Seagate Technology เริ่มจัดส่งฮาร์ดไดรฟ์แบบบันทึกด้วยแม่เหล็ก (SMR) เมื่อประมาณสองปีที่แล้ว ในช่วงเวลานี้ บริษัทได้ขายไดรฟ์ที่เข้าเกณฑ์ได้ประมาณ 4 ล้านไดรฟ์ ซึ่งคิดเป็นเกือบ 1 เปอร์เซ็นต์ของฮาร์ดดิสก์ทั้งหมดของบริษัทที่จัดส่งในช่วงเวลานี้ อย่างไรก็ตาม Seagate คิดบวกเกี่ยวกับอุปกรณ์เหล่านี้และมีความหวังสูงสำหรับ SMR
เทคโนโลยีการบันทึกด้วยแม่เหล็กแบบเรียงต่อกันจะเพิ่มความหนาแน่นของการบันทึกบนเพลตประมาณ 25% เนื่องจากการทับซ้อนบางส่วนของแทร็กซึ่งกันและกัน แทร็กที่ทับซ้อนกันจะทำให้กระบวนการบันทึกช้าลง เพราะในระหว่างการบันทึกของแทร็กหนึ่ง คุณต้องเขียนทับเนื้อหาของแทร็กที่อยู่ใกล้เคียง (ให้แม่นยำยิ่งขึ้นในกลุ่มแทร็กเดียวกันที่เรียกว่าวงดนตรี) เพื่อชดเชยความเร็วในการเขียนช้าของฮาร์ดไดรฟ์ SMR ผู้ผลิตไดรฟ์ต้องสร้างเฟิร์มแวร์พิเศษที่ปรับการดำเนินการเขียนตามลำดับให้เหมาะสม ระบบปฏิบัติการและ/หรือแอปพลิเคชันที่ใช้ฮาร์ดไดรฟ์ต้องเข้าใจว่ากำลังจัดการกับฮาร์ดไดรฟ์ SMR และดำเนินการเขียนตามลำดับเฉพาะในบางพื้นที่ของฮาร์ดไดรฟ์เท่านั้น
ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด HDD ที่ใช้เทคโนโลยีการเขียนแบบเรียงต่อกันจะช้ากว่า HDD ที่ใช้เทคโนโลยีการเขียนแบบตั้งฉาก เนื่องจากศูนย์ข้อมูลต้องการฮาร์ดไดรฟ์ที่ใหญ่ที่สุดเป็นหลัก ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพดังกล่าวจึงเป็นที่ยอมรับได้ค่อนข้างดี อย่างไรก็ตาม ศูนย์ข้อมูลที่เริ่มใช้ฮาร์ดไดรฟ์ SMR เพื่อเพิ่มพื้นที่จัดเก็บข้อมูล ถูกบังคับให้ปรับแต่งซอฟต์แวร์ของตนเอง ซึ่งจะทำให้การแพร่กระจายของ HDD ดังกล่าวช้าลง
แม้ว่าการใช้ฮาร์ดไดรฟ์ที่มีแผ่นเสียง SMR จะมีคุณสมบัติหลายอย่าง จนกระทั่งฮาร์ดไดรฟ์ที่ใช้เทคโนโลยี TDMR (เทคโนโลยีการบันทึกแบบสองมิติ) และเทคโนโลยี HAMR (เทคโนโลยีการบันทึกด้วยคลื่นความร้อน) เข้าสู่ตลาด ฮาร์ดไดรฟ์ที่ใช้แผ่นเสียง SMR จะพัฒนาขึ้น ถึงตอนนี้ Seagate ได้เรียนรู้ที่จะซ่อนข้อบกพร่องของเทคโนโลยีการเขียนแบบเรียงต่อกันสำหรับแอปพลิเคชันศูนย์ข้อมูล
“เราได้ส่งมอบฮาร์ดไดรฟ์แบบเรียงต่อกันไปแล้วประมาณสี่ล้านตัว” Dave Mosley รองประธานบริหารฝ่ายปฏิบัติการและเทคโนโลยีของ Seagate กล่าวระหว่างการประชุมกับนักลงทุนและนักวิเคราะห์ทางการเงิน “เราเห็นว่านี่เป็นความสำเร็จที่ประสบความสำเร็จอย่างมาก เพราะเราได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับแอปพลิเคชันของลูกค้า เราพร้อมที่จะซ่อนข้อบกพร่องของเทคโนโลยีการบันทึกแบบเรียงต่อกันโดยใช้ระบบจัดเก็บข้อมูลหลายระดับ ระบบแคช ฯลฯ[เพื่อให้ลูกค้าของเรา] ไม่ต้องทำการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่กับโปรแกรมของพวกเขา"
ซีเกททำงานร่วมกับลูกค้าที่ต้องการปรับแต่งแอปพลิเคชันสำหรับฮาร์ดไดรฟ์แบบเรียงต่อกัน แต่บริษัทยังทำงานอย่างต่อเนื่องกับเฟิร์มแวร์ของตัวเองที่สามารถซ่อนคุณสมบัติ SMR ในกรณีที่การเปลี่ยนแปลงแอปพลิเคชันทำได้ยากหรือเป็นไปไม่ได้
“เรายินดีเป็นอย่างยิ่งกับความก้าวหน้าที่เราทำ [ด้วยไดรฟ์ SMR] เรากำลังจัดหาฮาร์ดไดรฟ์แบบเรียงต่อกันสำหรับแพลตฟอร์มต่างๆ และพร้อมที่จะขยายการผลิตในปี 2559”นายมอสลีย์กล่าว
นอกจากฮาร์ดไดรฟ์สำหรับการเก็บข้อมูลถาวร (ซีรี่ส์ Seagate Archive) แล้ว Seagate ยังใช้แผ่นกระเบื้องภายในไดรฟ์ภายนอกและมือถือของไคลเอ็นต์ (จำหน่ายภายใต้แบรนด์ Samsung และ Seagate) และวางแผนที่จะใช้ SMR สำหรับฮาร์ดไดรฟ์อื่นๆ เนื่องจากระบบปฏิบัติการและแอปพลิเคชันของลูกค้าจะไม่เปลี่ยนแปลงในชั่วข้ามคืน บริษัทจะต้องพัฒนาสถาปัตยกรรมฮาร์ดไดรฟ์พิเศษสำหรับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล โดยจะพิจารณาถึงลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยีแบบเรียงต่อกันและปรับระดับความเร็วในการเขียนต่ำของระบบแคชและเลย์เอาต์ข้อมูลบนแม่เหล็ก จาน
ทุกวันนี้ การเติบโตของข้อมูลต่อคนเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ และบริษัทต่างๆ ที่เสนอโซลูชันการจัดเก็บข้อมูลสำหรับข้อมูลนี้กำลังพยายามทำทุกอย่างที่ทำได้เพื่อเพิ่มความจุที่พร้อมใช้งานของอุปกรณ์ของตน เทคโนโลยีการบันทึกด้วยแม่เหล็กกระเบื้อง Shingled Magnetic Recording (SMR) ของ Seagate ช่วยเพิ่มความหนาแน่นในการบันทึก เพิ่มความจุดิสก์ได้ถึง 25% เป็นไปได้โดยการเพิ่มจำนวนแทร็กในแต่ละจานและลดระยะห่างระหว่างกัน แทร็กวางทับกัน (เช่นกระเบื้องบนหลังคา) ซึ่งช่วยให้คุณบันทึกข้อมูลได้มากขึ้นโดยไม่ต้องเพิ่มพื้นที่ของจาน เมื่อมีการเขียนข้อมูลใหม่ แทร็กจะทับซ้อนกันหรือ "ถูกตัดทอน" เนื่องจากองค์ประกอบการอ่านบนหัวดิสก์มีขนาดเล็กกว่าองค์ประกอบการเขียน จึงอ่านข้อมูลได้แม้จากแทร็กที่ถูกตัดทอนโดยไม่ละเมิดความสมบูรณ์และความน่าเชื่อถือ
อย่างไรก็ตาม ปัญหาต่อไปนี้เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี SMR: ในการเขียนทับหรืออัปเดตข้อมูล จำเป็นต้องเขียนทับไม่เฉพาะส่วนที่ต้องการเท่านั้น แต่ยังรวมถึงข้อมูลในแทร็กสุดท้ายด้วย เนื่องจากเครื่องบันทึกกว้างกว่า จึงบันทึกข้อมูลบนแทร็กที่อยู่ติดกัน คุณจึงต้องเขียนทับแทร็กเหล่านั้นด้วย ดังนั้น เมื่อเปลี่ยนข้อมูลบนแทร็กล่าง คุณต้องแก้ไขข้อมูลบนแทร็กโอเวอร์เลย์ที่ใกล้ที่สุด จากนั้นในแทร็กถัดไป และอื่นๆ จนกว่าจะเขียนเพลตใหม่ทั้งหมด
ด้วยเหตุนี้ แทร็กบนดิสก์ SMR จึงถูกจัดกลุ่มเป็นกลุ่มเล็กๆ ที่เรียกว่าเทป ซ้อนทับกันตามลำดับเฉพาะแทร็กที่อยู่ในเทปเดียวกันเท่านั้น ต้องขอบคุณการจัดกลุ่มนี้ หากมีการอัปเดตข้อมูลบางส่วน ไม่จำเป็นต้องเขียนใหม่ทั้งเพลท แต่มีแทร็กจำนวนจำกัด ซึ่งทำให้กระบวนการง่ายขึ้นและเร็วขึ้นอย่างมาก สำหรับดิสก์แต่ละประเภท จะมีการพัฒนาสถาปัตยกรรมเทปของตัวเอง โดยคำนึงถึงขอบเขตของแอปพลิเคชันด้วย กลุ่มผลิตภัณฑ์ซีเกทแต่ละกลุ่มได้รับการออกแบบสำหรับแอปพลิเคชันและสภาพแวดล้อมเฉพาะ และเทคโนโลยี SMR ให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเมื่อใช้อย่างถูกต้อง
