Извршете тест на рамка со следните параметри:

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

Реперот создава датотеки од 2000 8MB.

Почетокот на тестот оди добро:

Просечни детали:

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

Но, по снимањето на 1500 фрејмови, ситуацијата значително се влошува:

Просечни детали:
Отворете ја стапката на податоци за влез/излез на рамката Стапка на рамка
Последна 1 секунда: 0,035 ms 121,88 ms 121,92 ms 65,39 MB/s 8,2 fps
5s: 0,036ms 120,78ms 120,83ms 65,98MB/s 8,3fps

Просечни детали:
Отворете ја стапката на податоци за влез/излез на рамката Стапка на рамка
Последна 1 секунда: 0,036 ms 438,90 ms 438,94 ms 18,16 MB/s 2,3 fps
5s: 0,035ms 393,50ms 393,55ms 20,26MB/s 2,5fps

Ајде да направиме тест за читање:

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

Во текот на тестот, перформансите се одлични:

Просечни детали:
Последна 1 секунда: 0,004 ms 41,09 ms 41,10 ms 193,98 MB/s 24,3 fps
5s: 0,004ms 41,09ms 41,10ms 193,98MB/s 24,3fps

Во моментов, се работи на специјализирани датотечни системи за SMR-дискови.
Seagate развива SMR_FS-EXT4 базиран на ext4. Можно е да се најдат неколку датотечни системи структурирани со дневник дизајнирани специјално за SMR-дискови со Управување со уреди, но ниту еден од нив не може да се нарече зрел, препорачан производ за имплементација. Seagate исто така развива Host Aware верзија на SMR погонот, која треба да биде завршена пред крајот на годината.

Какви заклучоци можеме да извлечеме од резултатите од мерењата на перформансите?
Уредите со кои се управува со уред може безбедно да се користат за задачи што не се разликуваат во интензивното снимање. Тие одлично се справуваат со задачите за снимање со една и повеќе нишка. Тие се одлични за читање податоци. Периодични „случајни“ барања на дискот за ажурирања на метаподатоци се трошат од голем кеш.

За решавање на проблеми кои се карактеризираат со интензивно „случајно“ снимање или ажурирање на голем број датотеки, таквите уреди не се многу соодветни, барем без употреба на дополнителни технички средства.

Параметарот MTBF на тестираните дискови е 800.000 часа, што е 1,5 пати помал од оној на, на пример, NAS-дисковите. Големиот волумен на дискови значително го зголемува времето за обновување и го прави речиси невозможно редовното скенирање на медиуми. Препорачуваме кога дизајнирате складирање со такви дискови, да се потпрете на RAID со паритет поголем од 2 и/или пристапи кои го намалуваат времето за обнова (на пр., Parity Declustering).

Технологијата Shingled Magnetic Recording (SMR) развиена од специјалисти на Seagate наскоро ќе овозможи зголемување на густината на податоците на плочите на хард дискот за 25% поради фундаментално новиот распоред на патеката. Следната година ќе започне масовно производство на 3,5-инчни хард дискови со капацитет од 5 TB, а до 2020 година максималниот волумен на таквите дискови ќе достигне 20 TB.

информативна експлозија

Според експертите, светската популација од околу 7 милијарди луѓе моментално генерира вкупно 2,7 зетабајти податоци годишно. И не треба да сте специјалист за информатичка технологија за да разберете дека оваа бројка ќе се зголемува само секоја наредна година. Еден од факторите што придонесува за ова е зголемувањето на пропусниот опсег на каналите што се користат за поврзување на Интернет и преку фиксни линии и преку јавни области за безжичен пристап и мобилни мрежи. Од година во година, количината на податоци (и, пред сè, медиумски датотеки) што се поставуваат во складиштето во облак, како и складирани на хард дисковите на домашните компјутери и NAS-дисковите, се зголемува. И ова е сосема природно. Прво, се зголемува резолуцијата на фото и видео камерите за домаќинство и, следствено, обемот на зачувани слики и видео снимки со ист број на снимки и видео тајминг. Второ, поради зголемувањето на пропусниот опсег на каналите за пристап до Интернет, стана возможно да се проследуваат медиумски содржини со многу повисок квалитет. Секако, видеото со висока дефиниција (особено во стереоскопски формат) бара многу повеќе простор за складирање отколку датотеките со стандардна дефиниција.

