Die wêreld se eerste hardeskyf, die IBM RAMAC 305, wat in 1956 vrygestel is, het slegs 5 MB data bevat, en het 970 kg geweeg en was in grootte vergelykbaar met 'n industriële yskas. Moderne korporatiewe vlagskepe kan spog met 'n kapasiteit van reeds 20 TB. Stel jou net voor: 64 jaar gelede, om hierdie hoeveelheid inligting aan te teken, sou dit meer as 4 miljoen RAMAC 305 geneem het, en die grootte van die datasentrum wat nodig was om hulle te akkommodeer, sou 9 vierkante kilometer oorskry het, terwyl vandag 'n klein boks wat ongeveer 700 gram weeg! Op baie maniere is hierdie ongelooflike toename in bergingsdigtheid behaal danksy die verbetering van magnetiese opnamemetodes.
Dit is moeilik om te glo, maar fundamenteel het die ontwerp van hardeskywe vir byna 40 jaar, sedert 1983, nie verander nie: dit was toe dat die eerste 3,5-duim hardeskyf RO351, ontwikkel deur die Skotse maatskappy Rodime, die lig gesien het. Hierdie baba het twee magnetiese plate van 10 MB elk ontvang, dit wil sê dit kon twee keer soveel data hou as die opgedateerde 412-duim ST-5,25, wat in dieselfde jaar deur Seagate vir die IBM 5160 persoonlike rekenaars vrygestel is.
Rodime RO351 - die wêreld se eerste 3,5-duim hardeskyf
Ten spyte van die innovering en kompakte grootte, ten tyde van die vrystelling van die RO351, het byna niemand dit nodig gehad nie, en alle verdere pogings deur Rodime om 'n vastrapplek in die hardeskyfmark te kry, het misluk, en daarom is die maatskappy gedwing om bedrywighede te staak. in 1991, nadat hy byna alle bestaande bates verkoop het en die staat tot 'n minimum beperk het. Rodime was egter nie bestem om bankrot te gaan nie: spoedig het die grootste hardeskyfvervaardigers na haar begin wend, wat 'n lisensie wou bekom om die vormfaktor te gebruik wat deur die Skotte gepatenteer is. 3,5" is nou die industriestandaard vir beide verbruikers- en ondernemings-HDD's.
Met die koms van neurale netwerke, Deep Learning en die Internet van Dinge (IoT), het die volume data wat deur die mensdom geskep word, soos 'n stortvloed begin groei. Volgens die ramings van die analitiese agentskap IDC sal die hoeveelheid inligting wat deur beide die mense self en die toestelle rondom ons gegenereer word, teen 2025 175 zettagrepe (1 Zbyte = 1021 grepe) bereik, en dit ondanks die feit dat dit in 2019 45 was. Zbytes, in 2016 - 16 Zbytes, en terug in 2006, die totale hoeveelheid data wat in die hele voorsienbare geskiedenis geproduseer is, het nie 0,16 (!) Zbytes oorskry nie. Moderne tegnologieë help om die inligtingsontploffing te hanteer, waaronder verbeterde data-opnamemetodes nie die laaste is nie.
LMR, PMR, CMR en TDMR: wat is die verskil?
Die beginsel van werking van hardeskywe is redelik eenvoudig. Dun metaalplate bedek met 'n laag ferromagnetiese materiaal ('n kristallyne stof wat gemagnetiseer kan bly selfs in die afwesigheid van 'n eksterne magnetiese veld by 'n temperatuur onder die Curie-punt) beweeg relatief tot die blok opneemkoppe teen 'n hoë spoed (5400 rpm of meer). Wanneer 'n elektriese stroom op die skryfkop toegepas word, ontstaan 'n afwisselende magneetveld, wat die rigting van die magnetiseringsvektor van die domeine (diskrete materiestreke) van die ferromagneet verander. Datalesing vind plaas óf as gevolg van die verskynsel van elektromagnetiese induksie (die beweging van domeine relatief tot die sensor veroorsaak die voorkoms van 'n elektriese wisselstroom in laasgenoemde), óf as gevolg van die reuse magnetoresistiewe effek (die elektriese weerstand van die sensor verander onder die invloed van 'n magnetiese veld), soos geïmplementeer in moderne bergingstoestelle. Elke domein kodeer een stukkie inligting, wat die logiese waarde "0" of "1" neem, afhangende van die rigting van die magnetiseringsvektor.