Seagate SMR เป็นเทคโนโลยีที่ตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับความจุเพิ่มเติม ปัจจุบันนี้ กำลังได้รับการปรับปรุงอย่างจริงจัง และเมื่อใช้ร่วมกับวิธีการใหม่ๆ ก็สามารถนำไปใช้เพื่อเพิ่มความหนาแน่นในการบันทึกบนฮาร์ดไดรฟ์รุ่นต่อไปได้
แต่ก่อนอื่นจำเป็นต้องเข้าใจความแตกต่างบางประการของแอปพลิเคชัน
มีอุปกรณ์สามประเภทที่รองรับการบันทึกแบบเรียงต่อกัน:
อัตโนมัติ (จัดการไดรฟ์)
การทำงานกับอุปกรณ์เหล่านี้ไม่จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงใดๆ กับซอฟต์แวร์โฮสต์ ตรรกะในการเขียน/อ่านทั้งหมดถูกจัดระเบียบโดยตัวอุปกรณ์เอง หมายความว่าเราสามารถติดตั้งและผ่อนคลายได้หรือไม่? เลขที่
ไดรฟ์ที่ใช้เทคโนโลยีการเขียนที่จัดการโดยไดรฟ์มักจะมีแคชการเขียนกลับจำนวนมาก (จาก 128MB ต่อดิสก์) ในกรณีนี้ คำขอตามลำดับจะได้รับการประมวลผลในโหมดเขียนรอบ ปัญหาหลักที่ผู้พัฒนาอุปกรณ์และระบบจัดเก็บข้อมูลที่ใช้เทคโนโลยีการบันทึกนี้ต้องเผชิญมีดังนี้
1. ขนาดแคชมีจำกัด และเมื่อเต็ม เราจะได้รับประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่คาดเดาไม่ได้
2. ระดับเวลาแฝงที่มีนัยสำคัญบางครั้งเกิดขึ้นเมื่อล้างแคชอย่างหนัก
3. การหาลำดับไม่ใช่งานง่ายเสมอไป และในกรณีที่ซับซ้อน เราสามารถคาดหวังให้ประสิทธิภาพลดลงได้
ข้อได้เปรียบหลักของวิธีนี้คือความเข้ากันได้แบบย้อนหลังของอุปกรณ์กับระบบปฏิบัติการและแอปพลิเคชันที่มีอยู่ ด้วยความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับงานของคุณ คุณสามารถซื้ออุปกรณ์ที่จัดการด้วยไดรฟ์ได้แล้วตอนนี้และรับประโยชน์จากเทคโนโลยี นอกจากนี้ ในบทความ คุณจะเห็นผลลัพธ์ของการทดสอบอุปกรณ์ดังกล่าว และสามารถตัดสินใจได้ว่าอุปกรณ์เหล่านี้เหมาะกับคุณอย่างไร
จัดการโดยโฮสต์
อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ชุดส่วนขยายสำหรับ ATA และ SCSI เพื่อโต้ตอบกับดิสก์ นี่คืออุปกรณ์ประเภทอื่น (14 ชั่วโมง) ที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ใน Storage Stack ทั้งหมด และไม่เข้ากันได้กับเทคโนโลยีแบบคลาสสิก กล่าวคือ หากไม่มีการปรับแต่งพิเศษของแอปพลิเคชันและระบบปฏิบัติการ คุณจะไม่สามารถใช้ไดรฟ์เหล่านี้ได้ โฮสต์ต้องเขียนไปยังอุปกรณ์ตามลำดับอย่างเคร่งครัด ในขณะเดียวกัน ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ก็คาดการณ์ได้ 100% แต่จำเป็นต้องมีการทำงานที่ถูกต้องของซอฟต์แวร์ระดับสูง เพื่อให้ประสิทธิภาพของระบบย่อยการจัดเก็บข้อมูลสามารถคาดการณ์ได้อย่างแท้จริง
Host Aware
เหล่านี้เป็นโซลูชั่นไฮบริดที่รวมข้อดีของเทคโนโลยี Device Managed และ Host Managed การซื้อไดรฟ์ดังกล่าวทำให้เราได้รับการสนับสนุนความเข้ากันได้แบบย้อนหลังด้วยความสามารถในการใช้ส่วนขยาย ATA และ SCSI พิเศษเพื่อการทำงานที่เหมาะสมกับอุปกรณ์ SMR นั่นคือ เราทั้งคู่สามารถเขียนไปยังอุปกรณ์ได้ง่ายๆ เหมือนที่เคยทำมาก่อน และดำเนินการในลักษณะที่เหมาะสมที่สุด
เพื่อให้ทำงานกับอุปกรณ์ Host Managed และ Host Aware มีการพัฒนามาตรฐานใหม่สองสามมาตรฐาน: ZBC และ ZAC ซึ่งรวมอยู่ใน T10 / T13 ZBC เป็นส่วนขยายของ SCSI และให้สัตยาบันโดย T10 กำลังพัฒนามาตรฐานสำหรับไดรฟ์ SMR แต่อาจนำไปใช้กับอุปกรณ์อื่นในอนาคต
ZBC/ZAC กำหนดโมเดลอุปกรณ์ลอจิคัลโดยที่องค์ประกอบหลักคือโซน ซึ่งถูกแมปเป็นช่วง LBA
มาตรฐานกำหนดโซนตรรกะสามประเภทซึ่งอุปกรณ์ถูกแบ่งออก:
1. โซนธรรมดา - โซนที่เราสามารถทำงานได้ในแบบดั้งเดิมเช่นเดียวกับฮาร์ดไดรฟ์ทั่วไป นั่นคือเราสามารถเขียนตามลำดับและสุ่มได้
2. โซนตัวชี้การเขียนสองประเภท:
2.1. ต้องการการเขียนตามลำดับ - ประเภทโซนหลักสำหรับอุปกรณ์ Host Aware แนะนำให้เขียนตามลำดับ การเขียนแบบสุ่มไปยังอุปกรณ์จะได้รับการจัดการเหมือนกับอุปกรณ์ที่มีการจัดการอุปกรณ์ และอาจทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง
2.2. การเขียนตามลำดับเท่านั้น - ประเภทโซนหลักสำหรับอุปกรณ์ Host Manged สามารถเขียนตามลำดับได้เท่านั้น ไม่อนุญาตให้เขียนแบบสุ่ม และการพยายามทำเช่นนั้นจะส่งคืนข้อผิดพลาด
แต่ละโซนมีตัวชี้การเขียนและสถานะของตัวเอง สำหรับอุปกรณ์ทั้งหมดที่สนับสนุนประเภทการเขียน HM LBA แรกของคำสั่งเขียนถัดไปต้องตรงกับตำแหน่งของตัวชี้การเขียน สำหรับอุปกรณ์ HA ตัวชี้การเขียนจะเป็นข้อมูลและทำหน้าที่ในการเพิ่มประสิทธิภาพการจัดการดิสก์
นอกจากโครงสร้างโลจิคัลใหม่แล้ว คำสั่งใหม่ยังปรากฏในมาตรฐาน:
REPORT_ZONES เป็นวิธีการหลักที่คุณสามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับโซนที่มีอยู่ในอุปกรณ์และสถานะได้ เพื่อตอบสนองต่อคำสั่งนี้ ดิสก์จะรายงานโซนที่มีอยู่ ประเภทของโซน (ปกติ จำเป็นต้องเขียนตามลำดับ ต้องการเขียนตามลำดับ) สถานะของโซน ขนาด ข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งของตัวชี้การเขียน
RESET_WRITE_POINTER เป็นตัวตายตัวแทนของคำสั่ง TRIM สำหรับอุปกรณ์ ZBC เมื่อถูกเรียก โซนจะถูกลบและตัวชี้การเขียนจะถูกย้ายไปยังจุดเริ่มต้นของโซน
คำสั่งทางเลือกสามคำสั่งใช้เพื่อจัดการสถานะโซน:
OPEN_ZONE
CLOSE_ZONE
FINISH_ZONE
เพิ่มข้อมูลใหม่ในหน้า VPD รวมถึงจำนวนโซนเปิดสูงสุดเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้นและจำนวนโซนสูงสุดที่พร้อมใช้งานสำหรับการเขียนแบบสุ่มที่มีประสิทธิภาพดีกว่า
ผู้ผลิตอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลต้องดูแลการสนับสนุนอุปกรณ์ HA / HM โดยทำการเปลี่ยนแปลงในทุกระดับของสแต็ก: ไลบรารี, ตัวกำหนดตารางเวลา, เอ็นจิน RAID, โลจิคัลวอลุ่ม, ระบบไฟล์
นอกจากนี้ คุณต้องจัดเตรียมอินเทอร์เฟซสองประเภทสำหรับแอปพลิเคชันเพื่อทำงาน: อินเทอร์เฟซแบบเดิม การจัดระเบียบอาร์เรย์เป็นอุปกรณ์ที่มีการจัดการอุปกรณ์ และการใช้โวลุ่มเสมือนเป็นอุปกรณ์ HOST AWARE นี่เป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากแอปพลิเคชันคาดว่าจะทำงานโดยตรงกับอุปกรณ์ HM/HA