Сериозен фактор што создава дополнително оптоварување на системите за складирање податоци е брзиот раст на флотата на мобилни уреди - првенствено паметни телефони и таблет компјутери. Бидејќи таквите гаџети, како по правило, се опремени со релативно мала количина внатрешна меморија, нивните сопственици честопати треба да користат надворешни погони за складирање и на самогенерирана и надворешно преземена медиумска содржина.

Според Џон Риднинг, потпретседател за истражување на пазарот за хард дискови во фирмата за истражување на пазарот IDC, индустријата за хард дискови моментално доживува период на значителен раст. Вкупниот капацитет на испорачаните дискови се мери во петабајти, а годишниот пораст на овој индикатор е околу 30%. Меѓутоа, во исто време, програмерите успеваат да ја зголемат специфичната густина на магнетното снимање за помалку од 20% годишно.

Така, и покрај постојаното подобрување на технологиите што се користат во хард дисковите, производителите на овие компоненти не се во чекор со брзорастечките потреби на пазарот. Сепак, за ова тешко може да се обвинат програмерите, кои веќе неуморно бараат сè повеќе нови начини за зголемување на густината на магнетното снимање.

Seagate, на пример, беше првиот што ја воведе технологијата за перпендикуларно магнетно снимање (PMR) во комерцијалните хард дискови во 2007 година. Поради ориентацијата на магнетните домени кои не се паралелни со рамнината на дискот, туку нормално на него, беше можно да се намали големината на патеката и со тоа да се зголеми капацитетот на една плоча до 250 GB.

Пет години подоцна, благодарение на систематскиот развој на оваа технологија, беше можно да се зголеми специфичната густина на магнетното снимање за четири пати и да се собере 1 TB податоци на една плоча. Ова достигнување доведе до масовно производство на 3,5-инчни хард дискови со капацитет од 4 TB. Но, во сегашните услови тоа веќе не е доволно.

Еден начин да се премости зголемениот јаз помеѓу побарувачката на корисникот и перформансите на хард дискот е да се воведе технологија за магнетно снимање (SMR) развиена од Seagate. Ајде да видиме што е суштината на ова решение.

Принцип на херпес зостер

Повеќето читатели веројатно знаат дека податоците на површината на плочите на хард дискот се запишуваат на таканаречените траки, кои можат да се поедностават како збир на концентрични кругови (сл. 1). Колку е помала ширината на патеките и интервалите меѓу нив, толку е поголема специфичната густина на снимање, а оттука и капацитетот на погонот со истиот фактор на форма и број на плочи.

Ориз. 1. Распоред на песна
на површината на магнетната плоча

Со традиционалниот метод на магнетно снимање, минималната ширина на патеката се одредува според физичките димензии на елементот за снимање на главата на тврдиот диск (сл. 2). До денес, границата на минијатуризација на елементите на магнетната глава е веќе достигната, а дополнително намалување на нивната големина со користење на постоечки технологии е невозможно.

Ориз. 2. Со традиционалниот распоред на патеките, нивната минимална ширина
ограничен со големината на елементот за снимање на магнетната глава на погонот

Технологијата SMR овозможува да се заобиколи ова ограничување и да се зголеми специфичната густина на снимање поради погустата поставеност на траките, кои се делумно надредени една врз друга како елементи на покрив со ќерамиди (сл. 3). Како што се пишуваат нови податоци, патеките со претходно зачувани податоци се отсечени како да. Бидејќи ширината на елементот за читање на магнетната глава е помала од ширината на елементот за снимање, сите податоци на плочата сè уште може да се читаат од исечените траки без да се загрозат интегритетот и безбедноста на овие информации.