Vir 'n lang tyd het hardeskywe die Longitudinal Magnetic Recording (LMR)-metode gebruik, waarin die domeinmagnetiseringsvektor in die vlak van die magnetiese plaat lê. Ten spyte van die relatiewe gemak van implementering, het hierdie tegnologie 'n beduidende nadeel gehad: om dwangvermoë (die oorgang van magnetiese deeltjies na 'n enkeldomeintoestand) te oorkom, moes 'n indrukwekkende buffersone (die sogenaamde wagruimte) tussen spore. Gevolglik was die maksimum opnamedigtheid wat aan die einde van hierdie tegnologie behaal is, slegs 150 Gb/in2.
In 2010 is LMR byna heeltemal vervang deur PMR (Perpendicular Magnetic Recording - loodregte magnetiese opname). Die belangrikste verskil tussen hierdie tegnologie en longitudinale magnetiese opname is dat die magnetiese rigtingvektor van elke domein teen 'n hoek van 90° met die oppervlak van die magnetiese plaat geleë is, wat dit moontlik gemaak het om die gaping tussen spore aansienlik te verminder.
As gevolg hiervan is die data-opnamedigtheid aansienlik verhoog (tot 1 Tbit / duim2 in moderne toestelle), terwyl dit nie die spoedeienskappe en betroubaarheid van hardeskywe inboet nie. Tans is loodregte magnetiese opname die dominante een in die mark, en daarom word daar ook dikwels na verwys as CMR (Conventional Magnetic Recording - konvensionele magnetiese opname). Terselfdertyd moet 'n mens verstaan dat daar absoluut geen verskil tussen PMR en CMR is nie - dit is net 'n ander weergawe van die naam.
As u na die spesifikasies van moderne hardeskywe kyk, kan u ook die kriptiese afkorting TDMR teëkom. Hierdie tegnologie word veral deur ondernemingsklas-aandrywers gebruik . Uit die oogpunt van fisika verskil TDMR (wat staan vir Two Dimensional Magnetic Recording - tweedimensionele magnetiese opname) nie van die gewone PMR nie: soos voorheen het ons te doen met spore wat nie kruis nie, domeine waarin loodreg georiënteer is. na die vlak van die magnetiese plate. Die verskil tussen tegnologieë lê in die benadering tot die lees van inligting.
In die blok magnetiese koppe van hardeskywe wat met TDMR-tegnologie geskep is, het elke opnamekop twee leessensors wat gelyktydig data lees van elke snit wat verby is. Hierdie oortolligheid laat die HDD-beheerder toe om effektief elektromagnetiese geraas te filtreer wat veroorsaak word deur Intertrack Interference (ITI).
Die oplossing van die probleem met ITI bied twee uiters belangrike voordele:
- vermindering van die geraasfaktor laat toe om die opnamedigtheid te verhoog deur die afstand tussen spore te verminder, wat 'n wins in totale kapasiteit tot 10% bied in vergelyking met konvensionele PMR;
- Gekombineer met RVS-tegnologie en 'n drie-posisie mikro-aktuator, weerstaan TDMR effektief rotasievibrasie wat deur hardeskywe veroorsaak word, wat help om konsekwente vlakke van werkverrigting te bereik, selfs in die mees veeleisende omgewings.
Wat is SMR en waarmee word dit geëet?
Die afmetings van die skryfkop is ongeveer 1,7 keer groter as die afmetings van die leessensor. So 'n indrukwekkende verskil word eenvoudig verduidelik: as die opnamemodule selfs meer miniatuur gemaak word, sal die sterkte van die magnetiese veld wat dit kan genereer nie genoeg wees om die domeine van die ferromagnetiese laag te magnetiseer nie, wat beteken dat die data eenvoudig nie sal gestoor word. In die geval van 'n leessensor, ontstaan hierdie probleem nie. Boonop maak die miniaturisering daarvan dit moontlik om die invloed van die ITI wat hierbo genoem is op die leesproses van inligting verder te verminder.