โดยทั่วไป อัลกอริทึมสำหรับการทำงานกับอุปกรณ์ HA มีดังนี้:
1. กำหนดการกำหนดค่าอุปกรณ์โดยใช้ REPORT_ZONES
2. กำหนดพื้นที่สำหรับการบันทึกแบบสุ่ม
2.1. ปริมาณถูกจำกัดด้วยความสามารถของอุปกรณ์
2.2. ในโซนเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องติดตามตำแหน่งของตัวชี้การเขียน
3. ใช้โซนที่เหลือสำหรับการเขียนตามลำดับและใช้ข้อมูลตำแหน่งของ Write-Pointer และทำเฉพาะการเขียนตามลำดับ
4. ควบคุมจำนวนโซนที่เปิดอยู่
5. ใช้การรวบรวมขยะเพื่อจัดสรรโซนพูล
เทคนิคการเขียนบางอย่างสามารถใช้ได้จากระบบจัดเก็บข้อมูลแบบ all-flash ที่มีอยู่ ซึ่งปัญหาของการเขียนตามลำดับต่อมลูกหมากโตและการรวบรวมขยะได้รับการแก้ไข
RAIDIX ได้ทำการทดสอบไดรฟ์ Seagate SMR ในห้องปฏิบัติการและให้คำแนะนำสำหรับการใช้งาน ไดรฟ์เหล่านี้ต่างกันตรงที่มีการจัดการอุปกรณ์และไม่ต้องการการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญใดๆ ในแอปพลิเคชัน
ระหว่างการทดสอบ ได้มีการพยายามทดสอบประสิทธิภาพที่คาดหวังของไดรฟ์ดังกล่าวและทำความเข้าใจว่าเราสามารถใช้ไดรฟ์เหล่านี้ทำอะไรได้บ้าง
การทดสอบเกี่ยวข้องกับ Seagate Archive HDD สองชุดที่มีความจุ 8000GB
ทำการทดสอบบนระบบปฏิบัติการ Debian เวอร์ชัน 8.1
CPU Intel i7 c 2.67 MHz
RAM 16GB
ไดรฟ์มีอินเทอร์เฟซ SATA 3 เราเปลี่ยนคอนโทรลเลอร์เป็นโหมด AHCI
ในการเริ่มต้น เราให้ข้อมูลเกี่ยวกับอุปกรณ์โดยการเรียกใช้แบบสอบถาม
ในการทำเช่นนี้ เราใช้ชุดยูทิลิตี้ sg3-utils
sg_inq /dev/sdb
สอบถามข้อมูลมาตรฐาน:
PQual=0 Device_type=0 RMB=0 รุ่น=0x05
NormACA=0 HiSUP=0 Resp_data_format=2
SCCS=0 ACC=0 TPGS=0 3PC=0 ป้องกัน=0 BQue=0
EncServ=0 MultiP=0 Addr16=0
WBus16=0 ซิงค์=0 เชื่อมโยง=0 CmdQue=0
length=96 (0x60) ประเภทอุปกรณ์ต่อพ่วง: disk
รหัสผู้จำหน่าย: ATA
รหัสสินค้า: ST8000AS0002-1NA
ระดับการแก้ไขผลิตภัณฑ์: AR13
หมายเลขซีเรียลของหน่วย: Z84011LQ
ในหน้า 83 เป็น VPD
sg_inq /dev/sdb -p 0x83
สอบถาม VPD: หน้าการระบุอุปกรณ์
การกำหนดชื่อหมายเลข 1 ความยาวคำอธิบาย: 24
designator_type: เฉพาะผู้จำหน่าย , code_set: ASCII
เฉพาะผู้จำหน่าย: Z84011LQ
การกำหนดลักษณะหมายเลข 2, ความยาวของคำอธิบาย: 72
designator_type: รหัสผู้ขาย T10, code_set: ASCII
ที่เกี่ยวข้องกับหน่วยตรรกะที่อยู่
รหัสผู้ขาย: ATA
ผู้จำหน่ายเฉพาะ: ST8000AS0002-1NA17Z Z84011LQ
เราไม่เห็นอะไรเป็นพิเศษ ความพยายามในการอ่านข้อมูลโซนล้มเหลว
RAIDIX ทำให้ซอฟต์แวร์สำหรับระบบจัดเก็บข้อมูลทำงานในอุตสาหกรรมต่างๆ และเราพยายามที่จะไม่ใช้การวัดประสิทธิภาพแบบพิเศษหรือแบบเสียเงิน
เราเริ่มต้นด้วยการตรวจสอบประสิทธิภาพการสตรีมของดิสก์บนแทร็กภายในและภายนอก ผลการทดสอบจะให้ประสิทธิภาพสูงสุดตามที่คาดหวังของอุปกรณ์และสอดคล้องกับงานต่างๆ เช่น การเก็บข้อมูลเป็นหลัก
เราไม่ได้สัมผัสการตั้งค่าของระบบย่อยบล็อก เราทำการทดสอบโดยการเขียนข้อมูลลงดิสก์ในบล็อกขนาด 1 เมกะไบต์ สำหรับสิ่งนี้เราใช้เกณฑ์มาตรฐาน fio v.2.1.11
งานต่างกันเพียงออฟเซ็ตจากจุดเริ่มต้นของอุปกรณ์และเปิดตัวทีละรายการ libaio ได้รับเลือกให้เป็นไลบรารี I/O
ผลลัพธ์ดูดี:
ประสิทธิภาพบนแทร็กภายนอกและภายในต่างกันเกือบ 2 เท่า
เราเห็นประสิทธิภาพลดลงเป็นระยะ ไม่สำคัญสำหรับการเก็บถาวร แต่อาจเป็นปัญหาสำหรับงานอื่นๆ ด้วยการทำงานที่ถูกต้องของแคชการเขียนกลับของระบบจัดเก็บข้อมูล เราคิดว่าเราจะไม่สังเกตสถานการณ์ดังกล่าว เราใช้ประสบการณ์ที่คล้ายคลึงกัน โดยสร้างอาร์เรย์ RAID 0 ของไดรฟ์ทั้งสอง จัดสรรแคช RAM ขนาด 2GB ให้กับแต่ละไดรฟ์ และพบว่าประสิทธิภาพไม่ลดลง
เมื่ออ่านความล้มเหลวจะไม่ปรากฏให้เห็น และการทดสอบที่ตามมาจะแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของดิสก์ SMR ในประสิทธิภาพนั้นไม่แตกต่างจากดิสก์ทั่วไป
ตอนนี้เราจะทำการทดสอบที่น่าสนใจมากขึ้น มาลองรัน 10 เธรดที่มีออฟเซ็ตต่างกันไปพร้อม ๆ กัน เราทำสิ่งนี้เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของการบัฟเฟอร์และดูว่าดิสก์จะทำงานอย่างไรกับกล้องวงจรปิด วิดีโอ Ingest และงานที่คล้ายกัน
กราฟแสดงผลผลิตทั้งหมดสำหรับงานทั้งหมด:
ดิสก์รองรับน้ำหนักได้ดี!
ประสิทธิภาพอยู่ที่ 90 MB/s กระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างเธรด และไม่มีการลดหย่อนที่สำคัญ ตารางการอ่านมีความคล้ายคลึงกันอย่างยิ่ง โดยเพิ่มขึ้นเพียง 20 MB เท่านั้น สำหรับการจัดเก็บและแจกจ่ายเนื้อหาวิดีโอ การแลกเปลี่ยนไฟล์ขนาดใหญ่ ประสิทธิภาพการทำงานมีความเหมาะสมและแทบไม่แตกต่างจากประสิทธิภาพของดิสก์ทั่วไป
ตามที่คาดไว้ ดิสก์ทำงานได้ดีในการสตรีมอ่านและเขียน และมัลติเธรดก็ทำให้เราประหลาดใจ
ไปที่ "สุ่ม" การอ่านและการเขียน มาดูกันว่าดิสก์ทำงานอย่างไรในงานองค์กรแบบคลาสสิก: การจัดเก็บไฟล์ DBMS, การจำลองเสมือน ฯลฯ นอกจากนี้ การทำงานบ่อยครั้งกับข้อมูลเมตาและตัวอย่างเช่น การเปิดใช้งานการขจัดข้อมูลซ้ำซ้อนในอาร์เรย์จะตกอยู่ในการดำเนินการ "สุ่ม"
เรากำลังทดสอบในบล็อกขนาด 16 กิโลไบต์และยังคงเป็นไฟล์ที่ถูกต้อง
ในการทดสอบ เราตั้งค่างานหลายงานที่มีความลึกของคิวต่างกัน แต่เราจะไม่ให้ผลลัพธ์ทั้งหมด เฉพาะการเริ่มต้นของการทดสอบเท่านั้นที่บ่งบอกถึง
70.5 วินาทีแรกเราเห็น 2500 IOps ที่ไม่สมจริงสำหรับฮาร์ดไดรฟ์ ทำให้เกิดความล้มเหลวบ่อยครั้ง เห็นได้ชัดว่าในขณะนี้บัฟเฟอร์ถูกเขียนและรีเซ็ตเป็นระยะ จากนั้นลดลงอย่างรวดเร็วถึง 3 IOps ซึ่งคงอยู่จนกระทั่งสิ้นสุดการทดสอบ
หากคุณรอสักครู่ หลังจากรีเซ็ตแคชแล้ว สถานการณ์จะเกิดซ้ำ
คาดว่าด้วยการดำเนินการสุ่มจำนวนเล็กน้อย ดิสก์จะทำงานได้ดี แต่ถ้าเราคาดว่าจะมีภาระมากในอุปกรณ์ เป็นการดีกว่าที่จะละเว้นจากการใช้ดิสก์ SMR RAIDIX แนะนำให้ย้ายงานทั้งหมดที่มีข้อมูลเมตาไปยังอุปกรณ์ภายนอกทุกครั้งที่ทำได้
แล้วการอ่านแบบสุ่มล่ะ?