Ориз. 3. Кога се користи SMR технологијата, патеките се поблиску распоредени,
се преклопуваат еден со друг

Додека сè е едноставно и јасно. Меѓутоа, ако треба да напишете нови податоци над постоечките, се јавува проблем. На крајот на краиштата, во овој случај, ќе треба да го презапишете не само овој фрагмент директно, туку и блоковите на податоци на следните песни. Бидејќи елементот за снимање на магнетната глава е поширок од елементот за читање, процесот на препишување ќе ги уништи податоците претходно складирани на соседните области на соседните траки (сл. 4). Така, за да се обезбеди интегритет на претходно снимените информации, овие блокови мора прво да се баферираат, а потоа да се запишат назад на соодветната патека. Покрај тоа, оваа операција ќе треба да се повторува последователно за сите наредни патеки - додека не се достигне границата на работната површина на магнетната плоча.

Ориз. 4. Во процесот на препишување податоци на еден
од патеките, ќе биде засегнат дел од соседната патека

Имајќи ја предвид оваа карактеристика, траките во хард дисковите со SMR технологија се поделени во мали групи - таканаречени пакети (сл. 5). Овој пристап обезбедува пофлексибилна контрола врз процесот на додавање и препишување податоци и што е најважно, ви овозможува да го намалите бројот на дополнителни циклуси на препишување и со тоа да ги зголемите перформансите на уредот. Дури и ако пакетот е веќе полн, тогаш кога се заменува блок на податоци во него, ќе биде неопходно да се препишат делови од само ограничен број песни (до границата на овој пакет).

Ориз. 5. Распоред на патеките во пакетот

Структурата на пакетите на погонот може да биде различна во зависност од опсегот на одреден модел. Така, за секое семејство на хард дискови, можете да креирате единствена структура на пакети, оптимизирана за специфичната употреба на овие дискови.

Важно е да се напомене дека воведувањето на SMR технологијата не бара значителни промени во дизајнот на магнетните глави и реструктуирање на процесот на производство на овие компоненти. Ова ќе ги задржи трошоците за новите дискови на исто ниво, а поради поголемиот капацитет, ќе се постигнат уште поатрактивни индикатори за единечната цена на складирање податоци.

Заклучок

Значи, SMR технологијата е многу ефикасно решение кое ви овозможува да ја задоволите растечката потреба за зголемување на максималниот капацитет на хард дисковите за кратко време и со минимални трошоци. Во првата фаза на имплементација на SMR технологијата, таа ќе ја зголеми густината на снимање на податоци за 25% - од 1 на 1,25 TB на плоча од 3,5 инчи. Така, следната година ќе може да се произведуваат хард дискови со капацитет од 5 TB.

Важно е да се напомене дека во случај на воведување на SMR технологија, зголемување на капацитетот на погоните се постигнува без зголемување на бројот на магнетни глави и/или плочи за хард дискови. Така, новите хард дискови со поголем капацитет ќе бидат исто толку сигурни како и претходно произведените модели со ист облик. Покрај тоа, како што беше споменато погоре, воведувањето на SMR технологијата не бара значителни промени во дизајнот на хард дискот. Ова, особено, овозможува користење на истите магнетни глави и плочи што се инсталирани во сегашните модели.

Друга предност на SMR е можноста за комбинирање на ова решение со различни технологии за магнетно снимање. Во моментов се користи во хард дискови со нормално магнетно снимање, но во иднина може да се користи во комбинација со други решенија што ќе овозможат да се постигне уште поголема специфична густина на снимање.