Hierdie feit het die basis gevorm van geteëlde magnetiese opname (Shingled Magnetic Recording, SMR). Kom ons verstaan hoe dit werk. Wanneer tradisionele PMR gebruik word, beweeg die skryfkop relatief tot elke vorige snit met 'n afstand gelyk aan sy breedte + die breedte van die beskermende spasie (wagspasie).
Wanneer die geteëlde metode van magnetiese opname gebruik word, beweeg die opnamekop slegs 'n deel van sy breedte vorentoe, dus word elke vorige snit gedeeltelik deur die volgende een oorskryf: die magnetiese spore oorvleuel mekaar soos dakteëls. Hierdie benadering maak dit moontlik om die opnamedigtheid verder te verhoog, wat 'n kapasiteitswins van tot 10% bied, terwyl dit nie die leesproses beïnvloed nie. 'n Voorbeeld is — die wêreld se eerste 3.5-duim 20 TB-aandrywers met SATA/SAS-koppelvlak, waarvan die voorkoms moontlik gemaak is danksy die nuwe magnetiese opname-tegnologie. Dus, die oorgang na SMR-skywe laat jou toe om die digtheid van databerging in dieselfde rakke te verhoog teen minimale koste vir die opgradering van die IT-infrastruktuur.
Ten spyte van so 'n beduidende voordeel, het SMR 'n ooglopende nadeel. Aangesien die magnetiese spore mekaar oorvleuel, sal dit nodig wees om nie net die vereiste fragment te herskryf nie, maar ook alle daaropvolgende spore binne die magnetiese plaat, waarvan die volume 2 teragrepe kan oorskry, wat belaai is met 'n ernstige daling wanneer data opgedateer word. in prestasie.
Die kombinasie van 'n sekere aantal snitte in aparte groepe wat sones genoem word, help om hierdie probleem op te los. Alhoewel hierdie benadering tot databerging die algehele kapasiteit van die HDD ietwat verminder (aangesien voldoende gapings tussen sones gehandhaaf moet word om te verhoed dat snitte van naburige groepe oorskryf word), kan dit die data-bywerkingsproses aansienlik bespoedig, aangesien nou slegs 'n beperkte aantal snitte daaraan deelneem.
Geteëlde magnetiese opname behels verskeie implementeringsopsies:
- Drive Managed SMR (Drive Managed SMR)
Die grootste voordeel daarvan is dat dit nie nodig is om die sagteware en/of hardeware van die gasheer te verander nie, aangesien die HDD-beheerder die beheer van die data-opnameprosedure oorneem. Sulke aandrywers kan gekoppel word aan enige stelsel wat die vereiste koppelvlak (SATA of SAS) het, waarna die aandrywer onmiddellik gereed sal wees vir gebruik.
Die nadeel van hierdie benadering is prestasieveranderlikheid, wat Drive Managed SMR ongeskik maak vir ondernemingstoepassings waar stelselwerkverrigtingkonsekwentheid van kritieke belang is. Sulke skywe presteer egter goed in scenario's wat genoeg tyd toelaat vir agtergronddata-defragmentering om te voltooi. So, byvoorbeeld, DMSMR-dryf Geoptimaliseer vir gebruik in klein 8-baai NAS, dit is 'n uitstekende keuse vir 'n argief- of rugsteunstelsel wat langtermyn-rugsteunberging vereis.
- Host Managed SMR (Host Managed SMR)
Host Managed SMR is die mees voorkeur-teëlimplementering vir ondernemingsgebruik. In hierdie geval is die gasheerstelsel self verantwoordelik vir die bestuur van datavloei en lees-/skryfbewerkings, en gebruik vir hierdie doeleindes die uitbreidings van die ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) en SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) koppelvlakke wat ontwikkel is deur die INCITS T10 en T13 komitees .