ในการทดสอบนี้ เราจำกัดเวลาตอบสนองไว้ที่ 50 มิลลิวินาที อุปกรณ์ของเราทำงานได้ดี
การอ่านอยู่ในช่วง 144-165 IOPs ตัวเลขเองก็ไม่ได้แย่ แต่การแพร่กระจายของ 20 IOP นั้นค่อนข้างน่ากลัว เน้นที่บรรทัดล่างสุด ผลลัพธ์ก็ไม่เลว ในระดับของดิสก์คลาสสิก
มาเปลี่ยนแนวทางกันสักหน่อย มาดูการทำงานกับไฟล์จำนวนมากกัน
ยูทิลิตี้ frametest จาก SGI จะช่วยเราในเรื่องนี้ เกณฑ์มาตรฐานนี้ออกแบบมาเพื่อทดสอบประสิทธิภาพของระบบจัดเก็บข้อมูลของคุณเมื่อแก้ไขวิดีโอที่ไม่บีบอัด แต่ละเฟรมเป็นไฟล์แยกต่างหาก
เราได้สร้างระบบไฟล์ xfs และติดตั้งด้วยตัวเลือกต่อไปนี้:
-o noatime,nodiratime,logbufs=8,logbsize=256k,largeio,inode64,swalloc,allocsize=131072k,nobarrier
รัน frametest ด้วยพารามิเตอร์ต่อไปนี้:
./frametest -w hd -n 2000 /test1/
เกณฑ์มาตรฐานสร้างไฟล์ 2000 8MB
การเริ่มต้นของการทดสอบเป็นไปด้วยดี:
รายละเอียดโดยเฉลี่ย:
1 วินาทีล่าสุด: 0.028ms 79.40ms 79.43ms 100.37MB/s 12.6fps
5s: 0.156ms 83.37ms 83.53ms 95.44MB/s 12.0fps
แต่หลังจากบันทึก 1500 เฟรม สถานการณ์แย่ลงอย่างมาก:
รายละเอียดโดยเฉลี่ย:
เปิด I/O อัตราข้อมูลเฟรม อัตราเฟรม
1 วินาทีล่าสุด: 0.035ms 121.88ms 121.92ms 65.39MB/s 8.2fps
5s: 0.036ms 120.78ms 120.83ms 65.98MB/s 8.3fps
รายละเอียดโดยเฉลี่ย:
เปิด I/O อัตราข้อมูลเฟรม อัตราเฟรม
1 วินาทีล่าสุด: 0.036ms 438.90ms 438.94ms 18.16MB/s 2.3fps
5s: 0.035ms 393.50ms 393.55ms 20.26MB/s 2.5fps
มาทำแบบทดสอบการอ่านกันเถอะ:
./frametest -r hd -n 2000 /test1/
ตลอดการทดสอบ ประสิทธิภาพการทำงานเป็นเลิศ:
รายละเอียดโดยเฉลี่ย:
1 วินาทีล่าสุด: 0.004ms 41.09ms 41.10ms 193.98MB/s 24.3fps
5s: 0.004ms 41.09ms 41.10ms 193.98MB/s 24.3fps
ขณะนี้ งานกำลังดำเนินการเกี่ยวกับระบบไฟล์เฉพาะสำหรับดิสก์ SMR
Seagate กำลังพัฒนา SMR_FS-EXT4 แบบ ext4 เป็นไปได้ที่จะค้นหาระบบไฟล์ที่มีโครงสร้างบันทึกหลายระบบที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับไดรฟ์ SMR ที่มีการจัดการอุปกรณ์ แต่ไม่มีระบบใดที่สามารถเรียกได้ว่าเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการแนะนำสำหรับการใช้งานจริง ซีเกทยังกำลังพัฒนาไดรฟ์ SMR เวอร์ชัน Host Aware ซึ่งน่าจะแล้วเสร็จก่อนสิ้นปีนี้
เราสามารถหาข้อสรุปอะไรจากผลการวัดประสิทธิภาพได้?
อุปกรณ์ที่มีการจัดการอุปกรณ์สามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยสำหรับงานที่ไม่แตกต่างกันในการบันทึกแบบเข้มข้น พวกเขารับมือกับงานของการบันทึกแบบเธรดเดียวและแบบมัลติเธรดได้เป็นอย่างดี เหมาะสำหรับการอ่านข้อมูล คำขอดิสก์ "สุ่ม" เป็นระยะสำหรับการอัปเดตข้อมูลเมตาจะถูกใช้โดยแคชขนาดใหญ่
สำหรับการแก้ปัญหาที่มีการบันทึกแบบ "สุ่ม" อย่างเข้มข้นหรืออัปเดตไฟล์จำนวนมาก อุปกรณ์ดังกล่าวไม่เหมาะ อย่างน้อยที่สุดก็โดยไม่ต้องใช้วิธีการทางเทคนิคเพิ่มเติม
พารามิเตอร์ MTBF ของไดรฟ์ที่ทดสอบคือ 800,000 ชั่วโมง ซึ่งต่ำกว่าไดรฟ์ NAS เช่น 1.5 เท่า ดิสก์ปริมาณมากช่วยเพิ่มเวลาการกู้คืนได้อย่างมาก และทำให้การสแกนสื่อแบบปกติแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เราขอแนะนำว่าเมื่อออกแบบการจัดเก็บข้อมูลด้วยไดรฟ์ดังกล่าว ให้ใช้ RAID ที่มีความเท่าเทียมกันมากกว่า 2 และ/หรือวิธีการที่ลดเวลาในการสร้างใหม่ (เช่น Parity Declustering)
เทคโนโลยี Shingled Magnetic Recording (SMR) ที่พัฒนาโดยผู้เชี่ยวชาญของ Seagate ในไม่ช้าจะช่วยเพิ่มความหนาแน่นของข้อมูลบนจานฮาร์ดดิสก์ได้ถึง 25% เนื่องจากรูปแบบแทร็กใหม่ที่เป็นพื้นฐาน ในปีหน้า ฮาร์ดไดรฟ์ขนาด 3.5 นิ้วที่มีความจุ 5 TB จะเปิดตัวในปริมาณมาก และภายในปี 2020 ปริมาณสูงสุดของไดรฟ์ดังกล่าวจะสูงถึง 20 TB
ข้อมูลระเบิด
ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า ปัจจุบันประชากรโลกประมาณ 7 พันล้านคนสร้างข้อมูลรวม 2.7 เซตตะไบต์ต่อปี และคุณไม่จำเป็นต้องเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีสารสนเทศเพื่อที่จะเข้าใจว่าตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้นทุกปีต่อๆ ไป ปัจจัยหนึ่งที่ทำให้เกิดสิ่งนี้คือการเพิ่มแบนด์วิดท์ของช่องสัญญาณที่ใช้เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตทั้งผ่านทางโทรศัพท์พื้นฐานและผ่านพื้นที่การเข้าถึงไร้สายสาธารณะและเครือข่ายเซลลูลาร์ ปีแล้วปีเล่า ปริมาณข้อมูล (และเหนือสิ่งอื่นใดคือไฟล์สื่อ) ที่อัปโหลดไปยังที่จัดเก็บข้อมูลบนคลาวด์ ตลอดจนการจัดเก็บบนฮาร์ดไดรฟ์ของพีซีที่บ้านและไดรฟ์ NAS เพิ่มขึ้น และนี่ค่อนข้างเป็นธรรมชาติ ประการแรก ความละเอียดของกล้องถ่ายภาพและวิดีโอในบ้านจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ปริมาณของรูปภาพที่จัดเก็บและการบันทึกวิดีโอที่จัดเก็บไว้ด้วยจำนวนช็อตและระยะเวลาของวิดีโอเท่ากัน ประการที่สอง เนื่องจากการเพิ่มแบนด์วิดธ์ของช่องทางการเข้าถึงอินเทอร์เน็ต ทำให้สามารถสตรีมเนื้อหาสื่อคุณภาพสูงขึ้นได้มาก โดยปกติ วิดีโอความละเอียดสูง (โดยเฉพาะในรูปแบบสามมิติ) ต้องการพื้นที่จัดเก็บมากกว่าไฟล์ความละเอียดมาตรฐานมาก
ปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดภาระเพิ่มเติมในระบบจัดเก็บข้อมูลคือการเติบโตอย่างรวดเร็วของกลุ่มอุปกรณ์พกพา โดยหลักแล้วคือสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตพีซี เนื่องจากอุปกรณ์ดังกล่าวมักจะมีหน่วยความจำภายในค่อนข้างน้อย เจ้าของจึงมักต้องใช้ไดรฟ์ภายนอกเพื่อจัดเก็บเนื้อหาสื่อที่สร้างเองและดาวน์โหลดจากภายนอก