Статија базирана на материјали од Seagate

Светот околу нас станува помобилен, а на луѓето им треба се повеќе и повеќе капацитет на уредите со кои тие создаваат и користат дигитални информации. Аналитичарите на Seagate предвидуваат дека до 2015 година, ќе има 20-кратно зголемување на бројот на семејства кои создаваат најмалку 1 TB податоци месечно - снимени и прегледани стриминг видео, фотографии, музика итн. 1

Едно време, Seagate беше еден од првите што претстави диск што поддржува технологија за нормално снимање на пазарот. Благодарение на оваа технологија, до 2007 година компанијата можеше да развие плочи за дискови со капацитет до 250 GB (серија ® ). Пет години подоцна, истата технологија овозможи да се вклопат рекорден број песни по инч на дискот и да се зголеми густината на снимање на 1 ТБ по послужавник. Но, дури и овој исклучителен капацитет (1 TB по послужавник, за вкупно 4 TB на диск) веќе се смета за недоволен од современите корисници.

Разбирање на Seagate SMR технологијата
Технологијата за магнетно снимање (SMR) на Seagate е ново ниво на густина на снимање што го зголемува капацитетот на дискот за 25% со зголемување на бројот на песни по инч по послужавник.

Со традиционалните технологии, ширината на патеките и растојанието меѓу нив се одредуваат според големината на елементите за читање и запишување на главата на дискот (сл. 1).

Ориз. 1. Традиционалниот метод на поделба на патеките.

Технолошки, елементите за читање и пишување во современите хард дискови засновани на нормално магнетно снимање ја достигнаа границата на нивните можности. Во рамките на постоечките технологии, понатамошното намалување на големината и на овие елементи и на патеките на кои тие читаат и пишуваат е невозможно.

SMR технологијата ви овозможува да ја зголемите густината на снимање со намалување на растојанието помеѓу песните. Песните се наредени една врз друга како ќерамиди на покрив, овозможувајќи повеќе податоци да се снимаат на истиот простор. Кога се пишуваат нови податоци, траките се преклопуваат или се „скратени“. Поради фактот што елементот за читање на главата на дискот е помал од елементот за запишување, тој може да чита податоци дури и од скратена патека без да го наруши нивниот интегритет и сигурност. Покрај тоа, со магнетно снимање со плочки, може да се користат традиционални типови на елементи за читање и пишување. Благодарение на ова, производството на нов производ нема да бара значителни инвестиции, што значи дека нема потреба од зголемување на цената на хард дисковите кои ја поддржуваат новата технологија.

Ориз. 2. Поделба на патеки со помош на SMR технологија

Сепак, следниов проблем е поврзан со технологијата SMR: ако треба да преработите или ажурирате дел од информациите, ќе мора да го преработите не само потребниот фрагмент, туку и податоците на следните песни. Бидејќи елементот за снимање е поширок од областа што не се преклопува на патеката, тој доловуваисто така и податоците за соседните траки, што значи дека подоцна ќе треба да ги презапишете (сл. 3). Така, кога ги менувате податоците на долната патека, треба да ги поправите податоците на најблиската лента за преклопување, потоа на следната и така натаму, додека целата плоча не се препише.

Ориз. 3. Елементот за снимање ги преклопува песните што се преклопуваат

Поради оваа причина, траките на дискот SMR се групирани во мали групи наречени касети. Надредени едни на други, соодветно, само патеките во истата лента (сл. 4). Благодарение на оваа групација, ако некои податоци се ажурираат, не ќе мора да се препише целата плоча, туку само ограничен број на песни, што значително го поедноставува и забрзува процесот.

Ориз. 4. Структурата на лентата на дискот SMR

За секој тип на диск, се развива сопствена архитектура на лента, земајќи го предвид обемот на неговата примена. Секоја линија на производи на Seagate е дизајнирана за специфична апликација и околина, а технологијата SMR ви помага да ги добиете најдобрите резултати од таа употреба.