Wanneer HMSMR gebruik word, word die hele beskikbare bergingskapasiteit in twee tipes sones verdeel: Konvensionele Sones (gewone sones), wat gebruik word om metadata en arbitrêre opname te stoor (in werklikheid speel die rol van 'n kas), en Sequential Write Required Zones (sekwensiële skryfsones), wat 'n groot deel van die totale kapasiteit van die hardeskyf beslaan, waarin data streng opeenvolgend aangeteken word. Ongeordende data word in die kasgebied gestoor, vanwaar dit dan na die ooreenstemmende opeenvolgende skryfsone oorgedra kan word. As gevolg hiervan word alle fisiese sektore opeenvolgend in die radiale rigting geskryf en word dit eers na 'n omvou oorgeskryf, wat jou toelaat om stabiele en voorspelbare stelselprestasie te bereik. Terselfdertyd ondersteun HMSMR-aandrywers ewekansige leesopdragte soortgelyk aan aandrywers wat standaard PMR gebruik.
Host Managed SMR geïmplementeer in ondernemingsklas hardeskywe .
Die lyn bevat hoëkapasiteit SATA- en SAS-aandrywers wat ontwerp is vir gebruik in hiperskaal datasentrums. Ondersteuning vir Host Managed SMR brei die omvang van sulke hardeskywe aansienlik uit: benewens rugsteunstelsels is dit perfek vir wolkberging, CDN of stroomplatforms. Die hoë kapasiteit van hardeskywe laat jou toe om bergingsdigtheid (in dieselfde rakke) aansienlik te verhoog met minimale opgraderingskoste, en lae kragverbruik (minder as 0,29 watt per teragreep gestoorde inligting) en hitte-afvoer (gemiddeld 5 ° C laer as analoë) — verminder die bedryfskoste van die instandhouding van die datasentrum verder.
Die enigste nadeel van HMSMR is die vergelykende kompleksiteit van implementering. Die ding is dat nie 'n enkele bedryfstelsel of toepassing vandag uit die boks met sulke aandrywers kan werk nie, en daarom is groot veranderinge in die sagtewarestapel nodig om die IT-infrastruktuur aan te pas. Eerstens gaan dit natuurlik oor die bedryfstelsel self, wat in die toestande van moderne datasentrums wat multi-kern- en multi-socket-bedieners gebruik, 'n taamlik nie-triviale taak is. U kan meer leer oor opsies vir die implementering van ondersteuning vir Host Managed SMR op 'n gespesialiseerde hulpbron. toegewy aan die kwessies van sonale databerging. Die inligting wat hier ingesamel word, sal jou help om die gereedheid van jou IT-infrastruktuur vir oorgang na gesoneerbergingstelsels voorlopig te evalueer.
- Host Aware SMR (SMR ondersteun deur die gasheer)
Host Aware SMR-geaktiveerde toestelle kombineer die gerief en buigsaamheid van Drive Managed SMR met die vinnige opnamespoed van Host Managed SMR. Sulke aandrywers is agtertoe versoenbaar met verouderde bergingstelsels en kan sonder direkte beheer van die gasheer funksioneer, maar in hierdie geval, soos met DMSMR-aandrywers, word hul werkverrigting onvoorspelbaar.
Soos Host Managed SMR, gebruik Host Aware SMR twee tipes sones: Konvensionele sones vir ewekansige skryfwerk en sekwensiële skryfvoorkeursones (sones verkies vir opeenvolgende opname). Laasgenoemde, in teenstelling met die Sequential Write Required Zones hierbo genoem, word outomaties na die kategorie van gewones oorgedra as hulle begin om data op 'n ongeordende wyse te skryf.
Die gasheerbewuste implementering van SMR bied interne meganismes om te herstel van inkonsekwente skryfwerk. Willekeurige data word na die kasarea geskryf, vanwaar die skyf inligting na die opeenvolgende skryfsone kan oordra nadat al die nodige blokke ontvang is. Die skyf gebruik 'n indireksietabel om inorde-skryf en agtergronddefragmentasie te bestuur. As voorspelbare en geoptimaliseerde werkverrigting egter vir ondernemingstoepassings vereis word, kan dit steeds slegs bereik word wanneer die gasheer volle beheer neem van alle datavloei en skryfsones.
Bron: will.com