John Rydning รองประธานฝ่ายวิจัยตลาดสำหรับฮาร์ดไดรฟ์ของ IDC บริษัทวิจัยตลาดกล่าวว่า อุตสาหกรรมฮาร์ดไดรฟ์กำลังประสบกับช่วงเวลาที่เติบโตอย่างมาก ความจุรวมของไดรฟ์ที่ให้มาวัดเป็นเพตาไบต์ และตัวบ่งชี้นี้เพิ่มขึ้นทุกปีประมาณ 30% อย่างไรก็ตาม ในขณะเดียวกัน นักพัฒนาสามารถเพิ่มความหนาแน่นจำเพาะของการบันทึกด้วยแม่เหล็กได้น้อยกว่า 20% ต่อปี
ดังนั้น แม้จะมีการปรับปรุงเทคโนโลยีที่ใช้ในฮาร์ดไดรฟ์อย่างต่อเนื่อง แต่ผู้ผลิตส่วนประกอบเหล่านี้ก็ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของตลาดที่เติบโตอย่างรวดเร็วได้ อย่างไรก็ตาม เราไม่สามารถตำหนินักพัฒนาในเรื่องนี้ได้ ซึ่งกำลังมองหาวิธีใหม่ๆ ในการเพิ่มความหนาแน่นของการบันทึกด้วยแม่เหล็กอย่างไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อย
ตัวอย่างเช่น Seagate เป็นผู้บุกเบิกเทคโนโลยี Perpendicular Magnetic Recording (PMR) ในฮาร์ดไดรฟ์เชิงพาณิชย์ในปี 2550 เนื่องจากการวางแนวของโดเมนแม่เหล็กไม่ขนานกับระนาบดิสก์ แต่ตั้งฉากกับมัน จึงเป็นไปได้ที่จะลดขนาดของแทร็กและเพิ่มความจุของเพลตหนึ่งแผ่นได้ถึง 250 GB
ห้าปีต่อมา ต้องขอบคุณการพัฒนาอย่างเป็นระบบของเทคโนโลยีนี้ ทำให้สามารถเพิ่มความหนาแน่นจำเพาะของการบันทึกด้วยแม่เหล็กได้สี่เท่าและพอดีกับข้อมูล 1 TB บนจานเดียว ความสำเร็จนี้นำไปสู่การผลิตฮาร์ดไดรฟ์ขนาด 3.5 นิ้วจำนวนมากที่มีความจุ 4 TB อย่างไรก็ตาม ภายใต้สถานการณ์ปัจจุบัน ไม่เพียงพออีกต่อไป
วิธีหนึ่งในการลดช่องว่างระหว่างความต้องการของผู้ใช้และประสิทธิภาพของฮาร์ดไดรฟ์คือการแนะนำเทคโนโลยี Shingled Magnetic Recording (SMR) ที่พัฒนาโดยซีเกท เรามาดูกันว่าสาระสำคัญของการแก้ปัญหานี้คืออะไร
หลักการงูสวัด
ผู้อ่านส่วนใหญ่คงทราบดีว่าข้อมูลบนพื้นผิวของแผ่นจานฮาร์ดดิสก์นั้นถูกบันทึกบนแทร็กที่เรียกว่า ซึ่งสามารถทำให้มันง่ายขึ้นเป็นชุดของวงกลมที่มีศูนย์กลาง (รูปที่ 1) ยิ่งความกว้างของแทร็กและระยะห่างระหว่างแทร็กทั้งสองนั้นเล็กลง ความหนาแน่นในการบันทึกก็จะยิ่งสูงขึ้น และด้วยเหตุนี้ ความจุของไดรฟ์ที่มีรูปแบบและจำนวนจานเสียงเท่ากัน
ข้าว. 1. รูปแบบการติดตาม
บนพื้นผิวของแผ่นแม่เหล็ก
ด้วยวิธีการบันทึกแบบแม่เหล็กแบบดั้งเดิม ความกว้างของแทร็กขั้นต่ำจะถูกกำหนดโดยขนาดทางกายภาพขององค์ประกอบการบันทึกของหัวฮาร์ดดิสก์ (รูปที่ 2) จนถึงปัจจุบัน การลดขนาดองค์ประกอบหัวแม่เหล็กได้มาถึงขีดจำกัดแล้ว และการลดขนาดลงอีกขั้นโดยใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่นั้นเป็นไปไม่ได้
ข้าว. 2. ด้วยรูปแบบดั้งเดิมของแทร็ก ความกว้างขั้นต่ำของพวกเขา
จำกัดด้วยขนาดขององค์ประกอบการบันทึกของหัวแม่เหล็กของไดรฟ์
เทคโนโลยี SMR ช่วยให้ข้ามข้อจำกัดนี้และเพิ่มความหนาแน่นในการบันทึกเฉพาะเนื่องจากการจัดเรียงแทร็กที่หนาแน่นขึ้น ซึ่งซ้อนทับบางส่วนบนองค์ประกอบอื่นๆ ที่คล้ายกันของหลังคากระเบื้อง (รูปที่ 3) ขณะที่กำลังเขียนข้อมูลใหม่ แทร็กที่มีข้อมูลที่บันทึกไว้ก่อนหน้านี้จะถูกตัดออกราวกับว่า เนื่องจากความกว้างขององค์ประกอบการอ่านของหัวแม่เหล็กนั้นน้อยกว่าความกว้างขององค์ประกอบการบันทึก ข้อมูลทั้งหมดบนเพลตยังคงสามารถอ่านได้จากแทร็กที่ถูกตัดแต่งโดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์และความปลอดภัยของข้อมูลนี้
ข้าว. 3. เมื่อใช้เทคโนโลยี SMR รางจะเรียงชิดกันมากขึ้น
ทับซ้อนกัน
ในขณะที่ทุกอย่างเรียบง่ายและชัดเจน อย่างไรก็ตาม หากคุณต้องการเขียนข้อมูลใหม่ทับข้อมูลที่มีอยู่ ปัญหาก็จะเกิดขึ้น ท้ายที่สุด ในกรณีนี้ คุณจะต้องเขียนทับไม่เพียงแต่ส่วนย่อยนี้โดยตรง แต่ยังบล็อกข้อมูลในแทร็กต่อไปนี้ด้วย เนื่องจากองค์ประกอบการบันทึกของหัวแม่เหล็กนั้นกว้างกว่าองค์ประกอบการอ่าน กระบวนการเขียนทับจะทำลายข้อมูลที่จัดเก็บไว้ก่อนหน้านี้ในพื้นที่ที่อยู่ติดกันของแทร็กที่อยู่ติดกัน (รูปที่ 4) ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ของข้อมูลที่บันทึกไว้ก่อนหน้านี้ บล็อกเหล่านี้จะต้องถูกบัฟเฟอร์ก่อนแล้วจึงเขียนกลับไปยังแทร็กที่เหมาะสม นอกจากนี้ การดำเนินการนี้จะต้องทำซ้ำตามลำดับสำหรับแทร็กที่ตามมาทั้งหมด - จนกว่าจะถึงขอบของพื้นที่ทำงานของแผ่นแม่เหล็ก
ข้าว. 4. อยู่ระหว่างการเขียนทับข้อมูลบนหนึ่ง
ของราง ส่วนของรางที่อยู่ติดกันจะได้รับผลกระทบ
เมื่อคำนึงถึงคุณลักษณะนี้ แทร็กในฮาร์ดไดรฟ์ที่มีเทคโนโลยี SMR จะแบ่งออกเป็นกลุ่มเล็กๆ ซึ่งเรียกว่าแพ็คเกจ (รูปที่ 5) แนวทางนี้ให้การควบคุมที่ยืดหยุ่นมากขึ้นในกระบวนการเพิ่มและเขียนทับข้อมูล และที่สำคัญที่สุดคือช่วยให้คุณลดจำนวนรอบการเขียนทับเพิ่มเติมและด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มประสิทธิภาพของไดรฟ์ แม้ว่าแพ็คเกจจะเต็มแล้ว แต่เมื่อแทนที่บล็อกข้อมูลในนั้น ก็จำเป็นต้องเขียนส่วนของแทร็กจำนวนจำกัดใหม่เท่านั้น (จนถึงขอบของแพ็คเกจนี้)
ข้าว. 5. เค้าโครงของแทร็กในแพ็คเกจ
โครงสร้างของแพ็คเกจบนไดรฟ์อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับขอบเขตของรุ่นนั้นๆ ดังนั้น สำหรับฮาร์ดไดรฟ์แต่ละตระกูล คุณสามารถสร้างโครงสร้างแพ็คเกจที่ไม่ซ้ำกัน ซึ่งปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะของไดรฟ์เหล่านี้
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าการนำเทคโนโลยี SMR มาใช้ไม่จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการออกแบบหัวแม่เหล็กและการปรับโครงสร้างกระบวนการผลิตของส่วนประกอบเหล่านี้ ซึ่งจะทำให้ต้นทุนของไดรฟ์ใหม่อยู่ที่ระดับเดียวกัน และเนื่องจากความจุที่สูงขึ้น ทำให้ได้ตัวบ่งชี้ที่น่าสนใจยิ่งขึ้นสำหรับต้นทุนต่อหน่วยของการจัดเก็บข้อมูล
บทสรุป