Сумирање
Seagate SMR е ефикасна технологија за задоволување на сè поголемата побарувачка за дополнителен капацитет. Технологијата SMR во моментов активно се подобрува и, во комбинација со други иновативни методи, може да се користи за зголемување на густината на снимање на хард дисковите од следната генерација.

Seagate и партнерите продолжуваат да го тестираат и подобруваат методот на магнетно снимање со плочки за целосно искористување на неговите придобивки за различни типови погони. Експертите на Seagate веќе ги водат членовите на работните групи за стандардизирање на најдобрите начини за користење на SMR технологијата.

Во 2014 година, Seagate го претстави својот следен иновативен развој - прв во светот, благодарение на што нивниот капацитет веќе во првата генерација е 25% поголем од капацитетот на традиционалните решенија. Воведувањето на SMR технологијата ќе им овозможи на развивачите на Seagate да ја подобрат архитектурата на постоечките погони, со што нивното купување ќе биде попрофитабилно од економска гледна точка.

1 Истражување на пазарот на Seagate август 2013 година

Денес, многумина веруваат дека магнетните хард дискови се премногу бавни, несигурни и технички застарени. Во исто време, дисковите со цврста состојба, напротив, се на врвот на својата слава: секој мобилен уред има медиум за складирање базиран на флеш меморија, па дури и десктоп компјутерите користат такви погони. Сепак, нивните изгледи се многу ограничени. Според прогнозата на CHIP, SSD дисковите ќе опаднат малку повеќе, густината на податоците, а со тоа и капацитетот на дискот, најверојатно ќе се удвои, а потоа ќе дојде крајот. SSD-а од 1 TB секогаш ќе бидат прескапи. Наспроти нивната позадина, тврдите магнетни дискови со ист капацитет изгледаат многу привлечни, па затоа е рано да се зборува за падот на ерата на традиционалните дискови. Денес, сепак, тие се на крстопат. Потенцијалот на сегашната технологија, перпендикуларниот метод на снимање, овозможува уште два годишни циклуси во текот на кои ќе бидат пуштени нови модели со поголем капацитет, а потоа ќе се достигне лимитот.

Ако трите главни производители - Seagate, Western Digital и Toshiba - можат да направат транзиција кон една од новите технологии претставени во овој напис, тогаш 60 TB или повисоките 3,5-инчни хард дискови (што е 20 пати поголем од сегашните модели) престануваат да работат. биде недостижен луксуз. Во исто време, брзината на читање исто така ќе се зголеми, достигнувајќи го нивото на SSD, бидејќи директно зависи од густината на податоците што се пишуваат: колку е помало растојанието што треба да го покрие главата за читање, толку побрзо работи дискот. Затоа, ако нашата „информативна глад“ продолжи да расте, сите „ловорики“ ќе одат на тврди магнетни дискови.

Перпендикуларен метод на снимање

Веќе некое време, хард дисковите го користат методот на нормално снимање (на вертикално распоредени домени), што обезбедува поголема густина на податоците. Во моментов тоа е норма. Следните технологии ќе го задржат овој метод.

6 ТБ: ограничувањето е речиси достигнато

За две години, дисковите со перпендикуларен метод на снимање ќе ја достигнат границата на густината на податоците на плочата.

Во современите хард дискови со капацитет до 4 TB, густината на снимање на магнетните плочи не надминува 740 Gbit по квадратен инч. Производителите ветуваат дека погоните кои користат перпендикуларен метод на снимање ќе можат да обезбедат индикатор од 1 Tbps по квадратен инч. За две години, ќе биде објавена последната генерација на такви дискови: капацитетот на моделите од 3,5 инчи ќе достигне 6 TB, а моделите од 2,5 инчи ќе можат да обезбедат малку повеќе од 2 TB простор на дискот. Сепак, таквата скромна стапка на раст на густината на запишување повеќе не е во чекор со нашата постојано зголемена глад за информации, што е прикажано на следните графикони.

Проблемот со изборот на материјали

Хард дисковите со перпендикуларен метод на снимање не се во можност да ги задоволат растечките потреби во областа на складирање податоци, бидејќи со густина на снимање од нешто повеќе од 1 Tbit на квадратен инч, тие се принудени да се борат против ефектот на суперпарамагнетизмот. Овој термин значи дека честичките со одредена големина на магнетни материјали не се способни да одржуваат состојба на магнетизација долго време, што може наеднаш да се промени под влијание на топлината од околината. Големината на честичките со која се јавува овој ефект зависи од употребениот материјал (види табела подолу). Плочите на современите HDD со нормално снимање се направени од легура на кобалт, хром и платина (CoCrPt), чии честички имаат дијаметар од 8 nm и должина од 16 nm. За да сними еден бит, главата треба да магнетизира околу 20 такви честички. Со дијаметар од 6 nm и помалку, честичките од оваа легура не се способни со сигурност да ја одржат состојбата на нивното магнетно поле.

Во индустријата за хард дискови многу се зборува за „трилемата“. Производителите можат да користат три главни начини за зголемување на густината на снимање: промена на големината на честичките, нивниот број и видот на легура од која се составени. Но, кога големината на честичките на легурата CoCrPt е од 6 nm, употребата на еден од методите ќе доведе до фактот дека другите два ќе бидат бескорисни: ако големината на честичките се намали, тогаш тие ќе ја изгубат својата магнетизација. Ако го намалите нивниот број по бит, нивниот сигнал ќе се „распушти“ во амбиенталниот шум на соседните битови. Главата за читање нема да може да каже дали има работа со „0“ или со „1“. Легура со повисоки магнетни карактеристики овозможува користење на помали честички и овозможува намалување на нивниот број, но во овој случај главата за снимање не може да ја промени нивната магнетизација. Оваа трилема може да се реши само ако производителите го напуштат перпендикуларниот метод на снимање. За да го направите ова, веќе се подготвени неколку технологии.

До 60 TB: нови технологии за снимање

Густината на снимање на идните HDD може да се зголеми десеткратно - со помош на микробранови, ласери, SSD контролери и нови легури.

Најперспективниот развој способен да обезбеди густина на снимање од над 1 Tbit на квадратен инч е технологијата на магнетно снимање со делумно преклопување на траките (методот на снимање со „плочка“ - Shingled Magnetic Recording, SMR). Нејзиниот принцип е дека магнетните траки на SMR дискот се делумно преклопени, слично на плочките на покривот. Оваа технологија ја надминува тешкотијата својствена за перпендикуларниот метод на снимање: дополнителното намалување на ширината на патеките неизбежно ќе доведе до неможност за снимање податоци. Современите дискови имаат посебни траки со ширина од 50 до 30 nm. Минималната можна ширина на патеката за нормално снимање е 25 nm. Во технологијата SMR, поради делумно преклопување, ширината на патеката за главата за читање може да биде до 10 nm, што одговара на густина на снимање од 2,5 Tbps по квадратен инч. Трикот е да се зголеми ширината на патеките за снимање на 70 nm, а истовремено да се осигура дека работ на патеката е 100% магнетизиран. Работ на песната нема да се промени ако ја напишете следната со поместување од 10 nm. Покрај тоа, главата за снимање е опремена со заштитен штит за да се спречи неговото силно магнетно поле да ги оштети податоците одоздола. Што се однесува до главата, таа е веќе развиена
од Хитачи. Сепак, постои уште еден проблем: обично на магнетен диск се врши директно посебно препишување на битови, а во рамките на технологијата SMR тоа е можно само на најгорната патека на послужавникот. За да ги промените битовите лоцирани на долната патека, ќе треба да ја преработите целата плоча, што ги намалува перформансите.