ดังนั้น เทคโนโลยี SMR จึงเป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพมาก ซึ่งช่วยให้สามารถตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นในการเพิ่มความจุสูงสุดของฮาร์ดไดรฟ์ในเวลาอันสั้นและด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด ในขั้นตอนแรกของการนำเทคโนโลยี SMR ไปใช้จะเพิ่มความหนาแน่นในการบันทึกข้อมูล 25% - จาก 1 เป็น 1.25 TB ต่อเพลตขนาด 3.5 นิ้ว ดังนั้นปีหน้าจะสามารถผลิตฮาร์ดไดรฟ์ที่มีความจุ 5 TB ได้
สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ ในกรณีที่มีการนำเทคโนโลยี SMR มาใช้ ความจุของไดรฟ์จะเพิ่มขึ้นโดยไม่เพิ่มจำนวนหัวแม่เหล็กและ/หรือจานดิสก์ ดังนั้นฮาร์ดไดรฟ์ใหม่ที่มีความจุสูงกว่าจะมีความน่าเชื่อถือเท่ากับรุ่นที่ผลิตก่อนหน้านี้ที่มีฟอร์มแฟคเตอร์เดียวกัน นอกจากนี้ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น การแนะนำเทคโนโลยี SMR ไม่ต้องการการเปลี่ยนแปลงการออกแบบฮาร์ดไดรฟ์อย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้ทำให้สามารถใช้หัวแม่เหล็กและเพลตแบบเดียวกับที่ติดตั้งในรุ่นปัจจุบันได้
ข้อดีอีกประการของ SMR คือความสามารถในการรวมโซลูชันนี้เข้ากับเทคโนโลยีการบันทึกแบบแม่เหล็กต่างๆ ปัจจุบันใช้ในฮาร์ดดิสก์ที่มีการบันทึกด้วยแม่เหล็กตั้งฉาก แต่ในอนาคตสามารถใช้ร่วมกับโซลูชันอื่น ๆ ซึ่งจะช่วยให้ได้ความหนาแน่นในการบันทึกเฉพาะที่สูงขึ้นไปอีก
บทความจากวัสดุจากซีเกท
โลกรอบตัวเรากำลังเคลื่อนที่มากขึ้น และผู้คนต้องการความจุมากขึ้นเรื่อยๆ บนอุปกรณ์ที่พวกเขาสร้างและใช้ข้อมูลดิจิทัล นักวิเคราะห์ของซีเกทคาดการณ์ว่าภายในปี 2558 จำนวนครอบครัวที่สร้างข้อมูลอย่างน้อย 1 TB ต่อเดือนจะเพิ่มขึ้น 20 เท่า ทั้งที่บันทึกและรับชมสตรีมมิ่งวิดีโอ ภาพถ่าย เพลง ฯลฯ 1
ครั้งหนึ่ง ซีเกทเป็นหนึ่งในคนกลุ่มแรกๆ ที่แนะนำดิสก์ที่รองรับเทคโนโลยีการบันทึกแบบตั้งฉากในตลาด ด้วยเทคโนโลยีนี้ ทำให้ภายในปี 2550 บริษัทสามารถพัฒนาจานดิสก์ที่มีความจุสูงสุด 250 GB (series ® ) ห้าปีต่อมา เทคโนโลยีเดียวกันนี้ทำให้สามารถใส่จำนวนแทร็กต่อนิ้วบนดิสก์ได้พอดีและเพิ่มความหนาแน่นในการบันทึกเป็น 1 TB ต่อจาน แต่ถึงกระนั้นความจุพิเศษนี้ (1 TB ต่อแผ่นเสียง รวมทั้งหมด 4 TB ต่อดิสก์) ก็ถือว่าไม่เพียงพอสำหรับผู้ใช้สมัยใหม่
ทำความเข้าใจกับเทคโนโลยี Seagate SMR
เทคโนโลยี Shingled Magnetic Recording (SMR) ของซีเกทเป็นระดับใหม่ของความหนาแน่นในการบันทึกที่เพิ่มความจุดิสก์ได้ถึง 25% โดยการเพิ่มจำนวนแทร็กต่อนิ้วต่อจาน
ด้วยเทคโนโลยีแบบดั้งเดิม ความกว้างของแทร็กและระยะห่างระหว่างแทร็กจะถูกกำหนดโดยขนาดขององค์ประกอบการอ่านและเขียนบนหัวดิสก์ (รูปที่ 1)
ข้าว. 1. วิธีดั้งเดิมในการแบ่งแทร็ก
ในด้านเทคโนโลยี องค์ประกอบการอ่านและการเขียนในฮาร์ดดิสก์สมัยใหม่โดยอาศัยการบันทึกด้วยแม่เหล็กตั้งฉากได้มาถึงขีดจำกัดความสามารถแล้ว ภายในกรอบของเทคโนโลยีที่มีอยู่ การลดขนาดขององค์ประกอบเหล่านี้และแทร็กที่พวกเขาอ่านและเขียนต่อไปเป็นไปไม่ได้
เทคโนโลยี SMR ช่วยให้คุณเพิ่มความหนาแน่นของการบันทึกโดยลดระยะห่างระหว่างแทร็ก รางรถไฟจะเรียงซ้อนกันเหมือนกระเบื้องบนหลังคา ทำให้สามารถบันทึกข้อมูลได้มากขึ้นในพื้นที่เดียวกัน เมื่อมีการเขียนข้อมูลใหม่ แทร็กจะทับซ้อนกันหรือ "ถูกตัดทอน" เนื่องจากองค์ประกอบการอ่านบนหัวดิสก์มีขนาดเล็กกว่าองค์ประกอบการเขียน จึงอ่านข้อมูลได้แม้จากแทร็กที่ถูกตัดทอนโดยไม่ละเมิดความสมบูรณ์และความน่าเชื่อถือ นอกจากนี้ ด้วยการบันทึกด้วยแม่เหล็กแบบเรียงต่อกัน อาจใช้องค์ประกอบการอ่านและการเขียนแบบเดิมๆ ได้เป็นอย่างดี ด้วยเหตุนี้ การผลิตผลิตภัณฑ์ใหม่จึงไม่ต้องการการลงทุนจำนวนมาก ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องเพิ่มราคาฮาร์ดไดรฟ์ที่รองรับเทคโนโลยีใหม่
ข้าว. 2. การแยกแทร็กโดยใช้เทคโนโลยี SMR
อย่างไรก็ตาม ปัญหาต่อไปนี้เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี SMR: หากคุณต้องการเขียนใหม่หรืออัปเดตข้อมูลบางส่วน คุณจะต้องเขียนใหม่ ไม่เพียงแต่ส่วนที่ต้องการ แต่ยังรวมถึงข้อมูลในแทร็กถัดไปด้วย เนื่องจากองค์ประกอบการบันทึกกว้างกว่าพื้นที่ที่ไม่ทับซ้อนกันของแทร็กจึง จับข้อมูลบนแทร็กที่อยู่ติดกันซึ่งหมายความว่าจะต้องถูกเขียนทับในภายหลัง (รูปที่ 3) ดังนั้น เมื่อเปลี่ยนข้อมูลบนแทร็กล่าง คุณต้องแก้ไขข้อมูลบนแทร็กโอเวอร์เลย์ที่ใกล้ที่สุด จากนั้นในแทร็กถัดไป และอื่นๆ จนกว่าจะเขียนเพลตใหม่ทั้งหมด
ข้าว. 3. องค์ประกอบการบันทึกทับซ้อนแทร็กที่ทับซ้อนกัน
ด้วยเหตุนี้ แทร็กบนดิสก์ SMR จึงถูกจัดกลุ่มเป็นกลุ่มเล็กๆ ที่เรียกว่าเทป ซ้อนทับกันตามลำดับเฉพาะแทร็กภายในเทปเดียวกัน (รูปที่ 4) ต้องขอบคุณการจัดกลุ่มนี้ หากมีการอัปเดตข้อมูลบางส่วน ไม่จำเป็นต้องเขียนใหม่ทั้งเพลท แต่มีแทร็กจำนวนจำกัด ซึ่งทำให้กระบวนการง่ายขึ้นและเร็วขึ้นอย่างมาก
ข้าว. 4. โครงสร้างของเทปบนดิสก์ SMR
สำหรับดิสก์แต่ละประเภท จะมีการพัฒนาสถาปัตยกรรมเทปของตัวเอง โดยคำนึงถึงขอบเขตของแอปพลิเคชันด้วย กลุ่มผลิตภัณฑ์ซีเกทแต่ละกลุ่มได้รับการออกแบบสำหรับแอปพลิเคชันและสภาพแวดล้อมเฉพาะ และเทคโนโลยี SMR จะช่วยให้คุณได้รับประโยชน์สูงสุดจากผลิตภัณฑ์ดังกล่าว
สรุป
Seagate SMR เป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องสำหรับกำลังการผลิตเพิ่มเติม ปัจจุบันเทคโนโลยี SMR กำลังได้รับการปรับปรุงอย่างจริงจัง และเมื่อใช้ร่วมกับวิธีการใหม่ๆ ก็สามารถนำไปใช้เพื่อเพิ่มความหนาแน่นในการบันทึกบนฮาร์ดไดรฟ์รุ่นต่อไปได้
ซีเกทและพันธมิตรยังคงทำการทดสอบและปรับปรุงวิธีการบันทึกด้วยแม่เหล็กแบบเรียงต่อกันเพื่อใช้ประโยชน์จากประโยชน์ของไดรฟ์ประเภทต่างๆ อย่างเต็มที่ ผู้เชี่ยวชาญของซีเกทได้เป็นผู้นำสมาชิกของคณะทำงานในปัจจุบันเพื่อสร้างมาตรฐานวิธีที่ดีที่สุดในการใช้เทคโนโลยี SMR
ในปี 2014 ซีเกทได้แนะนำการพัฒนานวัตกรรมครั้งถัดไป ซึ่งเป็นครั้งแรกในโลก ต้องขอบคุณความสามารถที่มีอยู่แล้วในรุ่นแรกนั้นสูงกว่าความจุของโซลูชั่นแบบเดิมถึง 25% การแนะนำเทคโนโลยี SMR จะช่วยให้นักพัฒนาของ Seagate สามารถปรับปรุงสถาปัตยกรรมของไดรฟ์ที่มีอยู่ ทำให้การเข้าซื้อกิจการของพวกเขามีกำไรมากขึ้นจากมุมมองทางเศรษฐกิจ
1 การวิจัยตลาดซีเกท สิงหาคม 2556
ทุกวันนี้ หลายคนเชื่อว่าฮาร์ดไดรฟ์แบบแม่เหล็กนั้นช้าเกินไป ไม่น่าเชื่อถือ และล้าสมัยในทางเทคนิค ในทางตรงกันข้าม ไดรฟ์โซลิดสเทตอยู่ในจุดสูงสุดของความรุ่งโรจน์: อุปกรณ์พกพาทุกเครื่องมีสื่อจัดเก็บข้อมูลที่ใช้หน่วยความจำแฟลช และแม้แต่เดสก์ท็อปพีซีก็ใช้ไดรฟ์ดังกล่าว อย่างไรก็ตาม โอกาสของพวกเขามีจำกัดมาก ตามการคาดการณ์ของ CHIP SSD จะลดราคาลงอีกเล็กน้อย ความหนาแน่นของข้อมูล ดังนั้นความจุของไดรฟ์จึงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า จากนั้นจุดจบจะมาถึง SSD 1TB จะแพงเกินไปเสมอ เมื่อเทียบกับพื้นหลัง ฮาร์ดดิสก์ที่มีความจุเท่ากันดูน่าสนใจมาก ดังนั้นจึงยังเร็วเกินไปที่จะพูดถึงยุคเสื่อมถอยของไดรฟ์แบบเดิม อย่างไรก็ตาม วันนี้พวกเขาอยู่ที่ทางแยก ศักยภาพของเทคโนโลยีปัจจุบัน ซึ่งเป็นวิธีการบันทึกแบบตั้งฉาก ช่วยให้มีรอบอีกสองรอบต่อปีในระหว่างที่จะเปิดตัวรุ่นที่มีความจุสูงกว่าใหม่ จากนั้นจะถึงขีดจำกัด
หากผู้ผลิตรายใหญ่สามราย ได้แก่ Seagate, Western Digital และ Toshiba สามารถเปลี่ยนไปใช้หนึ่งในเทคโนโลยีใหม่ที่นำเสนอในบทความนี้ ฮาร์ดไดรฟ์ขนาด 3.5 นิ้วขนาด 60TB หรือสูงกว่า (ซึ่งมากกว่ารุ่นปัจจุบันถึง 20 เท่า) จะหยุดดำเนินการ เป็นความหรูหราที่ไม่สามารถบรรลุได้ ในเวลาเดียวกัน ความเร็วในการอ่านจะเพิ่มขึ้นจนถึงระดับ SSD เนื่องจากขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของข้อมูลที่เขียนโดยตรง: ยิ่งระยะห่างที่หัวอ่านต้องครอบคลุมน้อยลงเท่าใด ดิสก์ก็จะยิ่งทำงานเร็วขึ้น ดังนั้น หาก "ความกระหายในข้อมูล" ของเรายังคงเพิ่มขึ้น "ลอเรล" ทั้งหมดจะถูกส่งไปยังฮาร์ดดิสก์แม่เหล็ก
วิธีการบันทึกแนวตั้ง
ในขณะนี้ ฮาร์ดดิสก์ได้ใช้วิธีการบันทึกแบบตั้งฉาก (บนโดเมนที่จัดเรียงตามแนวตั้ง) ซึ่งให้ความหนาแน่นของข้อมูลที่สูงขึ้น เป็นเรื่องปกติในปัจจุบัน เทคโนโลยีที่ตามมาจะคงวิธีการนี้ไว้
6 TB: ใกล้ถึงขีดจำกัดแล้ว
ในสองปี ดิสก์ที่มีวิธีการบันทึกแบบตั้งฉากจะถึงขีดจำกัดของความหนาแน่นของข้อมูลบนเพลต
ในฮาร์ดไดรฟ์สมัยใหม่ที่มีความจุสูงสุด 4 TB ความหนาแน่นในการบันทึกของแผ่นแม่เหล็กจะไม่เกิน 740 Gbit ต่อตารางนิ้ว ผู้ผลิตสัญญาว่าไดรฟ์ที่ใช้วิธีการบันทึกแบบตั้งฉากจะสามารถให้อัตรา 1 Tbps ต่อตารางนิ้ว ในอีกสองปี ไดรฟ์รุ่นสุดท้ายดังกล่าวจะออกวางจำหน่าย: ความจุของรุ่น 3.5 นิ้วจะถึง 6 TB และรุ่น 2.5 นิ้วจะสามารถให้พื้นที่ดิสก์มากกว่า 2 TB ได้เล็กน้อย อย่างไรก็ตาม อัตราการเติบโตเพียงเล็กน้อยในความหนาแน่นของการบันทึกนั้นไม่สอดคล้องกับความหิวข้อมูลที่เพิ่มมากขึ้นของเราอีกต่อไป ซึ่งแสดงให้เห็นโดยกราฟต่อไปนี้
ปัญหาการเลือกวัสดุ
ฮาร์ดไดรฟ์ที่มีวิธีการบันทึกแบบตั้งฉากนั้นไม่สามารถตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นในด้านของการจัดเก็บข้อมูล เนื่องจากด้วยความหนาแน่นในการบันทึกที่มากกว่า 1 Tbit ต่อตารางนิ้ว ฮาร์ดไดรฟ์เหล่านี้จึงถูกบังคับให้ต่อสู้กับผลกระทบของซูเปอร์พาราแมกเนติก คำนี้หมายความว่าอนุภาคของวัสดุแม่เหล็กบางขนาดไม่สามารถรักษาสถานะของการทำให้เป็นแม่เหล็กได้เป็นเวลานาน ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างกะทันหันภายใต้อิทธิพลของความร้อนจากสิ่งแวดล้อม ขนาดอนุภาคที่เกิดผลกระทบนี้ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ (ดูตารางด้านล่าง) เพลตของ HDD สมัยใหม่ที่มีการบันทึกในแนวตั้งฉากทำจากโลหะผสมของโคบอลต์ โครเมียม และแพลตตินั่ม (CoCrPt) ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 นาโนเมตร และความยาว 16 นาโนเมตร ในการบันทึกหนึ่งบิต หัวจะต้องดึงดูดอนุภาคดังกล่าวประมาณ 20 อนุภาค ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 6 นาโนเมตร อนุภาคของโลหะผสมนี้ไม่สามารถรักษาสถานะของสนามแม่เหล็กได้อย่างน่าเชื่อถือ
มีการพูดคุยกันมากมายในอุตสาหกรรมฮาร์ดไดรฟ์เกี่ยวกับ "trilemma" ผู้ผลิตสามารถใช้สามวิธีหลักในการเพิ่มความหนาแน่นในการบันทึก: การเปลี่ยนขนาดของอนุภาค จำนวนอนุภาค และประเภทของโลหะผสมที่ประกอบขึ้น แต่เมื่อขนาดอนุภาคของโลหะผสม CoCrPt อยู่ที่ 6 นาโนเมตร การใช้วิธีการใดวิธีการหนึ่งจะนำไปสู่ความจริงที่ว่าอีกสองวิธีจะไม่มีประโยชน์: หากขนาดอนุภาคลดลง จะทำให้สูญเสียการสะกดจิตของพวกมัน หากคุณลดจำนวนลงต่อบิต สัญญาณจะ "ละลาย" ในเสียงรบกวนรอบข้างของบิตที่อยู่ใกล้เคียง หัวอ่านจะไม่สามารถบอกได้ว่ากำลังจัดการกับ "0" หรือ "1" โลหะผสมที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กสูงทำให้สามารถใช้อนุภาคขนาดเล็กลงและยังช่วยลดจำนวนอนุภาคลงได้ แต่ในกรณีนี้ หัวบันทึกจะไม่สามารถเปลี่ยนการทำให้เป็นแม่เหล็กได้ ไตรเลมมานี้สามารถแก้ไขได้ก็ต่อเมื่อผู้ผลิตละทิ้งวิธีการบันทึกในแนวตั้งฉาก ในการทำเช่นนี้มีเทคโนโลยีหลายอย่างพร้อมแล้ว
มากถึง 60 TB: เทคโนโลยีการบันทึกใหม่
ความหนาแน่นในการบันทึกของ HDD ในอนาคตจะเพิ่มขึ้นเป็นสิบเท่า - ด้วยความช่วยเหลือของไมโครเวฟ เลเซอร์ ตัวควบคุม SSD และโลหะผสมใหม่