Ветувачки наследник: HAMR

Во меѓувреме, меѓународната организација за дискови, материјали и опрема IDEMA претпочита магнетно снимање со помош на топлина (HAMR, магнетно снимање со помош на топлина) и го смета за најверојатен претендент за улогата на наследник на технологијата за нормално снимање. Марк Гуинен од одборот на директори на IDEMA предвидува дека првите HAMR дискови ќе бидат во продажба во 2015 година.
За разлика од SMR, HAMR технологијата ја решава трилемата со намалување на магнетните честички, а тоа бара премин кон нов материјал. За HAMR-дисковите, неопходно е да се користи материјал со повисока анизотропна енергија - најмногу ветува легура на железо и платина (FePt). Анизотропијата одредува колку енергија е потребна за демагнетизирање на материјалот. Во FePt е толку висока што само честичките од 2,5 nm се среќаваат со суперпарамагнетната граница (види табела во следниот дел). Оваа околност би овозможила производство на хард дискови со капацитет од 30 TB со густина на снимање од 5 Tbit на квадратен инч.

Проблемот е што самата глава за запишување не може да ја промени магнетната ориентација на честичките од легура FePt. Затоа, во дисковите HAMR, во него е вграден ласер, кој моментално загрева честички на површина од неколку нанометри до температура од околу 400 ° C. Како резултат на тоа, главата за снимање бара помалку енергија за да го промени магнетното поле на честичките. Врз основа на вредностите за густина на запишување, термички потпомогнатите магнетни дискови за снимање можат да имаат големи брзини на читање (околу 400-500 MB/s), што денес е остварливо само за SATA 3 SSD-дискови.

Покрај ласерот, осцилаторот на вртежен момент, кој емитира микробранови, може да снима и на плочи од легура FePt. Микробрановите ги менуваат карактеристиките на магнетното поле на честичките на таков начин што слабата глава за снимање лесно ги ремагнетизира. Генерално, генераторот ја зголемува ефикасноста на главата за снимање за три пати. Технологијата на микробранова магнетна снимка (Микробранова асистирана магнетна снимка, MAMR), за разлика од HAMR, сè уште е во развој.

Нова метална легура за термомасажни магнетни дискови за снимање

Легурата FePt во дискот HAMR има поголема анизотропна енергија и поголема способност за магнетизирање. Во споредба со перпендикуларната метода на снимање, овде може да се користат помали честички.

Што се случува по HAMR?

Технологијата на битови медиуми (BPM) долго време се сметаше за најперспективна. Тој дава различно решение за трилемата: во овој случај, магнетните честички се одделени една од друга со изолационен слој од силициум оксид. За разлика од традиционалните магнетни дискови, областите што можат да се магнетизираат се применуваат со помош на литографија, како во производството на чипови. Ова го прави производството на BPM медиуми прилично скапо. BPM ви овозможува да го намалите бројот на честички по бит и во исто време да го избегнете влијанието на бучавата на соседните честички на сигналот. Единствениот проблем денес е да се создаде глава за читање/запишување што може да обезбеди висока прецизна контрола на BPM битови. Затоа, BPM во моментов се смета за најверојатен наследник на HAMR. Ако ги комбинирате двете технологии, може да постигнете густина на снимање од 10 Tbit на квадратен инч и да произведете дискови со капацитет од 60 TB.

Нов предмет на истражување е технологијата на дводимензионално магнетно снимање (Two Dimensional Magnetic Recording, TDMR), која ја решава трилемата со елиминирање на тешкотијата поврзана со односот сигнал-шум. Со мал број на честички по бит, главата за читање добива нејасен сигнал, бидејќи има мала моќност и се губи во бучавата на соседните честички. Карактеристика на технологијата TDMR е можноста за враќање на изгубениот сигнал. Ова бара повеќекратни отпечатоци за читање или печатење на повеќе глави за читање што формираат 2D слика на површината. Врз основа на овие слики, декодерот ги обновува соодветните битови.