การพัฒนาที่มีแนวโน้มมากที่สุดที่สามารถให้ความหนาแน่นในการบันทึกมากกว่า 1 Tbit ต่อตารางนิ้วคือเทคโนโลยีการบันทึกด้วยแม่เหล็กที่มีการทับซ้อนกันของแทร็กบางส่วน (วิธีการบันทึก "แบบเรียงต่อกัน" - Shingled Magnetic Recording, SMR) หลักการคือ รางแม่เหล็กของดิสก์ SMR ซ้อนทับกันบางส่วน คล้ายกับกระเบื้องบนหลังคา เทคโนโลยีนี้เอาชนะความยากลำบากที่มีอยู่ในวิธีการบันทึกในแนวตั้งฉาก: การลดความกว้างของแทร็กลงอีกจะนำไปสู่ความเป็นไปไม่ได้ในการบันทึกข้อมูล ดิสก์สมัยใหม่มีแทร็กแยกกันที่มีความกว้าง 50 ถึง 30 นาโนเมตร ความกว้างของแทร็กต่ำสุดที่เป็นไปได้สำหรับการบันทึกในแนวตั้งฉากคือ 25 นาโนเมตร ในเทคโนโลยี SMR เนื่องจากการทับซ้อนกันบางส่วน ความกว้างของแทร็กสำหรับหัวอ่านอาจสูงถึง 10 นาโนเมตร ซึ่งสอดคล้องกับความหนาแน่นในการบันทึกที่ 2.5 Tbps ต่อตารางนิ้ว เคล็ดลับคือการเพิ่มความกว้างของแทร็กที่บันทึกเป็น 70 นาโนเมตร โดยต้องแน่ใจว่าขอบของแทร็กนั้นเป็นแม่เหล็กได้ 100% ขอบของแทร็กจะไม่เปลี่ยนแปลงหากคุณเขียนอันถัดไปด้วยออฟเซ็ต 10 นาโนเมตร นอกจากนี้ หัวบันทึกยังมีเกราะป้องกันเพื่อป้องกันไม่ให้สนามแม่เหล็กแรงสูงทำลายข้อมูลที่อยู่ด้านล่าง ส่วนหัวก็พัฒนาแล้ว
โดยฮิตาชิ อย่างไรก็ตาม ยังมีอีกปัญหาหนึ่ง: โดยปกติบนดิสก์แม่เหล็กจะมีการเขียนบิตใหม่แยกกันโดยตรง และภายในกรอบของเทคโนโลยี SMR สิ่งนี้สามารถทำได้เฉพาะบนรางบนสุดของแผ่นเสียงเท่านั้น ในการเปลี่ยนบิตที่อยู่ด้านล่าง คุณจะต้องเขียนเพลทใหม่ทั้งหมด ซึ่งลดประสิทธิภาพลง
ผู้สืบทอดที่มีแนวโน้ม: HAMR
ในขณะเดียวกัน องค์กรระหว่างประเทศสำหรับดิสก์ไดรฟ์ วัสดุและอุปกรณ์ IDEMA ชอบการบันทึกด้วยแม่เหล็กช่วยด้วยความร้อน (HAMR, Heat Assisted Magnetic Recording) และพิจารณาว่าเป็นคู่แข่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับบทบาทของผู้สืบทอดต่อเทคโนโลยีการบันทึกในแนวตั้งฉาก Mark Guinen จากคณะกรรมการของ IDEMA คาดการณ์ว่าแผ่นดิสก์ HAMR ตัวแรกจะวางจำหน่ายในปี 2558
ต่างจาก SMR เทคโนโลยี HAMR จะแก้ปัญหาไตรเลมมาโดยการลดอนุภาคแม่เหล็ก และสิ่งนี้จำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้วัสดุใหม่ สำหรับดิสก์ HAMR จำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีพลังงานแอนไอโซทรอปิกสูงกว่า ซึ่งมีแนวโน้มมากที่สุดคือเหล็กและโลหะผสมแพลตตินัม (FePt) Anisotropy กำหนดว่าต้องใช้พลังงานเท่าใดในการล้างอำนาจแม่เหล็กของวัสดุ ใน FePt จะสูงมากจนมีเพียงอนุภาค 2.5 นาโนเมตรเท่านั้นที่พบกับขีดจำกัดของซูเปอร์พาราแมกเนติก (ดูตารางในหัวข้อถัดไป) กรณีนี้จะทำให้สามารถผลิตฮาร์ดดิสก์ที่มีความจุ 30 TB โดยมีความหนาแน่นในการบันทึกอยู่ที่ 5 Tbit ต่อตารางนิ้ว
ปัญหาคือหัวเขียนเองไม่สามารถเปลี่ยนการวางแนวแม่เหล็กของอนุภาคโลหะผสม FePt ได้ ดังนั้นในดิสก์ HAMR เลเซอร์จึงถูกสร้างขึ้นซึ่งทำให้อนุภาคร้อนขึ้นชั่วขณะในพื้นที่ไม่กี่นาโนเมตรจนถึงอุณหภูมิประมาณ 400 ° C ด้วยเหตุนี้ หัวบันทึกจึงใช้พลังงานน้อยลงในการเปลี่ยนสนามแม่เหล็กของอนุภาค ตามค่าความหนาแน่นในการเขียน ไดรฟ์บันทึกแม่เหล็กที่รองรับความร้อนสามารถมีความเร็วในการอ่านสูง (ประมาณ 400-500 MB / s) ซึ่งปัจจุบันทำได้สำหรับ SATA 3 SSD เท่านั้น
นอกจากเลเซอร์แล้ว Spin Torque Oscillator ซึ่งปล่อยคลื่นไมโครเวฟ ยังสามารถบันทึกบนแผ่นโลหะผสม FePt ได้อีกด้วย ไมโครเวฟเปลี่ยนลักษณะของสนามแม่เหล็กของอนุภาคในลักษณะที่หัวบันทึกที่อ่อนแอจะทำการแม่เหล็กซ้ำได้ง่าย โดยทั่วไป เครื่องกำเนิดจะเพิ่มประสิทธิภาพของหัวบันทึกสามเท่า เทคโนโลยีการบันทึกด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Microwave Assisted Magnetic Recording, MAMR) ซึ่งแตกต่างจาก HAMR นั้นยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา
โลหะผสมใหม่สำหรับแผ่นบันทึกแม่เหล็กสำหรับการนวดด้วยความร้อน
โลหะผสม FePt ในดิสก์ HAMR มีพลังงานแอนไอโซทรอปิกสูงกว่าและความสามารถในการทำให้เป็นแม่เหล็กสูงขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการบันทึกแบบตั้งฉาก คุณสามารถใช้อนุภาคขนาดเล็กกว่าได้ที่นี่
จะเกิดอะไรขึ้นหลังจาก HAMR?
เทคโนโลยี Bit-Patterned Media (BPM) ได้รับการพิจารณาว่ามีแนวโน้มดีที่สุดมาอย่างยาวนาน ซึ่งให้วิธีแก้ปัญหาที่แตกต่างกันสำหรับไตรเลมมา: ในกรณีนี้ อนุภาคแม่เหล็กจะถูกแยกออกจากกันโดยชั้นฉนวนของซิลิกอนออกไซด์ ต่างจากดิสก์แม่เหล็กทั่วไป บริเวณที่เป็นแม่เหล็กถูกนำไปใช้โดยใช้การพิมพ์หิน เช่นเดียวกับในการผลิตชิป ทำให้การผลิตสื่อ BPM ค่อนข้างแพง BPM ช่วยให้คุณลดจำนวนอนุภาคต่อบิตและในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงอิทธิพลของสัญญาณรบกวนของอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียงบนสัญญาณ ปัญหาเดียวในปัจจุบันคือการสร้างหัวอ่าน/เขียนที่สามารถควบคุมบิต BPM ได้อย่างแม่นยำ ดังนั้น BPM จึงถูกมองว่าเป็นผู้สืบทอดที่มีแนวโน้มมากที่สุดของ HAMR หากคุณรวมเทคโนโลยีทั้งสองเข้าด้วยกัน คุณจะสามารถบันทึกความหนาแน่นของการบันทึกที่ 10 Tbit ต่อตารางนิ้ว และสร้างดิสก์ที่มีความจุ 60 TB
หัวข้อใหม่ของการวิจัยคือเทคโนโลยีการบันทึกด้วยแม่เหล็กสองมิติ (การบันทึกด้วยแม่เหล็กสองมิติ, TDMR) ซึ่งแก้ปัญหาไตรเลมมาโดยขจัดความยากลำบากที่เกี่ยวข้องกับอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน ด้วยอนุภาคจำนวนเล็กน้อยต่อบิต หัวอ่านจึงได้รับสัญญาณที่คลุมเครือ เนื่องจากมีพลังงานต่ำและสูญเสียไปในเสียงรบกวนของอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียง คุณสมบัติของเทคโนโลยี TDMR คือความสามารถในการกู้คืนสัญญาณที่หายไป การดำเนินการนี้ต้องใช้การพิมพ์หัวอ่านหลายชุดหรือการพิมพ์หัวอ่านหลายชุดที่สร้างภาพ 2 มิติของพื้นผิว จากภาพเหล่านี้ ตัวถอดรหัสจะกู้คืนบิตที่เกี่ยวข้อง
